一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法
【专利摘要】本发明涉及一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，利用Terra和Aqua两种数据源的绿光波段和短波红外计算归一化植被/雪被指数，结合近红外波段和绿光波段得到最初阶段雪盖反演结果，对雪盖反演结果做多时相协同去云处理，协同多时相微波数据生成最终雪盖反演产品；利用被动微波数据反演雪深，取雪深大于5cm为有效值结合微波积雪分类图多时相协同，雪深小于或等于5cm的像素值用光学数据反演结果表示并结合光学积雪分类图提高反演精度，将微波反演与光学反演结果协同生成最终雪深反演产品。本发明的有益效果为：积雪参数反演的精度和完整度高，对雪深小于或等于5厘米的反演，发明光学数据反演公式，弥补了对浅雪区反演的空白。
【专利说明】一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及遥感图像处理【技术领域】，尤其涉及一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法。
【背景技术】
[0002]积雪是地表最为活跃的自然要素之一，具有季节性强、分布广、反照率高的特点，其特征如积雪覆盖(以下简称雪盖)、积雪深度(以下简称雪深)等是研究气候变化、地表辐射平衡、水文循环等的一个重要因子，也是全球水能平衡模型中的主要输入参数，其中雪盖和雪深是最为重要的积雪参数。雪盖、雪深是气候变化的敏感指示器，任何时间和空间尺度的气候变化都伴随着不同规模的积雪波动，从积雪信息可以预测气候变化趋势。因此积雪监测对于研究全球和区域的气候变化及其对生态环境的影响等具有重要意义。
[0003]目前，使用较广的雪盖提取方法主要有三种:亮度阈值法、雪盖指数法以及监督分类法，使用的光学数据源以MODIS (modis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过X波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器，全球许多国家和地区都在接收和使用modis数据。)为主，MODIS具有波谱宽、通道窄、高时空分辨率的优点，其应用范围更广。归一化积雪指数指数(Normalized Difference Snow Index, NDSI)已经成为应用最广泛的雪盖反演方法,该方法可以消除地形阴影和部分云层的影响。但是仅利用光学遥感资料精确区分厚云和雪是比较困难的，并且也很难获取云下尤其是厚云下的地表信息，不能判断云覆盖区的雪盖状况。具有云穿透功能的微波传感器如SMMR、SSM/1、AMSR-E在积雪信息提取领域有着独特的优势，它可以全天候穿透云层获取地表信息，但由于分辨率较低，故主要用来进行大范围的积雪监测。
[0004]积雪深度反演主要采用微波遥感技术，也有少量利用光学遥感数据反演雪深的研究。积雪深度反演应用最为广泛的方法为基于SMMR数据的雪深反演“亮温梯度”计算公式，该方法已被用于全球雪深反演研究中，但是该反演方法只适用于深雪区，对于浅雪区的反演方法，目前还属于空白。
[0005]常用的积雪参数反演方法大多是基于单源遥感数据的，并没有结合各种数据源的优势。对于雪盖这一参数，目前的反演方法主要是利用光学遥感数据，难以精确区分厚云与雪，并且无法判断云下的积雪覆盖状况；对于雪深这一参数的反演，目前主要使用的是被动微波数据，然而当雪深小于5cm时存在较大误差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，包括以下步骤:1)对包含Terra/MODIS和Aqua/MODIS两种数据源的光学数据中的绿光波段和短波红外进行归一化植被指数NDVI和归一化雪被指数NDSI计算，设定MODIS反射率产品积雪信息提取的规则，并基于MODIS的反射率产品M0D09GA、MYD09GA，分别得到积雪提取结果M0D_Snow 和 MYD_Snow ；
2)融合积雪提取结果M0D_Snow以及M0D10A1雪盖产品中的云信息，得到上午星的雪、云、陆地分布结果MOD ;融合NDSI的积雪提取结果MYD_Snow与MYD10A1雪盖产品中的云信息，得到下午星的雪、云、陆地分布结果MYD ;利用不同时相的MOD和MYD的积雪判别结果，融合得到合成积雪图像MOYD ；
3)利用被动微波数据的雪水当量产品SWE得到雪盖图像AE_Snow;利用多时相协同，融合研究日以及前一日和后一日的影像，得到合成积雪图像AMSR_Snow ；
4)基于被动微波数据，初步计算雪深值，其计算公式如下:
SD — 0.86β X (Tigjj 一 T37H) 一 2.130其中，SD表示积雪深度，单位为cm ；T19H和T37H分别表示19和37GHz水平极化亮度温度数据，与积雪分类图AE_Snow融合，AE_Snow中地表类型不为积雪的像元的雪深值赋为0，分类图中为异常区的像元的雪深值赋为255，表示像元异常，其雪深值需结合相邻时相的雪深反演结果进行判别；
5)用光学数据MODIS的第一波段到第七波段与实测雪深值回归分析，模拟各个波段与雪深值的相关性得到实际相关波段；对相关波段曲线模拟得到光学反演公式；以及
6)根据多时相的 微波反演结果中积雪深度是否大于5cm分为深雪区和浅雪区，其中浅雪区和异常区的雪深值取多时相MODIS融合雪深值，而深雪区则保留多时相AMSR-E亮温数据反演的雪深融合结果。
[0008]进一步的，步骤2)完成后进行去云处理:根据积雪与云的主要差别，结合临近日的合成积雪图像M0YD，得到多时相的MODIS雪盖融合图像M0DIS_Snow，M0DIS_Snow中将积雪合成图像AMSR_Snow融合,对云下积雪信息进行协同补充。
[0009]进一步的，所述AMSR_Snow和MODI S_Snow的融合规则为:若MODI S_Snow中相应像元值为异常值或云的，则将AMSR_Snow相应像元值赋给融合图像MDAE的相应像元，否则MDAE保留M0DIS_Snow的像元值。
[0010]进一步的，步骤4)中异常区的雪深值结合相邻时相的雪深反演结果进行判断的具体方法包括:，在当日影像的异常区，判断前一日与后一日的遥感影像的地物类型是否相同，若地物类型相同，那么异常区的具体融合规则如下:地物类型均为积雪，则取相应像元的雪深平均值作为当日影像的雪深值；地物类型均为异常区，则通过空间插值方法获得雪深信息；地物类型均为陆地、水体或冰层，则将当日影像的雪深值赋为O ;将微波数据反演雪深值取大于5厘米为有效值。
[0011]本发明的有益效果为:应用多时相协同，去除云、裂缝等影响，提高积雪参数反演的精度和完整度，应用多种数据源的协同，发挥每种数据源的优势，提高积雪参数反演的精度，对于雪深小于或等于5厘米的反演，发明了光学数据反演公式，弥补了对于浅雪区反演的空白。
【专利附图】
【附图说明】[0012]下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
[0013]图1是本发明实施例所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法中雪盖参数反演的流程图；
图2是本发明实施例所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法中雪深参数反演的流程图；
图3是一种现有的雪盖反演产品图；
图4是利用本发明实施例所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法得到的一种雪盖反演产品图；
图5是一种现有的雪深反演产品图；
图6是利用本发明实施例所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法得到的一种雪深反演产品图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示:
一、雪盖反演
步骤1:设定MODIS反射率产品积雪信息提取的规则:
B2>0.11
Β4>0.I
【权利要求】
1.一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)对包含Terra/MODIS和Aqua/MODIS两种数据源的光学数据中的绿光波段和短波红外进行归一化植被指数NDVI和归一化雪被指数NDSI计算，设定MODIS反射率产品积雪信息提取的规则，并基于MODIS的反射率产品M0D09GA、MYD09GA，分别得到积雪提取结果M0D_Snow 和 MYD_Snow ； 2)融合积雪提取结果M0D_Snow以及M0D10A1雪盖产品中的云信息，得到上午星的雪、云、陆地分布结果MOD ;融合NDSI的积雪提取结果MYD_Snow与MYD10A1雪盖产品中的云信息，得到下午星的雪、云、陆地分布结果MYD ;利用不同时相的MOD和MYD的积雪判别结果，融合得到合成积雪图像MOYD ； 3)利用被动微波数据的雪水当量产品SWE得到雪盖图像AE_Snow;利用多时相协同，融合研究日以及前一日和后一日的影像，得到合成积雪图像AMSR_Snow ； 4)基于被动微波数据，初步计算雪深值，其计算公式如下:SD = 0,868 X C Tl Sn — Tjjh ) 2.130 其中，SD表示积雪深度，单位为cm ；T19H和T37H分别表示19和37GHz水平极化亮度温度数据，与积雪分类图AE_Snow融合，AE_Snow中地表类型不为积雪的像元的雪深值赋为0，分类图中为异常区的像元的雪深值赋为255，表示像元异常，其雪深值需结合相邻时相的雪深反演结果进行判别； 5)用光学数据MODIS的第一波段到第七波段与实测雪深值回归分析，模拟各个波段与雪深值的相关性得到实际相关波段；对相关波段曲线模拟得到光学反演公式；以及 6)根据多时相的微波反演结果中积雪深度是否大于5cm分为深雪区和浅雪区，其中浅雪区和异常区的雪深值取多时相MODIS融合雪深值，而深雪区则保留多时相AMSR-E亮温数据反演的雪深融合结果。
2.根据权利要求1所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，其特征在于，步骤2)完成后进行去云处理:根据积雪与云的主要差别，结合临近日的合成积雪图像MOYD，得到多时相的MODIS雪盖融合图像MODI S_Snow，MOD I S_Snow中将积雪合成图像AMSR_Snow融合,对云下积雪信息进行协同补充。
3.根据权利要求2所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，其特征在于，所述AMSR_Snow和M0DIS_Snow的融合规则为:若M0DIS_Snow中相应像元值为异常值或云的，则将AMSR_Snow相应像元值赋给融合图像MDAE的相应像元，否则MDAE保留M0DIS_Snow的像元值。
4.根据权利要求1所述的一种多元遥感信息协同的积雪参数反演方法，其特征在于，步骤4)中异常区的雪深值结合相邻时相的雪深反演结果进行判断的具体方法包括:在当日影像的异常区，判断前一日与后一日的遥感影像的地物类型是否相同，若地物类型相同，那么异常区的具体融合规则如下:地物类型均为积雪，则取相应像元的雪深平均值作为当日影像的雪深值；地物类型均为异常区，则通过空间插值方法获得雪深信息；地物类型均为陆地、水体或冰层，则将当日影像的雪深值赋为O ;将微波数据反演雪深值取大于5厘米为有效值。
【文档编号】G06F19/00GK103984862SQ201410204262
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】王思远, 张佳华, 尹航, 殷慧, 常清, 孙云晓, 杨柏娟, 汪箫悦, 彭瑶瑶 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所