极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法及系统与流程

本发明是关于晨昏时段火灾监测，特别是关于一种极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法及系统。

背景技术：

1、风云三号e星(fy-3e卫星)是由我国自主研制的全球首颗业务化的晨昏轨道极轨气象卫星，于2021年7月5日在酒泉卫星发射中心发射，2022年3月正式投入使用。fy-3e卫星每日对地球表面进行两次观测，傍晚过境时间在地方时16:00～19:00之间。其搭载了全新研制的中分辨率光谱成像仪(微光型)mersi-ll，共设置7个观测通道，包括1个微光通道，6个热红外通道。其中2个红外分裂窗通道空间分辨率为250米，其余通道为1000米。

2、卫星火点监测原理主要根据维恩位移定律，黑体温度t和辐射峰值波长λmax成反比，即温度愈高，辐射峰值波长愈小。常温(约300k)地表辐射峰值波长在fy-3d/mersi-ii远红外通道，林火燃烧温度一般在500—1200k，其热辐射峰值波长靠近通道中红外波长范围。当观测像元内出现火点时，火点所在像元中小子区(分辨率1km的大范围内不会同时全部为明火区)的高温使得中红外通道引起的辐射率增量将大大高于远红外通道，使得各通道在该像元的辐射率加权平均值增量及亮温增量也有所不同，从这一差异可以分析提取火点信息。

3、通过模拟计算可知，当火点温度升高时，中红外通道混合像元亮温增量将迅速增大，即便假设火点面积仅占像元面积0.1％，但其亮温增量在火点500k时已达10k左右，在900k时，亮温增量达44k左右，远红外通道亮温增量虽然也随火点温度升高而增大，但明显低于中红外通道的幅度。

4、另外，当火点面积增大时，中红外通道混合像元亮温增量也将迅速增大，即便假设火点面积仅占像元面积0.01％，亮温增量在火点900k时已达12k左右，远红外通道亮温增量虽然也随火点面积增大而增大，但明显低于中红外通道增量的幅度。

5、现有监测方法存在以下缺陷：

6、1、未考虑高太阳天顶角观测条件

7、现有的类似fy-3d等极轨卫星，过境时间基本处于上午或者下午，太阳天顶角较小，观测条件较好。但fy-3e为极轨气象卫星，处于晨昏时段，即太阳天顶角接近90°，高天顶角带来了云等下垫面类型判识的难度，从而影响火点判识精度，但目前的监测方法未考虑高太阳天顶角观测条件；

8、2、未做热红外临边订正

9、依据卫星遥感火点监测原理，中、远红外通道亮温数据的准确获取对火点判识至关重要。受地球曲率和大气衰减效应的影响，红外通道的探测数据随卫星视角不同而出现差异。fy-3e处于晨昏时段高太阳天顶角观测条件，被测像元辐射到达星载探测仪器的大气光学路径越长，大气衰减就越严重。因此为了准确获取被测像元的中、远红外通道亮温数据，需要对原始数据做热红外临边订正处理，但目前的监测方法未做热红外临边订正。

10、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法及系统，其针对晨昏时段特有的观测模式，可以高时效、高准确率的发现晨昏时段的火点，并输出火点监测结果，满足火点高发时段监测需求。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法，基于极轨气象卫星，该方法包括：获取晨昏时段的极轨气象卫星数据，并进行数据预处理，生成监测区域格栅数据。基于监测区域格栅数据，确定出监测区域格栅数据中的目标像元。基于目标像元，生成火点像元。基于火点像元，生成明火区面积。基于明火区面积，输出火灾监测结果。

3、在本发明的一实施方式中，获取晨昏时段的极轨气象卫星数据，并进行数据预处理，生成监测区域格栅数据具体为：获取晨昏时段的极轨气象卫星对地观测数据，并进行数据预处理，生成监测区域格栅数据。其中，对晨昏时段的极轨气象卫星对地观测数据进行预处理包括数据投影。

4、在本发明的一实施方式中，基于监测区域格栅数据，确定出监测区域格栅数据中的目标像元具体为：基于监测区域格栅数据，进行热红外临边订正。基于经过热红外临边订正完成的监测区域格栅数据，提取云像元信息。利用第一判识策略对云像元信息进行判识，得到云像元。移除云像元，确定出监测区域格栅数据中的目标像元。

5、在本发明的一实施方式中，基于目标像元，生成火点像元具体为：判处目标像元邻近区域疑似高温火点像元，并计算目标像元临近区域背景亮温均值和标准差，生成热异常点像元。利用第二判识策略对热异常点像元进行判识，生成第一待定火点像元。利用云区火点补充判识策略对云像元进行补充判识，生成第二待定火点像元。结合第一待定火点像元和第二待定火点像元，生成火点像元。

6、在本发明的一实施方式中，基于监测区域格栅数据，进行热红外临边订正具体通过以下公式计算：

7、t＝tb+δt

8、

9、

10、

11、式中，t为订正后的亮温，tb为亮度温度，δt为不同卫星观测角的亮温订正值，c1、c2为普朗克常数，re为地球半径，h为卫星高度，v为通道波数，e为卫星观测到的辐亮度，ln为自然对数，为卫星观测角。

12、在本发明的一实施方式中，第二判识策略具体为：

13、t3.8>340k

14、或

15、t3.8≥t3.8_bg+a(pv,pc,θsz)×δt3.8_bg&t3.8_10.8≥t3.8_10.8bg+a(pv,pc,θsz)×δt3.8_10.8_bg

16、其中，a(pv,pc,θsz)＝(1.2×sinθsz+1)×(1+pv)×(1+pc)2；

17、式中，t3.8为中红外亮温，t3.8_bg为中红外有效背景亮温，δt3.8_bg为中红外有效背景亮温标准差，t3.8_10.8为中红外与远红外的像元亮温差，t3.8_10.8bg为中红外与远红外的有效背景亮温差，δt3.8_10.8_bg为中红外与远红外有效背景的像元亮温差的标准差，a(pv,pc,θsz)校正为系数函数，pv为区域内非植被像元比例，pc为区域内云像元比例，θsz为太阳天顶角。

18、第二方面，本发明提供了一种极轨气象卫星晨昏时段火点监测系统，基于极轨气象卫星，该系统包括：获取生成模块、确定模块、火点像元生成模块、明火区面积生成模块以及输出模块。获取生成模块用以获取晨昏时段的极轨气象卫星数据，并进行数据预处理，生成监测区域格栅数据。确定模块用以基于监测区域格栅数据，确定出监测区域格栅数据中的目标像元。火点像元生成模块用以基于目标像元，生成火点像元。明火区面积生成模块用以基于火点像元，生成明火区面积。以及输出模块用以基于明火区面积，输出火灾监测结果。其中，获取生成模块与确定模块通信连接，确定模块与火点像元生成模块通信连接，火点像元生成模块与明火区面积生成模块通信连接，且明火区面积生成模块与输出模块通信连接。

19、第三方面，本发明提供了一种极轨气象卫星晨昏时段火点监测计算设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述的极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法。

20、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上述的极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法。

21、与现有技术相比，根据本发明的极轨气象卫星晨昏时段火点监测方法及系统，其针对晨昏时段特有的观测模式，可以高时效、高准确率的发现晨昏时段的火点，并输出火点监测结果，满足火点高发时段监测需求。