[發(fā)明專利]一種基于數(shù)據(jù)挖掘的干旱監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610045728.5
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105760814B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮杰;何祺勝;楊志勇;于贏東;王興勇;劉盈斐;王開;王鵬;呂燁;張良艷;翁白莎;邵薇薇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)挖掘的干旱監(jiān)測方法，方法步驟如下，步驟1，對MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品、地表溫度產(chǎn)品、蒸散產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)；步驟2，根據(jù)步驟1中得到的植被指數(shù)及DEM數(shù)據(jù)，對TRMM降水產(chǎn)品進(jìn)行降尺度；步驟3，再提取植被異常指數(shù)、溫度異常指數(shù)、蒸散異常指數(shù)、降水異常指數(shù)；步驟4，以分類回歸樹模型構(gòu)建統(tǒng)計回歸規(guī)則和線性擬合模型得到干旱監(jiān)測模型。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明綜合考慮干旱監(jiān)測中的多源遙感空間信息，包括降水、蒸散、植被生長狀態(tài)、土地利用類型、海拔高度等因素，采用空間數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)建干旱監(jiān)測模型，提高干旱監(jiān)測的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)據(jù)挖掘的干旱監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測局限于利用分布在地面比較稀疏點上的土壤含水量數(shù)據(jù)來監(jiān)測旱情及分布范圍。由于地面監(jiān)測數(shù)據(jù)量少，代表性差，無法實現(xiàn)大范圍干旱災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測。而衛(wèi)星遙感信息因其宏觀、動態(tài)、客觀、時效性好的特點，為大范圍的干旱災(zāi)害監(jiān)測提供了一種高效、便捷的技術(shù)平臺。

遙感技術(shù)是獲取陸地表面分布式信息的必要手段。自從遙感技術(shù)轉(zhuǎn)向民用以來，利用遙感技術(shù)監(jiān)測區(qū)域干旱成為遙感應(yīng)用的主要內(nèi)容之一，國內(nèi)外已做了不少工作。土壤含水量是地球水分平衡的一個重要組成部分，也是研究干旱的重要指標(biāo)。常規(guī)的土壤水分測量方法有土鉆取土稱重和中子儀法，但由于監(jiān)測點位置及布局的問題，觀測的代表性較差，且無法實現(xiàn)大范圍的實時動態(tài)監(jiān)測。通過遙感方法監(jiān)測土壤水分和植被水分狀態(tài)可以間接實現(xiàn)對干旱的監(jiān)測。由于土壤水分和植被水分在不同電磁波譜波段上呈現(xiàn)不同的特性，目前國內(nèi)外干旱遙感監(jiān)測通過可見光一近紅外、短波紅外、熱紅外和微波等波段實現(xiàn)，比較成熟的方法可歸納為五類：熱慣量法、作物缺水指數(shù)法、植被指數(shù)法、微波遙感和考慮冠層溫度的植被指數(shù)法的方法。

熱慣量法利用引起土壤表層溫度變化的熱慣量特性，根據(jù)熱慣量與土壤含水量的相關(guān)關(guān)系，通過衛(wèi)星遙感獲取土壤溫度，從而實現(xiàn)對土壤水分的研究。熱慣量模型在實際應(yīng)用中需要根據(jù)地表實際狀況對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，推廣應(yīng)用存在一定的限制。

作物缺水指數(shù)是利用熱紅外遙感溫度和常規(guī)氣象資料監(jiān)測植被條件下的土壤水分。作物缺水指數(shù)法具有明確的物理意義，但由于用到的氣象數(shù)據(jù)需要從當(dāng)?shù)貧庀笈_站得到，因此這種方法的精度取決于地面氣象數(shù)據(jù)的代表性，用個別氣象站點的觀測數(shù)據(jù)代表整個區(qū)域的情況往往不盡合理。

植被指數(shù)法根據(jù)植被指數(shù)時間序列建立旱情監(jiān)測指標(biāo)，如VCI等。由于一個地區(qū)的氣候狀況、土壤類型質(zhì)地、植被分布、地形條件等因素都會影響植被指數(shù)的變化，這類方法在不同地區(qū)的監(jiān)測精度存在差異。同時由于植被指數(shù)相對于氣象條件存在滯后性，因此降低了此類方法在較大面積區(qū)域的適用性。

微波遙感監(jiān)測土壤水分的原理是地表的介電特性、發(fā)射率和土壤水分間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。同時微波遙感具有全天時、全天候等獨特優(yōu)勢，是監(jiān)測干旱非常有希望的方法。但是由于微波收地表參數(shù)影響較大，數(shù)據(jù)獲取較難，目前實際應(yīng)用不如前三種方法普遍。

可見光、短波紅外、熱紅外的結(jié)合應(yīng)用是目前干旱遙感監(jiān)測的發(fā)展方向。通過不同波段組合可以反演出地表溫度(LST)、植被指數(shù)、反照率等反映水分狀態(tài)的因子，這些因子的綜合應(yīng)用可以提高水分反演的精度。

遙感干旱監(jiān)測方法因具有高時空分辨率且能獲取區(qū)域連續(xù)空間上的旱情而得以廣泛應(yīng)用，然而以往的遙感干旱監(jiān)測方法多側(cè)重于考慮土壤、植被等單一因素，特別是大多數(shù)遙感干旱監(jiān)測方法不能反映致旱因素中的降水盈虧信息，單一的從植被指數(shù)或地表溫度以及他們的組合生成的監(jiān)測指數(shù)在干旱監(jiān)測中存在很大不確定性。隨著微波雷達(dá)遙感技術(shù)的發(fā)展，從連續(xù)空間面上獲取大氣實時降水成為可能，特別是熱帶降水測量計劃(TropicalRainfall Measuring Mission，TRMM)衛(wèi)星的發(fā)射，為干旱綜合監(jiān)測提供了一種新的遙感數(shù)據(jù)源，然而其空間分辨率較粗，無法反映較為精細(xì)的地表覆蓋，需要進(jìn)行空間降水降尺度后才能應(yīng)用干旱監(jiān)測中。本發(fā)明綜合考慮干旱發(fā)生發(fā)展過程中的土壤水分脅迫、植被生長狀態(tài)和氣象降水盈虧等致旱因素，基于多源遙感數(shù)據(jù)建立一種新的干旱監(jiān)測模型。