一种单个沙尘气象灾害判定方法及判定系统与流程

1.本发明属于沙尘气象灾害判定技术领域，具体地说，涉及一种单个沙尘气象灾害判定方法及判定系统。


背景技术：

2.研究和分析沙尘灾害监测追踪一般都会利用遥感图像和地面等观测资料相结合的方式来完成。而沙尘暴是一种强自然灾害,日益成为影响生态环境和社会经济的重要问题。随着遥感技术的不断发展和新型遥感数据的大量出现，运用遥感技术，监测和判定沙尘气象灾害不仅弥补了传统监测手段时空分辨率的不足，同时也是沙尘气象灾害研究的重要组成部分。
3.目前，现有的判定方法主要包括2种沙尘信息提取方法：分层提取法和热红外窗区法；
4.其中，热红外窗区法较分层提取法物理意义明显，稳定性较高，步骤简单，更适合于业务化实现。
5.现有的沙尘气象灾害监测和判定方法通常会依赖人工处理，不能及时的反映当前沙尘气象灾害的发展情况，也无法快速判定单个沙尘，不能自动的生成沙尘发生位置和受灾面积描述信息。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定方法，该方法依赖于遥感监测源数据和地面观测源数据，能够快速及时的判定沙尘灾害的发生位置及其发展情况，能够自动的快速的判识单个沙尘，并能够自动的生成沙尘灾害的发生位置、受灾面积描述信息，可以及时的反映沙尘灾害的发展情况。另外，该方法还能够为防灾减灾部门的工作人员提供快速的、准确的分析数据。
7.本发明提供了一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定方法，该方法包括：
8.利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a dsd l2级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的沙尘产品；
9.利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a fdi l1级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品；
10.对当前处理时刻的滤波处理后的沙尘产品、滤波处理后的红外沙尘监测产品，以及地面观测站提供的能见度地面观测数据进行融合，生成沙尘监测数据；
11.对沙尘监测数据进行分割，得到多个单个沙尘灾害的矢量范围；根据每个单个沙尘灾害的矢量范围，估计单个沙尘灾害的发生位置。
12.作为上述技术方案的改进之一，所述方法还包括：
13.对当前处理时刻得到的沙尘边界矢量数据和上一处理时刻得到的沙尘边界矢量数据，进行矢量相交判断；
14.利用上述两个不同时相的沙尘边界矢量数据，依次对比其中的沙尘边界矢量面要素，利用九交模型获取二者的相交区域，并计算得到相交区域的面积；
15.如果相交区域的面积大于或等于预先设定的经验阈值0.3，则视为两个单个沙尘灾害为同一个沙尘灾害，作为同一个沙尘灾害的后续延续；
16.如果相交区域的面积小于预先设定的经验阈值0.3，则视为两个单个沙尘灾害为不同的沙尘灾害。
17.作为上述技术方案的改进之一，所述利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a dsd l2级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的沙尘产品；其具体过程为：
18.利用hdf库打开当前处理时刻的遥感监测源数据中的fy4a dsd l2级产品数据；
19.从fy4a dsd l2级产品数据中抽取fy4a iddi_dst数据集，利用gdal库将该抽取iddi_dst数据集存储为tiff格式数据，作为iddi_dst tiff格式数据；
20.对iddi_dst tiff格式数据做阈值处理，根据经验设置经验阈值，生成tiff格式的iddi沙尘产品；
21.对iddi沙尘产品进行滤波处理，得到滤波处理后的沙尘产品。
22.作为上述技术方案的改进之一，所述利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a fdi l1级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品；其具体过程为：
23.利用hdf库打开当前处理时刻的遥感监测源数据中的fy4a fdi l1级产品数据；
24.从fy4a fdi l1级产品数据中抽取nomchannel11、nomchannel12、nomchannel13数据集，并利用calchannel11、calchannel12、calchannel13查找像元亮度值对应的亮温数据，得到三个波段的亮温数据；再利用gdal库，将该三个波段的亮温数据均存储为tiff格式数据，得到三个波段的tiff格式亮温数据；
25.对三个波段的tiff格式亮温数据做处理：
26.gammar[n]＝pow((gammar[n]-minr)*(1.0/(maxr-minr))),(1.0/rgamma))；
[0027]
gammag[n]＝pow((gammag[n]-ming)*(1.0/(maxg-ming)),(1.0/ggamma))；
[0028]
gammab[n]＝pow((gammab[n]-minb)*(1.0/(maxb-minb)))(1.0/bgamma))；
[0029]
其中，gammar[n]表示红外沙尘监测产品的r波段的任意像素值；gammag[n]表示红外沙尘监测产品的g波段的任意像素值；gammab[n]表示红外沙尘监测的b波段；
[0030]
minr表示通道11的最小值；maxr表示通道11的最大值；ming表示通道12的最小值；maxg表示通道12的最大值；minb表示通道13的最小值；maxb表示通道13的最大值；根据经验，rgamma取值为1.0；ggamma取值为1.2；bgamma取值为0.8；
[0031]
根据上述公式，得到红外沙尘监测产品；
[0032]
对红外沙尘监测产品做滤波处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品。
[0033]
作为上述技术方案的改进之一，所述对当前处理时刻的滤波处理后的沙尘产品、滤波处理后的红外沙尘监测产品，以及地面观测站提供的能见度地面观测数据进行融合，生成沙尘监测数据；其具体过程为：
[0034]
步骤1)对能见度地面观测数据进行插值操作，得到插值后的地面观测数据；
[0035]
步骤2)对fy4aiddi产品数据和滤波处理后的红外沙尘监测产品进行求交，得到交集范围内的数据，对交集范围外的数据进行逐个像素判断；其中，交集范围内的数据包括多个交集范围内的像素；交集范围内的像素为沙尘像素；交集范围外的数据包括：多个被判识
的像素；
[0036]
步骤3)针对当前被判识的像素，利用9宫格原理，分别判断当前被判识的像素的周边8个像素是否为沙尘像素；
[0037]
如果该像素的周边8个像素中沙尘像素的个数小于5个，则该像素为非沙尘像素；
[0038]
如果该像素的周边8个像素中沙尘像素的个数大于或等于5个，则执行步骤4)；
[0039]
步骤4)进一步判断当前被判识的像素中能见度数据是否符合沙尘判定阈值条件；
[0040]
如果该能见度数据的值大于或等于预先设定的沙尘判定阈值，则该当前被判识的像素为沙尘像素；
[0041]
如果该能见度数据的值小于预先设定的沙尘判定阈值，则该当前被判识的像素为非沙尘像素；
[0042]
步骤5)重复步骤3)-步骤4)，直到处理完交集范围外的数据中所有被判识的像素，与交集范围内的数据完成融合，生成沙尘监测数据。
[0043]
作为上述技术方案的改进之一，所述对沙尘监测数据进行分割，得到多个单个沙尘灾害的矢量范围；根据每个单个沙尘灾害的矢量范围，估计单个沙尘灾害的发生位置；其具体过程为：
[0044]
根据沙尘像素之间的邻接关系，对沙尘监测数据中的所有沙尘像素进行分组，得到多组沙尘像素，各组沙尘像素之间的任意两个沙尘像素均不邻接；
[0045]
利用栅格数据矢量化方法，对沙尘监测数据中的位于沙尘区域像素范围内的每一组沙尘像素进行矢量化处理，提取沙尘边界矢量面要素，将每一组沙尘像素转化为矢量面要素数据，生成对应的沙尘边界矢量数据；
[0046]
对每一组沙尘边界矢量数据中的每个矢量面要素添加外扩设定的经验阈值，得到添加后的矢量面要素，利用九交模型，获取两个添加后的矢量面要素的相交面，作为单个沙尘灾害的矢量范围；
[0047]
将相交面内的多个添加后的矢量面要素的沙尘信息属性赋为相同值，则具有相同值的沙尘信息属性的多个矢量面要素属于同一个沙尘灾害，非相交面内的矢量面要素具有不同的沙尘信息属性赋值，属于不同的沙尘灾害；
[0048]
利用单一沙尘灾害的矢量要素与某一区域的矢量数据进行空间叠加，得到受灾区域的行政区划位置信息，作为单个沙尘灾害的发生位置。
[0049]
本发明还提供了一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定系统，该系统包括：
[0050]
第一数据获取模块，用于利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a dsd l2级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的沙尘产品；
[0051]
第二数据获取模块，用于利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a fdi l1级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品；
[0052]
数据融合模块，用于对当前处理时刻的滤波处理后的沙尘产品、滤波处理后的红外沙尘监测产品，以及地面观测站提供的能见度地面观测数据进行融合，生成沙尘监测数据；和
[0053]
灾害判定模块，用于对沙尘监测数据进行分割，得到多个单个沙尘灾害的矢量范围；根据每个单个沙尘灾害的矢量范围，估计单个沙尘灾害的发生位置。
[0054]
本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0055]
1、本发明的方法能够提高沙尘的判识度；利用灾害地域判定算法，可以自动判定沙尘的发生位置和受灾面积；
[0056]
2、本发明的方法可以快速的、自动化的、高质量的生成单个沙尘灾害的产品数据，能够快速确定单个沙尘灾害的发生位置，给防灾减灾提供了可靠的产品数据。
附图说明
[0057]
图1是本发明的一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定方法的流程图。
具体实施方式
[0058]
现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。
[0059]
如图1所示，本发明提供了一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定方法，该方法包括：
[0060]
步骤s1)利用hdf库打开当前处理时刻的遥感监测源数据中的fy4a dsd l2级产品数据；
[0061]
从fy4a dsd l2级产品数据中抽取fy4a iddi_dst数据集，利用gdal库将该抽取iddi_dst数据集存储为tiff格式数据，作为iddi_dst tiff格式数据；
[0062]
其中，气象卫星数据包括：遥感监测源数据和地面观测源数据；其中，所述遥感监测数据包括：hdf库中的fy4a dsd l2级产品数据和fy4a fdi l1级产品数据；在本实施例中，fy4a为气象卫星，即风云4a；hdf库为一种带坐标参数信息的影像数据格式的开源库，可以直接解析hdf格式数据信息；
[0063]
fy4a dsd l2级产品数据为国产fy4a气象卫星自动化生产的全球范围内沙尘监测产品；fy4a fdi l1级产品数据为国产fy4a多通道扫描成像辐射计生产的l1级数据产品，一次观测任务约15分钟；
[0064]
地面观测源数据为能见度地面观测数据，由地面观测站直接提供；
[0065]
hdf库和gdal库均为现有的数据库；
[0066]
步骤s2)对iddi_dst tiff格式数据做阈值处理，根据经验设置经验阈值，生成tiff格式的iddi沙尘产品；
[0067]
步骤s3)对iddi沙尘产品进行滤波处理，得到滤波处理后的沙尘产品；
[0068]
其中，滤波处理后的沙尘产品为iddi(红外差值沙尘指数)沙尘产品；
[0069]
步骤s4)利用hdf库打开当前处理时刻的遥感监测源数据中的fy4a fdi l1级产品数据；
[0070]
从fy4a fdi l1级产品数据中抽取nomchannel11、nomchannel12、nomchannel13数据集，并利用calchannel11、calchannel12、calchannel13查找像元亮度值(dn值)对应的亮温数据，得到三个波段的亮温数据；再利用gdal库，将该三个波段的亮温数据均存储为tiff格式数据，得到三个波段的tiff格式亮温数据；
[0071]
对三个波段的tiff格式亮温数据做处理，得到红外沙尘监测产品；
[0072]
具体地，对三个波段的tiff格式亮温数据做处理：
[0073]
gammar[n]＝pow((gammar[n]-minr)*(1.0/(maxr-minr))),(1.0/rgamma))；
[0074]
gammag[n]＝pow((gammag[n]-ming)*(1.0/(maxg-ming)),(1.0/ggamma))；
[0075]
gammab[n]＝pow((gammab[n]-minb)*(1.0/(maxb-minb)))(1.0/bgamma))；
[0076]
其中，gammar[n]表示红外沙尘监测产品的r波段的任意像素值；gammag[n]表示红外沙尘监测产品的g波段的任意像素值；gammab[n]表示红外沙尘监测的b波段；
[0077]
minr表示通道11的最小值；maxr表示通道11的最大值；ming表示通道12的最小值；maxg表示通道12的最大值；minb表示通道13的最小值；maxb表示通道13的最大值；根据经验，rgamma取值为1.0；ggamma取值为1.2；bgamma取值为0.8；
[0078]
根据上述公式，得到红外沙尘监测产品。
[0079]
步骤s5)对红外沙尘监测产品做滤波处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品；
[0080]
步骤s6)对当前处理时刻的滤波处理后的沙尘产品、滤波处理后的红外沙尘监测产品、能见度地面观测数据进行融合，生成沙尘监测数据；
[0081]
具体地，步骤6-1)对能见度地面观测数据进行插值操作，得到插值后的地面观测数据；
[0082]
步骤6-2)对fy4aiddi产品数据和滤波处理后的红外沙尘监测产品进行求交，得到交集范围内的数据，对交集范围外的数据进行逐个像素判断；其中，交集范围内的数据包括多个交集范围内的像素；交集范围内的像素为沙尘像素；交集范围外的数据包括：多个被判识的像素；
[0083]
步骤6-3)针对当前被判识的像素，利用9宫格原理，分别判断当前被判识的像素的周边8个像素是否为沙尘像素；
[0084]
如果该像素的周边8个像素中沙尘像素的个数小于5个，则该像素为非沙尘像素；
[0085]
如果该像素的周边8个像素中沙尘像素的个数大于或等于5个，则执行步骤4)；
[0086]
步骤6-4)进一步判断当前被判识的像素中能见度数据是否符合沙尘判定阈值条件；
[0087]
如果该能见度数据的值大于或等于预先设定的沙尘判定阈值，则该当前被判识的像素为沙尘像素；
[0088]
如果该能见度数据的值小于预先设定的沙尘判定阈值，则该当前被判识的像素为非沙尘像素；
[0089]
步骤6-5)重复步骤6-3)-步骤6-4)，直到处理完交集范围外的数据中所有被判识的像素，与交集范围内的数据完成融合，生成沙尘监测数据。
[0090]
步骤s7)对沙尘监测数据进行分割，得到多个单个沙尘灾害的矢量范围；
[0091]
步骤s8)根据每个单个沙尘灾害的矢量范围，估计单个沙尘灾害的发生位置。
[0092]
具体地，根据沙尘像素之间的邻接关系，对沙尘监测数据中的所有沙尘像素进行分组，得到多组沙尘像素，各组沙尘像素之间的任意两个沙尘像素均不邻接；
[0093]
利用栅格数据矢量化方法，对沙尘监测数据中的位于沙尘区域像素范围内的每一组沙尘像素进行矢量化处理，提取沙尘边界矢量面要素，将每一组沙尘像素转化为矢量面要素数据，生成对应的沙尘边界矢量数据；
[0094]
对每一组沙尘边界矢量数据中的每个矢量面要素添加buffer(外扩设定的经验阈值)，得到添加后的矢量面要素，利用九交模型，获取两个添加后的矢量面要素的相交面，作为单个沙尘灾害的矢量范围；
[0095]
将相交面内的多个添加后的矢量面要素的沙尘信息属性赋为相同值，则具有相同
值的沙尘信息属性的多个矢量面要素属于同一个沙尘灾害，非相交面内的矢量面要素具有不同的沙尘信息属性赋值，属于不同的沙尘灾害；
[0096]
利用单一沙尘灾害的矢量要素与某一区域的矢量数据进行空间叠加，得到受灾区域的行政区划位置信息，作为单个沙尘灾害的发生位置；
[0097]
利用单一沙尘灾害的矢量要素对气象地理区划图数字化栅格数据中经济、人口等图层中的像素进行空间筛选，统计沙尘灾害要素覆盖栅格像素的数据值，生成受灾区域的灾害统计信息情况。
[0098]
本发明还提供了一种基于气象卫星数据的单个沙尘灾害判定系统，该系统包括：
[0099]
第一数据获取模块，用于利用hdf库打开当前处理时刻的fy4a dsd l2级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的沙尘产品；
[0100]
第二数据获取模块，用于利用hdf库打开当前处理时刻的fy4afdi l1级产品数据，并对其处理，得到滤波处理后的红外沙尘监测产品；
[0101]
数据融合模块，用于对当前处理时刻的滤波处理后的沙尘产品、滤波处理后的红外沙尘监测产品，以及地面观测站提供的能见度地面观测数据进行融合，生成沙尘监测数据；和
[0102]
灾害判定模块，用于对沙尘监测数据进行分割，得到多个单个沙尘灾害的矢量范围；根据每个单个沙尘灾害的矢量范围，估计单个沙尘灾害的发生位置。
[0103]
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。