专利名称：基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及大气环境遥感监测技术领域，特别涉及ー种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法及系统。
背景技术：
作为ー种主要的大气污染物，气溶胶对公共健康的影响已经是公认的事实，直接威胁着人类生存与可持续发展。其中，可吸入颗粒物PMlO(空气动力学直径小于ΙΟμπι的颗粒物)可达人体的支气管区，粒径小于5 μ m的颗粒物可达到肺泡区，部分更小的例子甚至可以通过毛細血管进入人体血液循环系统，对心脏及心血管造成较大危害。据《2006年中国环境状况公报》统计，在我国监测的557个城市中，43. 4%的城市大气质量没有达标，颗粒物为主要污染物。准确获取PMlO的时空分布、来源及传输路径是衡量其污染影响，制定颗粒物防治政策的重要保障。当前PMlO监测主要依靠地面站点，然而由于观测设备一般昂贵且维护复杂，环境监测站点分布不均且数量有限，无法全面、动态的反映可吸入颗粒物在较大区域内的空间分布，难以对污染物来源、输送通道进行准确分析。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何全面、动态的反映可吸入颗粒物在较大区域内的空间分布，对污染物来源、输送通道进行准确分析，降低设备成本及维护复杂度。( ニ )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了ー种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法，包括以下步骤Sl 环境一号Α/Β星的电荷耦合元件CCD相机获取的原始数据反演目标区域的气溶胶光学厚度，并对所述目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理；S2 通过激光雷达获取大气边界层高度，根据所述大气边界层高度对经过所述插值和平滑处理后的气溶胶光学厚度的每个像元逐一进行垂直订正，获得近地面气溶胶的消光系数；S3 通过气象仪的观测获得近地面相对湿度，根据所述近地面相対湿度对所述近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一进行湿度订正，获得没有吸湿增长影响的干燥近地面气溶胶消光系数；S4:根据近地面可吸入颗粒物的浓度与所述干燥近地面气溶胶消光系数的相关关系，将所述干燥近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一转化为近地面可吸入颗粒物的浓/又。其中，步骤Sl具体包括Sll 基于辐射传输模型对不同观测几何、气溶胶模式、气溶胶光学厚度，以及地表类型条件下环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的表观反射率进行模拟，建立反演气溶胶光学厚度的多维查找表；S12 获取环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的原始数据，对所述原始数据进行重采样，由所述原始数据的辅助数据文件中获取辐射定标系数和与所述原始数据对应的观测几何，通过所述辐射定标系数将经重采样后的原始数据的灰度值转换为表观反射率，所述观测几何包括太阳天顶角、观测天顶角和太阳与卫星的相对方位角；S13:根据所述表观反射率计算归一化植被指数，根据所述归ー化植被指数进行暗像元的识别，利用所述观测几何对所述多维查找表进行插值，得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气參数，井根据所述大气參数和所述暗像元的表观反射率，通过辐射传输方程反演得到目标区域的气溶胶光学厚度，所述暗像元为归ー化植被指数大于设定阈值的像元；S14 采用NXN像元的距离加权平均的滤波方法，对目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理。其中，步骤S13中，利用归ー化植被指数识别暗像元，利用所述观测几何从所述多维查找表中插值得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气參数，根据所述辐射传输方程和所述暗像元的红、蓝波段表观反射率计算得到暗像元的红、蓝波段的地表反射率，拟合所述暗像元的红、蓝波段的地表反射率之间的比率与实测的暗像元经验比率相同，此时对应的气溶胶光学厚度即为该暗像元的反演结果，所述大气參数与气溶胶光学厚度相对应，包括大气下界的半球反射率、大气透过率、以及大气的路径辐射项等效反射率。其中，步骤S2具体包括S21 通过激光雷达获取大气边界层高度；S22 通过下式计算所述近地面气溶胶消光系数，
权利要求
1.ー种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，包括以下步骤S1环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机获取的原始数据反演目标区域的气溶胶光学厚度，并对所述目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理；S2通过激光雷达获取大气边界层高度，根据所述大气边界层高度对经过所述插值和平滑处理后的气溶胶光学厚度的每个像元逐一进行垂直订正，获得近地面气溶胶的消光系数；S3通过气象仪的观测获得近地面相对湿度，根据所述近地面相対湿度对所述近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一进行湿度订正，获得没有吸湿增长影响的干燥近地面气溶胶消光系数；S4:根据近地面可吸入颗粒物的浓度与所述干燥近地面气溶胶消光系数的相关关系， 将所述干燥近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一转化为近地面可吸入颗粒物的浓度。
2.如权利要求1所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，步骤Sl具体包括S11基于辐射传输模型对不同观测几何、气溶胶模式、气溶胶光学厚度，以及地表类型条件下环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的表观反射率进行模拟，建立反演气溶胶光学厚度的多维查找表；S12获取环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的原始数据，对所述原始数据进行重采样，由所述原始数据的辅助数据文件中获取辐射定标系数和与所述原始数据对应的观测几何，通过所述辐射定标系数将经重采样后的原始数据的灰度值转换为表观反射率，所述观测几何包括太阳天顶角、观测天顶角和太阳与卫星的相对方位角；S13根据所述表观反射率计算归一化植被指数，根据所述归ー化植被指数进行暗像元的识别，利用所述观测几何对所述多维查找表进行插值，得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气參数，井根据所述大气參数和所述暗像元的表观反射率，通过辐射传输方程反演得到目标区域的气溶胶光学厚度，所述暗像元为归ー化植被指数大于设定阈值的像元；S14采用NXN像元的距离加权平均的滤波方法，对目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理。
3.如权利要求2所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，步骤S13中，利用归ー 化植被指数识别暗像元，利用所述观测几何从所述多维查找表中插值得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气參数，根据所述辐射传输方程和所述暗像元的红、蓝波段表观反射率计算得到暗像元的红、蓝波段的地表反射率，拟合所述暗像元的红、蓝波段的地表反射率之间的比率与实测的暗像元经验比率相同，此时对应的气溶胶光学厚度即为该暗像元的反演结果，所述大气參数与气溶胶光学厚度相对应，包括大气下界的半球反射率、大气透过率、以及大气的路径辐射项等效反射率。
4.如权利要求1所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，步骤S2具体包括S21通过激光雷达获取大气边界层高度；S22通过下式计算所述近地面气溶胶消光系数，其中，Κ3,0(λ)为所述近地面的气溶胶消光系数，、(λ)为经所述预处理后的目标区域的气溶胶光学厚度，Ha为所述大气边界层高度。
5.如权利要求1所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，步骤S3具体包括531通过气象仪的观测获得近地面相対湿度；532通过下式计算所述干燥近地面气溶胶消光系数，
6.如权利要求1所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，在步骤S4中通过下式计算所述近地面可吸入颗粒物的浓度，PM10 = aka,Dry+b其中，PMltl为所述近地面可吸入颗粒物的浓度，a和b为由地面观测数据拟合获得的常数，为所述干燥近地面气溶胶消光系数。
7.如权利要求1所述的可吸入颗粒物估算方法，其特征在干，步骤S4之后还包括步骤S5 将获得的所述近地面可吸入颗粒物的浓度进行输出。
8.ー种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算系统，其特征在干，包括反演处理模块，用于环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机获取的原始数据反演目标区域的气溶胶光学厚度，并对所述目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理；垂直订正模块，用于通过激光雷达获取大气边界层高度，根据所述大气边界层高度对经过所述插值和平滑处理后的气溶胶光学厚度的每个像元逐一进行垂直订正，获得近地面气溶胶的消光系数；湿度订正模块，用于通过气象仪的观测获得近地面相対湿度，根据所述近地面相对湿度对所述近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一进行湿度订正，获得没有吸湿增长影响的干燥近地面气溶胶消光系数；转化模块，用于根据可吸入颗粒物质量浓度与所述干燥近地面气溶胶消光系数的相关关系，将所述干燥近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一转化为近地面可吸入颗粒物的浓
9.如权利要求8所述的可吸入颗粒物估算系统，其特征在干，所述反演处理模块进ー 步包括查找表建立子模块，用于基于辐射传输模型对不同观测几何、气溶胶模式、气溶胶光学厚度，以及地表类型条件下环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的表观反射率进行模拟，建立反演气溶胶光学厚度的多维查找表；预处理子模块，用于获取环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的原始数据，对所述原始数据进行重采样，由所述原始数据的辅助数据文件中获取辐射定标系数和与所述原始数据对应的观测几何，通过所述辐射定标系数将经重采样后的原始数据的灰度值转换为表观反射率，所述观测几何包括太阳天顶角、观测天顶角和太阳与卫星的相对方位角；计算反演子模块，用于根据所述表观反射率计算归一化植被指数，根据所述归ー化植被指数进行暗像元的识别，利用所述观测几何对所述多维查找表进行插值，得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气參数，井根据所述大气參数和所述暗像元的表观反射率，通过辐射传输方程反演得到目标区域的气溶胶光学厚度，所述暗像元为归ー化植被指数大于设定阈值的像元；插值平滑处理子模块，用于采用NXN像元的距离加权平均的滤波方法，对目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理。
全文摘要
本发明公开了一种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法，包括S1环境一号A/B星的CCD相机获取的原始数据反演目标区域的气溶胶光学厚度，并对目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理；S2通过激光雷达获取大气边界层高度，根据大气边界层高度对经过插值和平滑处理后的气溶胶光学厚度垂直订正，获得近地面气溶胶的消光系数；S3通过气象仪的观测获得近地面相对湿度，对近地面气溶胶消光系数进行湿度订正，获得没有吸湿增长影响的干燥近地面气溶胶消光系数；S4将干燥近地面气溶胶消光系数转化为近地面可吸入颗粒物的浓度。本发明通过卫星遥感连续、动态获取大气信息的优势，全面、动态的反映了可吸入颗粒物在较大区域内的空间分布。
文档编号G01N21/17GK102539336SQ20111003442
公开日2012年7月4日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者厉青, 周春艳, 张丽娟, 杨幸, 段文举, 毛慧琴, 王中挺, 王子峰, 王桥, 陈辉, 黄陆雄 申请人:环境保护部卫星环境应用中心