一种基于遥感的生态灾害监测预报系统及方法

1.本发明属于生态灾害检测预警领域，具体涉及一种基于遥感的生态灾害监测预报系统及方法。


背景技术：

2.当今社会，由于生态环境的恶化，生态灾害问题越来越严重。如何准确预报灾害来临，实时监控灾情发展，为灾害的防控提供强有力的支持，成为亟待解决的重大问题。生态灾害通常具有突发性，广泛性，及危害性较大的特点，这就要求在短时间内做出反应, 提供灾区现状和评估的信息, 以做出正确的判断和决策。遥感技术具有获取信息速度快、周期短、手段多、信息量大、受条件限制少等特点，可以不断提供有关生态灾害发生背景、条件的大量信息，有助于圈定某些灾害可能发生的地区、时段及危害程度, 从而采取必要的防灾措施, 减轻灾害造成的损失；在众多遥感技术中，卫星遥感技术是防灾减灾的强有力手段。
3.而现有的卫星遥感技术在生态灾害的监测预报中还存在着以下的问题：对生态灾害的响应不够及时，现有的遥感卫星观测过程，通常是当生态灾害发生之后，才取求助于卫星遥感手段，将对灾害观测的指令上注，而由于卫星的在轨道中的位置变化，很可能导致观测指令无法及时上注，或者无法观测到灾害区域。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于遥感的生态灾害监测预报系统及方法，使得卫星遥感技术在生态灾害监测预报中的针对性，及时性有效的提高。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：提供一种基于遥感的生态灾害监测预报系统，其特征在于，包括遥感卫星平台及地面控制平台；所述遥感卫星平台包括多个遥感卫星；所述遥感卫星包括智能识别模块，有效载荷配置模块，数据处理模块；所述智能识别模块用于对生态灾害进行识别，获取生态灾害发生区域及类型，并通过星间链路向即将经过该灾害发生区域的遥感卫星发送观测指令；所述有效载荷配置模块用于根据接收到的遥感卫星发送的观测指令，对有效载荷动态重组，以便对生态灾害进行观测；所述数据处理模块用于对观测到的数据进行辐射校正，几何校正及数据压缩，以便将数据下传到地面控制平台；所述地面控制平台用于观测计算遥感卫星运行轨道、上注控制指令、监视卫星平台和载荷运行工况，接收卫星数据，发布生态灾害预警。
6.灾害类型包括森林火灾、湖泊水华、海洋赤潮、河流断流及洪水、山体滑坡。
7.对有效载荷动态重组包括调用不同的成像手段和/或根据灾害类型调整成像参数；所述成像手段包括合成孔径雷达, 多光谱正射影像，高光谱正向摄影。
8.星间链路采用ka频段的多波束用户天线和可接力使用的q/v频段馈电天线，以及v-ka频段前向链路转发器和ka-v频段返向链路转发器。
9.一种基于遥感的生态灾害监测预报方法，包括如下步骤：s1：多个遥感卫星在近地轨道巡航，实时采集巡航轨道所覆盖区域的图像数据；s2：遥感卫星上的智能识别模块对上述图像数据进行识别，若识别到生态灾害事件发生，则记录下事件发生的区域位置信息及预估的灾害类型；s3：通过自身星历及其他遥感卫星的星历计算出，下一个即将经过该区域的遥感卫星，并通过星间链路将区域位置信息及预估的灾害类型信息，传输至下一个即将经过该区域的遥感卫星及地面控制中心；s4：下一个即将经过该区域的遥感卫星，根据区域位置信息及预估的灾害类型信息，提前对有效载荷进行动态重组，针对上述区域的灾害类型，进行针对性的图像及视频采集；s5：遥感卫星，将采集到的具有针对性的图像及时视频数据传输至地面控制中心，以便地面控制中心，针对该生态灾害进行预警。
10.所述智能识别模块对图像数据进行识别过程包括：s21：对采集的多光谱正射影像数据的边缘畸变进行校正；s22：基于参数文件，对多光谱正射影像数据进行几何校正，辐射校正；s23：提取特定波段图像数据中地形地貌的边界分布信息；s24：将该边界分布信息与上一周期同一位置获得的边界分布信息进行比较，获得其差值；s25：通过该差值判断地形地貌是否发生了明显改变；若是，则认为该区域发生了疑似生态灾害异常。
11.所述的图像数据为多光谱正射影像，光谱范围从0.4微米-14微米，共26个波段。
12.本发明的有益效果在于：（1）通过遥感卫星的智能识别模块能够对是否发生生态灾害进行初步的估判，避免了当生态灾害发生之后，才去求助于卫星遥感，导致不能及时利用遥感手段获取生态灾害数据，影响对生态灾害的后续处理。
13.（2）本技术采用去中心化遥感卫星，每一个卫星都是中心，在其获取生态灾害信息时，都能够及时的联动其他遥感卫星，为获取灾害的影像资料提供更多的手段和角度，方便后续对灾害的成因进行追溯，也方便了对其发展趋势进行预判。
14.（3）本技术采用了能够动态重组的有效载荷，大大的丰富了遥感卫星的可利用性，改进了遥感卫星原本功能单一的缺点。
附图说明
15.图1为本发明的基于遥感的生态灾害监测预报系统示意图；图2为本发明的基于遥感的生态灾害监测预报方法流程图。
具体实施方式
16.以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，
给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
17.实施例1提供一种基于遥感的生态灾害监测预报系统，其特征在于，包括遥感卫星平台及地面控制平台；所述遥感卫星平台包括多个遥感卫星，遥感卫星常采用太阳同步轨道、回归轨道等1000公里以下的低轨，也有部分处于地球同步轨道，本技术主要针对低轨遥感卫星。低轨遥感卫星具有发射成本低、重访次数高、数据传输率高等优点，更利于完成全球观测任务和观测数据快速下传。
18.所述遥感卫星包括智能识别模块，有效载荷配置模块，数据处理模块；所述智能识别模块用于对生态灾害进行识别，获取生态灾害发生区域及类型，并通过星间链路向即将经过该灾害发生区域的遥感卫星发送观测指令；对于具有拍摄多光谱正射影像功能的遥感卫星来说，其拍摄的多光谱正射影像可以分成多个不同的波段的影像，而不同波段的影响可以用于识别不同的生态灾害，比如森林火灾和火山喷发，在光谱范围为3.929-3.989微米的波段，能够很好的识别。
19.所述有效载荷配置模块用于根据接收到的遥感卫星发送的观测指令，对有效载荷动态重组，以便对生态灾害进行观测；有效载荷即卫星平台搭载的对地感知观测设备，目前已投入使用的包括光学、合成孔径雷达、多光谱/高光谱等各类载荷，其性能直接关系到遥感的分辨率和成像质量。而有效载荷配置模块，则是通过智能操作系统管理fpga计算和交换阵列、dsp计算阵列、gpu计算阵列等硬件资源池，以实现通过接入不同的硬件部件、加载不同的软件组件，即可快速重构出不同的功能的有效载荷。
20.所述数据处理模块用于对观测到的数据进行辐射校正，几何校正及数据压缩，以便将数据下传到地面控制平台；所述地面控制平台用于观测计算遥感卫星运行轨道、上注控制指令、监视卫星平台和载荷运行工况，接收卫星数据，发布生态灾害预警。
21.灾害类型主要包括森林火灾、湖泊水华、海洋赤潮、河流断流及洪水、山体滑坡等。
22.对有效载荷动态重组包括调用不同的成像手段和/或根据灾害类型调整成像参数；所述成像手段包括合成孔径雷达, 多光谱正射影像，高光谱正向摄影。
23.星间链路采用 ka 频段的多波束用户天线和可接力使用的 q/v 频段馈电天线，以及v-ka 频段前向链路转发器和 ka-v 频段返向链路转发器。
24.目前，各国遥感卫星迅猛发展将导致广泛使用的s、x频段非常拥挤，而ka等高频段传输带宽可达2.5 ghz以上，与s（90 mhz）、x（375 mhz）频段相比具有显著优势，卫星业务通信预计可保障至少1gbit/s的单通道速率此外，通信载荷集成了v-ka频段前向链路转发器和ka-v频段返向链路转发器，用于实现信关站、 卫星、卫星终端之间的通信，提供20gbit/s以上宽带通信保障，从而满足遥感信息的大带宽即时传输需求。
25.实施例2一种基于遥感的生态灾害监测预报方法，包括如下步骤：s1：多个遥感卫星在近地轨道巡航，实时采集巡航轨道所覆盖区域的图像数据；
s2：遥感卫星上的智能识别模块对上述图像数据进行识别，若识别到生态灾害事件发生，则记录下事件发生的区域位置信息及预估的灾害类型；s3：通过自身星历及其他遥感卫星的星历计算出，下一个即将经过该区域的遥感卫星，并通过星间链路将区域位置信息及预估的灾害类型信息，传输至下一个即将经过该区域的遥感卫星及地面控制中心；s4：下一个即将经过该区域的遥感卫星，根据区域位置信息及预估的灾害类型信息，提前对有效载荷进行动态重组，针对上述区域的灾害类型，进行针对性的图像及视频采集；s5：遥感卫星，将采集到的具有针对性的图像及时视频数据传输至地面控制中心，以便地面控制中心，针对该生态灾害进行预警。
26.其中，对有效载荷进行动态重组包括以下步骤：s41：将当前正在工作的有效载荷与其控制软件解耦合，并将该有效载荷登记入组件库，释放其控制软件；s42：根据反馈的灾害类型，获得有效载荷重组模型，有效载荷重组模型包括有效载荷编号及其组合方案，根据软件标识及其组合方案，控制参数。
27.其中，为了使得增加遥感卫星中有效载荷及控制软件的通用性，可以将完成一项观测任务的有效载荷重组模型映射为多个控制软件及多个有效载荷，对灾害的观测需要通过多个控制软件及多个有效载荷组合后，共同进行观测。
28.该步骤还包括将有效载荷重组模型映射为多个控制软件及多个有效载荷；查询遥感卫星是否配置有多个控制软件，若否，则向地面控制平台和/或其他遥感卫星发送控制软件上注和/或共享请求，控制软件上注/共享请求中包括控制软件的标识；地面控制平台和/或其他遥感卫星，根据所述控制软件上注/共享请求，从控制软件列表中拉取所述控制软件的安装数据，并向该遥感卫星发送所述控制软件的安装数据；所述遥感卫星根据所述安装数据配置安装所述控制软件，并根据有效载荷重组模型进行有效载荷重组。
29.s43：通过执行器，驱动所有被选中的有效载荷至工作位置，同时加载控制软件，通过控制软件设置有效载荷的控制参数；s44：调用卫星姿态控制系统，调整卫星姿态使得有效载荷能够更好地获取地面灾害发生区域的影像数据信息。
30.所述智能识别模块对图像数据进行识别过程包括：s21：对采集的多光谱正射影像数据的边缘畸变进行校正；s22：基于参数文件，对多光谱正射影像数据进行几何校正，辐射校正；s23：提取特定波段图像数据中地形地貌的边界分布信息；s24：将该边界分布信息与上一周期同一位置获得的边界分布信息进行比较，获得其差值；s25：通过该差值判断地形地貌是否发生了明显改变；若发生了明显改变，则认为该区域发生了疑似生态灾害异常。
31.其中，湖泊等大型水体附近的地形地貌图像可以采用多光谱正射成像，其波段可采用0.69-0.71微米波段，通过比对该波段前后获得的多光谱正射影像，能够识别湖泊是否有水华灾害的发生。
32.图像数据为多光谱正射影像，光谱范围从0.4微米-14微米，共26个波段。
33.对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思， 给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括 在本发明权利要求的保护范围之内。