基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别方法与系统

本发明涉及光伏场区管理，具体为基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别方法与系统。

背景技术：

1、光伏场区通常由多排方向和间距相近的光伏组件组成，组件遮挡、组件下缘集中落水、行间通风、检修道路、排水设施及施工痕迹，会使场区内部形成重复但彼此不同的地表环境，现有遥感监测多根据不同时期图像中的植被指数、裸地指数、地表温度、纹理或雷达散射差异识别土地变化；然而，光照、季节、传感器状态、地表湿度以及组件阴影也会引起图像变化，仅依据前后时相差值，容易把正常共同变化判断为荒漠退化。

2、例如公布号cn120013279a的一种高原地区集中式光伏开发的土地退化过程及空间效应分析方法，其通过多源时空数据、土地覆盖、植被生产力和荒漠化等指标分析光伏开发的土地退化过程及空间影响，该申请能够从场区及外围尺度评价生态变化，但其实施内容没有给出按照光伏阵列内部重复结构建立同期同位置类型参照的方法，也没有解决候选参照单元已经受到同一风沙或径流扰动时，参照值随之偏移而削弱异常的问题；其还明确将光伏板覆盖区域作为不分析区域，未处理该类阵列内部位置的可比性。

3、因此，在光伏组件重复排列、阴影和季节共同变化明显、风沙与径流扰动可能同时存在的场区内，如何利用同一时相、同一场区且处于相同阵列相对位置的地表单元建立可比较的参照，识别持续存在的退化异常，并避免已经受同一扰动影响的单元进入参照集，是目前遥感检测技术需要解决的众多问题之一，并且现有技术对荒漠草原退化的问题识别不精准，会因为上述组件重复排列等问题导致存在误判风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别方法与系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别方法，包括：

3、s1，获取并统一处理多时相遥感图像，形成退化识别特征；

4、s2，依据组件排方向、排间周期及地表相对位置构建阵列地表相位并划分结构单元；

5、s3，依据风向、地形和工程排水结构建立包含潜在扰动源及结构单元的风沙传播子图与汇流传播子图，按大风或降雨事件激活相应子图；

6、s4，从不在同一候选扰动源可达通道内的同期同相位结构单元中形成图约束的稳健参照，依据退化识别特征残差和跨时相持续性确定持续异常斑块；

7、s5，在激活子图中搜索候选扰动源至持续异常斑块的有向路径，依据可达性、异常出现顺序、事件类型及斑块边界扩展方向执行传播准入，候选来源均通过传播准入且证据接近时标记来源未决；

8、s6，将准入路径节点和持续异常斑块节点列入受影响集合，从下一轮参照候选集中剔除该集合后返回s4，直至参照集和受影响集合稳定，达到最大轮次仍未稳定时标记迭代未收敛并输出识别结果。

9、作为进一步的，s2包括：按照光伏组件排方向、排距和坡面条件将目标光伏场区划分为阵列同质区，在各阵列同质区内以组件排方向和跨排方向建立局部坐标；按照重复排间周期划分组件投影遮挡相位、组件下缘汇水相位、行间地表相位、检修道路边缘相位、阵列端部相位及场区边界相位，并沿组件排方向划分结构单元；将转折区、缺排区或几何提取不稳定区的结构单元标记为低质量单元并使其退出参照候选集。

10、作为进一步的，s3中，风沙传播子图按照大风事件的主导输沙方向建立沿下风向、未受地形或工程构筑物阻断且满足距离条件的有向边；汇流传播子图按照高程下降关系或排水连接关系建立有向边，并写入组件下缘集中落水、道路边沟、线缆沟和排水出口的工程连接关系；大风和降雨事件同时发生时分别保留两套候选通道，事件数据缺失时仅识别异常而不确认传播来源。

11、作为进一步的，s4中，参照候选集由同一阵列同质区内同期、同阵列地表相位、有效观测比例合格且基础地形和地表类型可比的结构单元构成，并排除位于能够到达目标结构单元的同一候选扰动源传播走廊内的结构单元、上一轮受影响单元及质量掩膜不合格单元；按照地形相似度、图像质量和空间距离设置权重，采用加权中位数形成稳健参照，或者在参照数量充足时采用截尾均值形成稳健参照。

12、作为进一步的，s4中，根据多项退化识别特征相对稳健参照的残差，将至少由两项相互独立的退化识别特征共同支持的结构单元标记为单时相异常单元，将共享边界或在传播子图中由一条边直接连接的异常单元合并为异常斑块；跨时相关联异常斑块并记录首次异常时间区间、持续时相数、面积、质心及边界变化，将持续出现且空间连通的异常斑块确定为持续异常斑块，未达到持续条件的异常保留为待复核结果。

13、作为进一步的，s5中，以最后正常时相和首次异常时相构成异常发生时间区间，并允许相邻路径节点的异常发生时间区间部分重叠，仅在下游节点明确早于上游节点且超过允许误差时否定对应路径；将异常斑块的边界增长方向与候选路径到达方向进行相容性判断，边界无可辨识位移时将扩展方向证据标记为缺失。

14、作为进一步的，s5中，在传播准入条件通过后，依据候选扰动源及候选路径可达性、异常出现顺序相容性、边界扩展方向相容性、事件相容性和路径连续性计算用于表征现有证据相符程度的一致性得分，并据此划分证据等级；当同一持续异常斑块存在两个以上通过传播准入的候选来源，且最高一致性得分与次高一致性得分之差小于预设多源区分阈值时，输出来源未决，并保留各候选来源、候选路径、证据完整性及造成未决的证据项。

15、作为进一步的，s6中，受影响集合包括通过传播准入的路径节点、持续异常斑块节点以及与所述节点共享边界或通过传播子图一条边直接相连的一跳缓冲节点；风沙传播子图和汇流传播子图的基本方向由风场、地形和工程结构独立确定且在迭代中保持不变，持续异常识别结果仅用于筛除可能受影响的参照候选并核查候选路径。

16、作为进一步的，s6中，将各目标结构单元、遥感观测时相和参照结构单元之间的成员对应关系构成第j轮全局参照关系集合，分别依据相邻迭代轮次的全局参照关系集合对称差和受影响集合对称差相对上一轮对应集合规模的比例确定参照关系集合变化率和受影响集合变化率，在连续两个迭代比较轮次中两项变化率均不超过对应阈值时终止迭代；达到最大迭代轮次仍未满足稳定条件时，保留各轮结果并输出迭代未收敛标记，同时输出参照充分性和无法确定原因。

17、基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别系统，用于运行上述退化识别方法，包括数据处理模块、阵列地表相位构建模块、事件激活传播图构建模块、同期参照与异常识别模块、传播准入模块、参照集回查更新模块及结果输出模块。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于遥感图像的光伏场区荒漠退化识别方法与系统，通过阵列地表相位、事件激活传播子图、同期同相位参照、传播准入和参照集回查更新形成完整闭环，使持续异常识别、候选传播关系核查和不确定状态输出相互衔接，从而得到带有参照依据、路径依据和质量状态的荒漠退化识别结果，对于光伏组件重复排列、阴影和季节共同变化明显、风沙与径流扰动可能同时存在的场区内实现更加精准的识别，并降低误判率，进而精准识别荒漠草原退化状态，能精准指导退化荒漠草原恢复。

19、1.按照组件排方向、排间周期和地表相对位置划分阵列地表相位，使目标结构单元主要与同一时相、同一位置类型的地表进行比较，并利用传播图排除可能受到同一扰动影响的参照单元，由此可减少季节、光照、传感器以及组件遮挡、汇水位置等正常差异对判断的干扰，也可降低受影响单元混入参照集后把真实异常差异拉小的风险，从而使持续异常识别更多反映同类位置之间的实际地表状态差异。

20、2.在确认候选来源时，同时核查路径是否物理可达、异常出现顺序是否合理、事件类型是否相符以及斑块扩展方向是否冲突，可以减少仅凭空间接近或斑块形状相似就确定来源的情况；一致性得分只表示现有证据彼此相符的程度，不表示来源发生作用的概率；多个候选来源具有相近证据时保留来源未决，并保留各候选来源、候选路径和未决原因，使输出结论与现有遥感、气象、地形和工程资料能够支持的程度相适应，也便于后续现场复核。

21、3.将通过传播准入的路径节点、持续异常斑块和一跳缓冲节点从下一轮参照候选中剔除并重新计算，使异常范围和候选路径在多轮处理中相互校正；对参照不足、事件缺失、来源未决和迭代未收敛分别作出标记，便于使用者判断结果受到哪些数据条件限制，并据此安排现场复核和复现处理过程。