[發(fā)明專利]基于地理輔助數(shù)據(jù)提高夜間燈光觀測(cè)精度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310371422.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN103440414A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧鶴立;劉桂芳;秦耀辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于地理輔助數(shù)據(jù)提高夜間燈光觀測(cè)精度的方法。

背景技術(shù)

美國(guó)DMSP衛(wèi)星上搭載OLS傳感器始于1976年9月發(fā)射的DMSPBlock5D-1SatelliteF-1,目前使用中的DMSP衛(wèi)星系統(tǒng)(F-12,F-13,F-14)均搭載了OLS傳感器。該傳感器有兩個(gè)通道:1)可見光、近紅外通道(VNIR,0.4-1.0μm,光譜分辨率為6bit)；2)熱紅外通道(TIR,10-13μm,光譜分辨率為8bit),其獲取圖像的幅寬為3000km,全分辨率數(shù)據(jù)(FullResolution)的空間分辨率為0.56km。衛(wèi)星以一天14軌的速度飛行,每一個(gè)OLS傳感器每天都能獲取覆蓋全球的黑夜和白天的圖像。整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)一天能提供全球黎明、白天、黃昏和夜晚4個(gè)時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)這種傳感器最初的目的是觀測(cè)夜間月光照射下的云,因而具有較高的增益,這種高增益性能使OLS傳感器不僅能監(jiān)測(cè)云還能探測(cè)城鎮(zhèn)燈光、火光、漁船燈光等發(fā)出的電磁波。1992年,美國(guó)空軍和NOAA為DMSP-OLS數(shù)據(jù)在國(guó)家地理數(shù)據(jù)中心(NGDC：NationalGeophysicalDataCenter)建立了數(shù)字格式的文檔。隨后開發(fā)了相應(yīng)的程序來(lái)識(shí)別和定位DMSP-OLS圖像數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)主要是基于低光數(shù)據(jù)(月光微弱條件下獲取的數(shù)據(jù))的穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)產(chǎn)品(StableLightData),記錄了一定時(shí)段內(nèi)無(wú)云觀測(cè)情況下燈光被探測(cè)到的頻率。

DMSP-OLS穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)存在兩個(gè)明顯的缺陷，一是由于傳感器的過飽和現(xiàn)象，難以有效反映燈光強(qiáng)烈的大城市內(nèi)部格局特征；二是由于傳感器靈敏度的限制，DMSP-OLS無(wú)法檢測(cè)低于傳感器閾值的燈光發(fā)出的電磁波；有研究顯示，在DMSP-OLS穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)為零的區(qū)域依然有大量的人類活動(dòng)。為克服這兩個(gè)缺陷，本方法主要基于地理輔助數(shù)據(jù)對(duì)夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提高夜間燈光觀測(cè)人類活動(dòng)的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于地理輔助數(shù)據(jù)提高夜間燈光觀測(cè)精度的方法，以解決夜間燈光數(shù)據(jù)難以有效反應(yīng)燈光強(qiáng)烈的大城市內(nèi)部格局特征、無(wú)法檢測(cè)低于傳感器閾值的燈光發(fā)出的電磁波的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于地理輔助數(shù)據(jù)提高夜間燈光觀測(cè)精度的方法的步驟如下：

（1）根據(jù)區(qū)域內(nèi)人體舒適度指數(shù)SI、地形起伏度指數(shù)F和地被指數(shù)LCI三個(gè)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建居民活動(dòng)指數(shù)HAI，

HAI={α·[1-(SI-SI_min)/(SI_max-SI_min)]+β·[1-(F-F_min)/(F_max-F_min)]}×LCI×100，α，β為（0,1）范圍內(nèi)的設(shè)定值；

（2）設(shè)定燈光亮度閾值，并依據(jù)該閾值將區(qū)域內(nèi)夜間燈光數(shù)據(jù)按照燈光亮度由強(qiáng)到弱劃分為燈光飽和區(qū)、非飽和線性區(qū)和無(wú)燈光區(qū)；

（3）以非飽和線性區(qū)的夜間燈光數(shù)據(jù)為因變量，以居民活動(dòng)指數(shù)為自變量，進(jìn)行擬合，建立回歸模型；

（4）在飽和區(qū)與無(wú)數(shù)據(jù)區(qū)應(yīng)用步驟（3）所建回歸模型，以居民活動(dòng)指數(shù)為自變量，通過模型反演得到飽和區(qū)和無(wú)數(shù)據(jù)區(qū)的夜間燈光數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高夜間燈光觀測(cè)精度。

所述步驟（1）中人體舒適度指數(shù)SI=0.68×|T_m-24.0|+0.07×|H_μ-70|+0.5×|V-2.0|，T_m為平均氣溫（℃），H_μ為平均相對(duì)濕度（%），V為平均風(fēng)速（m/s）。

所述步驟（1）中地形起伏度指數(shù)式中，E及分別代表空間任意一點(diǎn)的高程值和該點(diǎn)所在區(qū)域內(nèi)的平均高程值；S及分別代表空間任意一點(diǎn)地坡度值和該點(diǎn)所在區(qū)域內(nèi)的平均坡度值；ΔΑ代表空間內(nèi)任意一點(diǎn)的坡向與其相鄰8個(gè)點(diǎn)差值之和的平均值除以180°，即其中A為空間任意一點(diǎn)的坡向值，A_i表示與A相鄰8個(gè)點(diǎn)中的第i個(gè)坡向值。

所述步驟（1）中地被指數(shù)LCI=1-NDVI_max，NDVI_max為該區(qū)域歸一化植被指數(shù)的最大值。