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[發(fā)明專利]基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法在審

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 202011550067.4 申請日: 2020-12-24
公開(公告)號: CN112834040A 公開(公告)日: 2021-05-25
發(fā)明(設(shè)計)人: 趙飛 申請(專利權(quán))人: 合肥冬行信息科技有限公司
主分類號: G01J5/00 分類號: G01J5/00;G01D21/02;G06K9/00;G06K9/52;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
代理公司: 暫無信息 代理人: 暫無信息
地址: 230000 安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)*** 國省代碼: 安徽;34
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 基于 靜止 衛(wèi)星 地面 異常 識別 算法
【權(quán)利要求書】:

1.基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法,其特征在于:包括以下步驟:

S1、獲取靜止衛(wèi)星的中紅外通道的像元亮度DN值及觀測幾何角度數(shù)據(jù)集,首先將DN值轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)I,

I=α*DN+β

S2、進(jìn)而將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為輻射亮溫:

其中α,β為定標(biāo)常數(shù),h為普朗克常數(shù),c為光速,k為玻爾茲曼常數(shù),λ為中心波長;

S3、利用靜止衛(wèi)星觀測獲取周平均下的地表植被指數(shù)NDVI,地表植被含水量NDWI;

S4、利用靜止衛(wèi)星觀測的高時間分辨率優(yōu)勢以提高信噪比,多次(次數(shù)為N)重復(fù)觀測噪聲信號降低正比于

S5、獲取時間鄰域的N個連續(xù)觀測值,空間領(lǐng)域5*5格點區(qū)域的靜止衛(wèi)星觀測的紅外亮溫、觀測角度、模擬的溫度、壓強(qiáng)、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度、累積降水量、大氣水汽柱總量、臭氧柱總量以及地表覆蓋類型;

S6、模型采用深度時空卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,模型結(jié)構(gòu)如下:

ypredict=f(Tb1,Tb2,...,TbN,soz,raa,O3,RH,Temperature,

Wind,Water,Precipitation,NVDI,NDWI,Land_Use,DEM)

其中ypredict為模型模擬的火輻射強(qiáng)度,Tb1,Tb2,...,TbN為衛(wèi)星紅外通道亮溫,soz為太陽天頂角,raa為相對方位角,RH為地表相對濕度,Temperature為地表溫度,Wind為風(fēng)速及風(fēng)向,O3為臭氧柱總量,Water為水汽柱總量,Precipitation為五日內(nèi)的累積降水量,NDVI為歸一化的植被指數(shù),NDWI為歸一化的水體指數(shù),DEM為海拔高度,Land_use為地表類型;

Xoutput_layer=Xinput_layer+F(Xinput_layer,Θ)

其中Xinput_layer為輸入層,Xoutput_layer為輸出層,F(xiàn)為傳遞函數(shù),θ為訓(xùn)練參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法,其特征在于:所述步驟S3中考慮衛(wèi)星觀測輻射亮溫受到地表溫度,大氣水汽以及臭氧在紅外波段的吸收影響;通過WRF-Chem模擬得到溫度、壓強(qiáng)、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度、累積降水量、水汽柱總量、臭氧含量等數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)重新格點到相同坐標(biāo)尺度下;以及考慮到衛(wèi)星觀測與地形關(guān)系,使用地表高程數(shù)據(jù);以及考慮到地表熱異常的不同類型:林火、草原火災(zāi)、秸稈燃燒、工廠熱源、爆炸等等,采用高精度的地表類型數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)作為熱異常的潛在指示依據(jù),為紅外通道輻射亮溫提供判定依據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法,其特征在于:所述步驟S4中考慮到靜止衛(wèi)星觀測信噪比問題,不采用簡單的取平均值的做法,考慮到觀測亮溫可能受到多種瞬時效應(yīng)影響以及熱異常發(fā)生的瞬時性,采用深度時空卷積時空網(wǎng)絡(luò)模型來提取時空背景特征以及熱異常的突發(fā)性特征。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法,其特征在于:所述步驟S5中獲取空間鄰域下與時間標(biāo)量下的:地表高程、地表類型、NDVI、NDWI數(shù)據(jù);標(biāo)簽數(shù)據(jù)采用MODIS、VIIRS等極軌衛(wèi)星觀測到的地表熱異常火強(qiáng)度數(shù)據(jù)集。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于靜止衛(wèi)星的地面熱異常識別算法,其特征在于:所述步驟S6中更為具體的,對于每個子模塊有:

Xoutput_layer(t,t-1,...,t-k)=ConvLSTM (Xinput_layer(t,t-1,...,t-k))

對于不同輸出層采用不同的時間軸長度k,對于最終輸出層之前的輸出層,k=N即輸入數(shù)據(jù)序列長度,對于最終輸出層k=0。

損失函數(shù):

其中為模型預(yù)測結(jié)果,為樣本標(biāo)簽。

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