一種基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取方法。步驟1)剔除遙感影像上那些受到云影響的觀測(cè)區(qū)域；步驟2)對(duì)衛(wèi)星傳感器接收到的大氣層頂?shù)男盘?hào)進(jìn)行大氣糾正；步驟3)利用水陸分離掩膜分別對(duì)陸地和海洋的紅外多角度遙感圖像進(jìn)行處理，計(jì)算單幅紅外影像像元差值；步驟4)構(gòu)建紅外背景參考場(chǎng)作為地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取的參考背景；步驟5)針對(duì)單一角度紅外數(shù)據(jù)，提出地震紅外輻射異常特征多角度遙感異常魯棒性測(cè)算指標(biāo)，用于單一角度地震紅外輻射特征的提??；步驟6)基于紅外多角度遙感數(shù)據(jù)，提出多角度亮溫合成地震紅外輻射分析方法，用于地震紅外輻射特征多角度遙感的合成和分析。
【專利說明】一種基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特 征多角度遙感提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地震紅外輻射異常特征多角度遙感研究領(lǐng)域，涉及一種基于魯棒性衛(wèi) 星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星紅外觀測(cè)以其大視野、高精度、周期短和不受地面條件限制等諸多優(yōu)勢(shì)成為 研究地震紅外輻射異常特征很有前途的遙感觀測(cè)手段。近20年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā) 展，紅外遙感數(shù)據(jù)越來越豐富，為地震紅外遙感研究提供了保證，地震紅外遙感研究工作取 得了很大的進(jìn)展。與此同時(shí)，紅外多角度遙感機(jī)理、建模以及多角度遙感技術(shù)方面的研究取 得了很大的進(jìn)步，紅外多角度遙感技術(shù)與應(yīng)用研究相互促進(jìn)、相互發(fā)展，已成為重要的前沿 研究方向，但是紅外多角度遙感在地震科學(xué)的應(yīng)用研究仍屬空白，因此，發(fā)展地震紅外輻射 異常特征多角度遙感識(shí)別與提取技術(shù)，探索紅外多角度在地震紅外輻射特征研究中的適用 性，將為地震紅外遙感的研究提供了一種新的技術(shù)和方法。
[0003] 目前，盡管國內(nèi)外專家開展了大量的震例研究工作，不斷探索震前熱紅外遙感的 異常征兆，也取得了一定進(jìn)展，但某些主要技術(shù)環(huán)節(jié)尚需深入研究。例如，現(xiàn)有的地震紅外 異常信息提取方法主要有"渦度"計(jì)算法、"距平"計(jì)算法和小波時(shí)頻分析方法。這些方法在 提取和突出地震異常信息上有一定的效果，但這些方法本身都是數(shù)學(xué)處理方法，存在著一 些缺陷，計(jì)算時(shí)用到的數(shù)據(jù)不同就會(huì)得到不同的結(jié)果，不確定性大。因此，有必要引進(jìn)或研 究新的方法，解決如何有效地在熱紅外輻射數(shù)據(jù)中提取地震異常信息。
[0004] 在過去的幾年里，魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)（Robust Satellite data analysis Technique)已經(jīng)被成功的應(yīng)用于監(jiān)測(cè)重大的自然災(zāi)害和環(huán)境災(zāi)害，例如：火山、水災(zāi)、森林 火災(zāi)等等。魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)是基于多年多時(shí)相熱紅外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的初步分析， 專門用于表征熱紅外遙感衛(wèi)星圖像中像素信息，因此對(duì)熱紅外遙感地震異常信息的提取更 加有效。
[0005] 本研究發(fā)展了一種基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角 度遙感提取方法，該方法考慮了云、陸地與水體之間不同輻射特性和氣候、季節(jié)變化等影響 因素，能夠消除由于季節(jié)交替或氣候突變所引起的地面增溫對(duì)異常判別和提取的影響；并 基于多角度多年背景參考場(chǎng)，研究利用紅外異常魯棒性測(cè)算指標(biāo)檢測(cè)地震紅外輻射異常信 息，而且檢測(cè)出來的紅外輻射異常信息可以利用信噪比來刻畫，與地震相關(guān)的噪聲信息越 大，地震信息檢測(cè)指標(biāo)值越小，反之亦然。所以，紅外異常魯棒性測(cè)算指標(biāo)能夠很好避免非 震引起的熱紅外異常，并且在地震紅外輻射異常特征多角度遙感識(shí)別和提取上具有很好的 魯棒性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出和發(fā)展一種基于魯棒性衛(wèi)星 數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取方法，用于準(zhǔn)確提取和識(shí)別地震紅 外輻射多角度遙感異常特征。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種地震紅外輻射異常特征多角度遙感異常魯 棒性測(cè)算指標(biāo)，用來檢測(cè)地震紅外輻射異常信息，而且檢測(cè)出來的紅外輻射異常信息可以 利用信噪比來刻畫，與地震相關(guān)的噪聲信息越大，地震信息檢測(cè)指標(biāo)值越小，反之亦然。所 以，該指標(biāo)能夠很好避免非震引起的熱紅外異常，并且在地震紅外輻射特征檢測(cè)上具有很 好的魯棒性。具體包括如下步驟：
[0008] 步驟1)剔除影像上受到云影響的觀測(cè)區(qū)域，以確保是在完全晴空條件下對(duì)影像 進(jìn)行處理；
[0009] 步驟2)對(duì)衛(wèi)星傳感器接收到的大氣層頂?shù)男盘?hào)進(jìn)行大氣糾正；
[0010] 步驟3)利用水陸分離掩膜分別對(duì)陸地和海洋的紅外多角度遙感圖像進(jìn)行處理， 計(jì)算單幅紅外影像像元差值；
[0011] 步驟4)構(gòu)建紅外背景參考場(chǎng)作為地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取的參考 背景（明確如何構(gòu)建紅外背景參考場(chǎng)），以便于排除非震因素引起的紅外輻射異常現(xiàn)象；
[0012] 步驟5)針對(duì)單一角度紅外數(shù)據(jù)，提出地震紅外輻射異常特征多角度遙感異常魯 棒性測(cè)算指標(biāo)（補(bǔ)充具體測(cè)算方法），用于單一角度地震紅外輻射特征的提?。?br> [0013] 步驟6)基于紅外多角度遙感數(shù)據(jù)，提出多角度亮溫合成地震紅外輻射分析方法 (補(bǔ)充具體測(cè)算方法），用于地震紅外輻射特征多角度遙感的合成和分析。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟4)具體方法為
[0015] 步驟a)將多年同一區(qū)域的大量紅外多角度影像數(shù)據(jù)投影到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格上， 生成標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性；步驟b)利用無云的，完成重采樣的紅外多角度 遙感影像，來建立紅外背景均值參考場(chǎng)和紅外背景標(biāo)準(zhǔn)差參考場(chǎng)。
[0016] 以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1 2010年3月份玉樹地區(qū)紅外背景參考場(chǎng)。
[0018] 圖2 2010年4月份玉樹地區(qū)紅外背景參考場(chǎng)。
[0019] 圖3 2010年5月份玉樹地區(qū)紅外背景參考場(chǎng)。
[0020] 圖4基于AATSR星下點(diǎn)方向的玉樹地震時(shí)空演化異常特征。
[0021] 圖5基于AATSR前向視角方向的玉樹地震時(shí)空演化異常特征。
[0022] 圖6多角度亮溫玉樹地震紅外輻射時(shí)空演化異常特征。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，以紅外多角度AATSR衛(wèi)星數(shù)據(jù)為例，并且以玉樹地震為例，對(duì)本發(fā) 明基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外輻射異常特征多角度遙感提取方法作進(jìn)一步 說明。
[0024] -、單幅紅外影像像元差值計(jì)算
[0025] 紅外影像像元差值計(jì)算的目的是為了消除由于氣候突變或者季節(jié)交替所引起的 地表溫度升高對(duì)紅外輻射異常判別提取分析的影響。說明以AATSR數(shù)據(jù)為例對(duì)紅外圖像 進(jìn)行了云消除處理和大氣糾正，并利用水陸分離掩膜分別對(duì)陸地和海洋的紅外圖像進(jìn)行處 理，具體流程如下：
[0026] (1)構(gòu)建云掩膜影像
[0027] 利用前向和星下點(diǎn)云測(cè)試算法（nadir-forward cloud tests):此云檢測(cè)算法與 雙角度AATSR亮度溫度之間的差異相關(guān)，在星下點(diǎn)和前向視角方法11 μ m處測(cè)量的亮度溫 度差值，與同一視角方向的11 μ m到12 μ m通道亮溫差值不同，因?yàn)檫@主要是因?yàn)閮蓚€(gè)方向 視角的大氣傳輸路徑不一致，還有大氣水氣的影響。我們?cè)谶@里給出一個(gè)云識(shí)別的閾值，如 果實(shí)際像素的差值T 11-T12超過閾值，則認(rèn)為此圖像像素有云。通過云探測(cè)算法，構(gòu)建云掩膜 影像CM (x，y)，對(duì)于影像的每個(gè)像元點(diǎn)（x，y):無云的情況，設(shè)置像素標(biāo)記CM= 1 ;在有云的 情況，設(shè)置像素標(biāo)記CM = 0。
[0028] (2)大氣糾正
[0029] AATSR數(shù)據(jù)在經(jīng)過云檢測(cè)處理后，利用分窗算法被用來得到圖像中的大氣水汽含 量。得到水汽含量后加入AATSR熱紅外波段數(shù)據(jù)可以計(jì)算出地表的兩個(gè)角度的亮度溫度。
[0030] (3)構(gòu)建水陸分離影像
[0031] 利用AATSR LlB的輔助產(chǎn)品，結(jié)合像元的經(jīng)緯度，對(duì)像元進(jìn)行下墊面土地覆蓋類型 識(shí)別，進(jìn)行水陸識(shí)別，并結(jié)合土地覆被分類圖和AATSR LlB的輔助產(chǎn)品，構(gòu)建水陸分離影像 LS (X，y)，對(duì)于影像像素的每個(gè)像元點(diǎn)（x，y)，當(dāng)LS = 1時(shí)，標(biāo)記像素為海表，當(dāng)LS = 0時(shí)， 標(biāo)記像素為陸表。
[0032] (4)單景AATSR圖像基準(zhǔn)值計(jì)算
[0033] 對(duì)于無云的海水像素，即影像的每個(gè)像元點(diǎn)（X，y)，當(dāng)CM = 1和LS = 1時(shí)，求和 y

【權(quán)利要求】
1. 一種基于魯棒性衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析技術(shù)的地震紅外福射異常特征多角度遙感提取方法， 該方法具體包括如下步驟： 步驟1)剔除影像上受到云影響的觀測(cè)區(qū)域，W確保是在完全晴空條件下對(duì)影像進(jìn)行 處理； 步驟2)對(duì)衛(wèi)星傳感器接收到的大氣層頂?shù)男盘?hào)進(jìn)行大氣糾正； 步驟3)利用水陸分離掩膜分別對(duì)陸地和海洋的紅外多角度遙感圖像進(jìn)行處理，計(jì)算 單幅紅外影像像元差值； 步驟4)構(gòu)建紅外背景參考場(chǎng)作為地震紅外福射異常特征多角度遙感提取的參考背 景，W便于排除非震因素引起的紅外福射異?，F(xiàn)象； 步驟5)針對(duì)單一角度紅外數(shù)據(jù)，提出地震紅外福射異常特征多角度遙感異常魯棒性 測(cè)算指標(biāo)，用于單一角度地震紅外福射特征的提??； 步驟6)基于紅外多角度遙感數(shù)據(jù)，提出多角度亮溫合成地震紅外福射分析方法（補(bǔ)充 具體測(cè)算方法），用于地震紅外福射特征多角度遙感的合成和分析。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)具體方法為： 步驟a)將多年同一區(qū)域的大量紅外多角度影像數(shù)據(jù)投影到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格上，生成 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性；步驟b)利用無云的，完成重采樣的紅外多角度遙感 影像，來建立紅外背景均值參考場(chǎng)和紅外背景標(biāo)準(zhǔn)差參考場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104463835SQ201410444133
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】熊攀, 孟慶巖, 顧行發(fā), 申旭輝, 盧顯 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所