一种甲烷反演方法和装置、电子设备及计算机介质与流程

本发明是属于航空航天，尤其涉及遥感监测，特别是关于一种甲烷反演方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、甲烷（ch4）是仅次于二氧化碳（co2）的第二大温室气体，其百年增温潜势约为co2的28倍。油气开采、煤矿生产、废弃物处理等人类活动产生的甲烷点源排放是大气甲烷浓度上升的主要来源。据联合国环境规划署（unep）估计，全球甲烷排放中约40%来自油气系统，而其中大量排放来自数量较少但排放量极大的“超级排放源”。及时发现并定位这些排放点源，对于制定有效的减排措施具有关键意义。

2、卫星遥感技术因其覆盖范围广、可持续观测的优势，已成为甲烷排放监测的重要手段。在利用多光谱卫星数据进行地表参数反演的场景中，通常需要对不同时间获取的观测数据进行比较分析，以便识别因大气成分变化引起的微弱信号差异。

3、然而，在这一过程中，观测几何条件的变化会在不同时相之间引入系统性信号偏差，地表空间异质性也会导致光谱关系呈现复杂的空间变化模式。此外，观测数据中不可避免地包含异常样本，且随机噪声的存在使得在低信噪比条件下获得稳定可靠的反演结果面临挑战。

4、因此，在上述遥感监测场景中，存在一种能够有效校正观测条件变化引起的信号偏差、抑制空间异质性干扰和异常样本影响、并在噪声环境下保持反演稳定性的技术方案的需求。

技术实现思路

1、本公开的目的在于解决现有甲烷监测的技术问题，提供了一种甲烷反演方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质。

2、本公开第一方面提供一种甲烷反演方法，该方法包括：获取目标时相和参考时相的多光谱卫星观测数据，观测数据至少包括对甲烷吸收敏感的第一波段的表观反射率和第二波段的表观反射率；利用多时相观测数据，分别独立拟合第一波段和第二波段的反射率模型系数，并采用反射率模型系数，将多光谱卫星观测数据统一校正至设定的参考几何基准，得到消除观测几何差异的反射分布函数校正反射率；对反射分布函数校正反射率，以每个像元为中心在局地窗口内，基于稳健损失函数与迭代重加权最小二乘法估计第一波段与第二波段之间的谱间缩放系数，得到逐像元空间变化的谱间缩放系数场；基于谱间缩放系数场，分别计算目标时相的目标分数吸收模型和参考时相的参考分数吸收模型；对目标分数吸收模型和参考分数吸收模型进行求差，得到差分吸收模型；在最大后验概率框架下，基于预先构建的查找表，对差分吸收模型进行一次非线性优化反演，得到甲烷柱浓度增强量，查找表用于表征遥感观测量与甲烷浓度之间的物理映射关系。

3、本公开第二方面提供一种甲烷反演装置，该装置包括：获取单元，被配置成获取目标时相和参考时相的多光谱卫星观测数据，观测数据至少包括对甲烷吸收敏感的第一波段的表观反射率和第二波段的表观反射率；拟合单元，被配置成利用多时相观测数据，分别独立拟合第一波段和第二波段的反射率模型系数，并采用反射率模型系数，将多光谱卫星观测数据统一校正至设定的参考几何基准，得到消除观测几何差异的反射分布函数校正反射率；估计单元，被配置成对反射分布函数校正反射率，以每个像元为中心在局地窗口内，基于稳健损失函数与迭代重加权最小二乘法估计第一波段与第二波段之间的谱间缩放系数，得到逐像元空间变化的谱间缩放系数场；计算单元，被配置成基于谱间缩放系数场，分别计算目标时相的目标分数吸收模型和参考时相的参考分数吸收模型；对目标分数吸收模型和参考分数吸收模型进行求差，得到差分吸收模型；反演单元，被配置成在最大后验概率框架下，基于预先构建的查找表，对差分吸收模型进行一次非线性优化反演，得到甲烷柱浓度增强量，查找表用于表征遥感观测量与甲烷浓度之间的物理映射关系。

4、本公开第三方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第一方面的方法的步骤。

5、本公开第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的方法的步骤。

6、本公开的实施例提供的甲烷反演方法和装置，首先，获取目标时相和参考时相的多光谱卫星观测数据，观测数据至少包括对甲烷吸收敏感的第一波段的表观反射率和第二波段的表观反射率；其次，利用多时相观测数据，分别独立拟合第一波段和第二波段的反射率模型系数，并采用反射率模型系数，将多光谱卫星观测数据统一校正至设定的参考几何基准，得到消除观测几何差异的反射分布函数校正反射率；再次，对反射分布函数校正反射率，以每个像元为中心在局地窗口内，基于稳健损失函数与迭代重加权最小二乘法估计第一波段与第二波段之间的谱间缩放系数，得到逐像元空间变化的谱间缩放系数场；然后，基于谱间缩放系数场，分别计算目标时相的目标分数吸收模型和参考时相的参考分数吸收模型；对目标分数吸收模型和参考分数吸收模型进行求差，得到差分吸收模型；最后，在最大后验概率框架下，基于预先构建的查找表，对差分吸收模型进行一次非线性优化反演，得到甲烷柱浓度增强量，查找表用于表征遥感观测量与甲烷浓度之间的物理映射关系。由此，可以在多光谱卫星甲烷反演过程中，通过分别独立拟合两个波段的反射率模型系数并将观测数据统一校正至参考几何基准，有效消除不同时相之间因观测几何差异引入的系统性信号偏差；通过以每个像元为中心在局地窗口内基于稳健损失函数与迭代重加权最小二乘法估计谱间缩放系数，能够自适应于局部地表光谱特征，抑制空间异质性对光谱关系的干扰，同时降低异常样本对估计结果的影响；通过在最大后验概率框架下基于查找表进行一次非线性优化反演，能够在先验约束与观测数据之间自适应平衡，从而在噪声环境下保持反演解的稳定性，满足遥感监测场景下对信号偏差校正、异质性干扰抑制和反演稳定性的技术需求。

1.一种甲烷反演方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多时相观测数据，分别独立拟合所述第一波段和所述第二波段的反射率模型系数，并采用所述反射率模型系数，将所述多光谱卫星观测数据统一校正至设定的参考几何基准，得到消除观测几何差异的反射分布函数校正反射率，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述反射分布函数校正反射率，以每个像元为中心在局地窗口内，基于稳健损失函数与迭代重加权最小二乘法估计所述第一波段与所述第二波段之间的谱间缩放系数，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在最大后验概率框架下，基于预先构建的查找表，对所述差分吸收模型进行一次非线性优化反演，得到甲烷柱浓度增强量，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述先验标准差的取值策略包括经验贝叶斯策略或数据驱动自适应策略：

8.一种甲烷反演装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。