一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法与流程

本发明涉及火山监测领域，尤其涉及一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法。

背景技术

火山监测是通过地面观察和仪器测量,连续记录和监视与火山活动密切相关的动力地质现象和地球物理场动态变化的工作。火山监测的目的是掌握火山动向,分析火山活动性,划分火山危险区及可能的危害区,为预测、预报和防御火山灾害服务。现有的火山监测方法是通过传感器，如温度传感器、二氧化碳感器、二氧化硫传感器、岩石变性传感器等等。为了获取关于火山活动更大的规律性，传感器被用来收集和分析数据，从而创造准确的火山活动预报，通常，通过对火山口二氧化碳、二氧化硫含量的变化，以及岩石变形量及速率的分析，来对火山活动进行监测。现有技术的主要问题是费用问题，传感器的高成本限制了受监测火山的数量。同时，已经部署的传感器需要定期维护，而火山通常处于相对偏远的地区，因此进一步增加了维护难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为解决火山活动监测方法是依靠传感器来进行测量，传感器的高成本限制了受监测火山的数量，已经部署的传感器需要定期维护，而火山通常处于相对偏远的地区，因此进一步增加了维护难度的问题，本发明提供一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测火山的坐标信息；

步骤2：根据步骤1中获得的火山坐标信息，持续获取相应区域的卫星影像数据；

步骤3：根据步骤2中获取的卫星影像数据进行处理，反演得到火山口处的温度数据；

步骤4：通过多次检测的火山口温度数据获取火山口温度的变化趋势，根据火山口温度的变化趋势判断火山爆发风险；

步骤5：持续获取火山的卫星影像数据，对爆发后的火山获取卫星影像中的红、绿、蓝光以及近红外波段信息，计算对应区域的气溶胶浓度，从而得到火山灰的扩散状况以及浓度。

具体地，所述卫星影像数据为landsat数据、modis数据或avhrr数据中的一种。

具体地，所述卫星影像数据为landsat数据时，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝[a×(1-c-d)+(b×(1-c-d)+c+d)×t6-d×ta]

其中，ts为地表温度，a和b为经验系数，t6为tm6的亮度温度(k)，ta为大气平均作用温度(k)，c和d为中间参数。

具体地，所述卫星影像数据为modis数据时，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝(c32×(b31+d31)-c31×(d32+b32))/(c32×a31-c31×a32)

其中，ts为地表温度，a31、a32、b31、b32、c31、c32、d31、d32是参数，是由大气透过率和地表返照率等因子确定的。

具体地，所述卫星影像数据为avhrr数据时，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝t4+3.33×(t4-t5)

其中,ts是地表温度，t4、t5分别为avhrr第4、5通道的亮度温度。

具体地，所述待观测火山为处于活跃期的火山。

采用上述方案后，本发明的有益效果如下：

在本发明中，因为遥感技术的应用，由于不需要布设地面实体传感器，本发明允许用户对部分重要的火山活动参数进行监测而无需排出人员到火山口现场作业，无后期维护成本。多光谱遥感技术的应用，保证了用户能够在全球范围内对火山活动进行低成本、低门槛监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决火山活动监测方法是依靠传感器来进行测量，传感器的高成本限制了受监测火山的数量，已经部署的传感器需要定期维护，而火山通常处于相对偏远的地区，因此进一步增加了维护难度的问题。

本发明是一种基于遥感技术的对火山活动进行监测的方法。通过对不同波段的卫星遥感影像进行分析，获取关于火山口温度、烟雾浓度等信息，从而对火山活动进行监测。本发明中，选择的火山是处于活跃期的火山。

本发明的步骤主要分为分为两步，及火山口温度监测和烟雾浓度监测。火山口温度监测利用的是多光谱卫星提供的热红外波段信息，烟雾浓度监测利用的是多光谱卫星提供的可见光及红外波段信息。利用现有的多光谱卫星，可以对全球范围内的火山进行大约每周一次的覆盖，这样的频率足以对对大多数火山活动进行有效监测。

本发明的两大部分分别应用于两种场景。其一，火山口温度监测可以有效地帮助用户(研究人员、政府等)对于火山活动进行掌控，帮助评估火山喷发的可能性以及预测喷发时间。另一方面，火山口烟雾浓度监测可以帮助用户了解火山活动的剧烈程度，判断喷发持续时间，评估灾害损失，空气污染程度等。

由于不需要布设地面实体传感器，本发明允许用户对部分重要的火山活动参数进行监测而无需排出人员到火山口现场作业，无后期维护成本。多光谱遥感技术的应用，保证了用户能够在全球范围内对火山活动进行低成本、低门槛监测。

本发明的效果随着多光谱卫星分辨率的提高而增强。

下面，将结合具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整的说明。

实施例1

本实施例的一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测火山的坐标信息；

步骤2：根据步骤1中获得的火山坐标信息，持续获取相应区域的卫星影像数据；

步骤3：根据步骤2中获取的卫星影像数据进行处理，反演得到火山口处的温度数据；所述卫星影像数据为landsat数据，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝[a×(1-c-d)+(b×(1-c-d)+c+d)×t6-d×ta]

其中，ts为地表温度，a和b为经验系数，t6为tm6的亮度温度(k)，ta为大气平均作用温度(k)，c和d为中间参数。tm是一种遥感器，搭载在美国陆地卫星landsat系列卫星上。tm影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪(thematicmapper)所获取的多波段扫描影像，有7个波段，其波谱范围：tm-1为0.45～0.52微米，tm－2为0.52～0.60微米，tm－3为0.63～0.69微米，以上为可见光波段；tm-4为0.76～0.90微米，为近红外波段；tm-5为1.55～1.75微米，tm-7为2.08～2.35微米，为中红外波段；tm-6为10.40～12.50微米，为热红外波段。影像空间分辨率除热红外波段为120米外，其余均为30米，像幅185×185公里2。每波段像元数达61662个(tm-6为15422个)。一景tm影像总信息量为230兆字节)，约相当于mss影像的7倍。因tm影像具较高空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为20世纪80年代中后期得到世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源。能满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶10万或更大比例尺专题图，修测中小比例尺地图的要求。

landsat-7，星上携带专题制图仪etm，etm具有8个波段，其中1-5波段和7波段是多光谱波段，空间分辨率是30米，第六波段是热红外波段，空间分辨率是120米，第8波段为全色波段，分辨率为15米。景宽185公里，景面积为34225平方公里。此星一直在正常运转，2000年遥感卫星地面站开始接收数据。

步骤4：通过多次检测的火山口温度数据获取火山口温度的变化趋势，根据火山口温度的变化趋势判断火山爆发风险。

步骤5：持续获取火山的卫星影像数据，对爆发后的火山获取卫星影像中的红、绿、蓝光以及近红外波段信息，计算对应区域的气溶胶浓度，从而得到火山灰的扩散状况以及浓度。

实施例2

本实施例的一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测火山的坐标信息；

步骤2：根据步骤1中获得的火山坐标信息，持续获取相应区域的卫星影像数据；

步骤3：根据步骤2中获取的卫星影像数据进行处理，反演得到火山口处的温度数据；所述卫星影像数据为modis数据，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝(c32×(b31+d31)-c31×(d32+b32))/(c32×a31-c31×a32)

其中，ts为地表温度，a31、a32、b31、b32、c31、c32、d31、d32是参数，是由大气透过率和地表返照率等因子确定的。

步骤4：通过多次检测的火山口温度数据获取火山口温度的变化趋势，根据火山口温度的变化趋势判断火山爆发风险；

步骤5：持续获取火山的卫星影像数据，对爆发后的火山获取卫星影像中的红、绿、蓝光以及近红外波段信息，计算对应区域的气溶胶浓度，从而得到火山灰的扩散状况以及浓度。气溶胶浓度计算的主要技术原理是利用气溶胶在近红外波段的偏振辐射特性，此为现有技术，在此不作过多说明。

实施例3

本实施例的一种基于多光谱卫星影像的火山活动监测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测火山的坐标信息；

步骤2：根据步骤1中获得的火山坐标信息，持续获取相应区域的卫星影像数据；

步骤3：根据步骤2中获取的卫星影像数据进行处理，反演得到火山口处的温度数据；所述卫星影像数据为avhrr数据，火山口处的温度数据计算过程为：

ts＝t4+3.33×(t4-t5)

其中,ts是地表温度，t4、t5分别为avhrr第4、5通道的亮度温度。

步骤4：通过多次检测的火山口温度数据获取火山口温度的变化趋势，根据火山口温度的变化趋势判断火山爆发风险；

步骤5：持续获取火山的卫星影像数据，对爆发后的火山获取卫星影像中的红、绿、蓝光以及近红外波段信息，计算对应区域的气溶胶浓度，从而得到火山灰的扩散状况以及浓度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。