專利名稱：利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法，特別是一種利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲得水平地面上自然光散射/直射比的方法。
背景技術(shù)：
散射/直射比是表征大氣狀況的重要參數(shù)，在大氣環(huán)境、氣象、環(huán)境遙感和遙感圖像處理等方面有特殊意義。由于地形對(duì)天空的遮擋和屏蔽，自然地表上的天空散射光照度分布受地形影響將發(fā)生變化。因地形的影響，不僅改變了地面上自然光的總照度并且改變了水平地表自然光中天空散射光和太陽直射光照度的比例，即散射/直射比。散射/直射比的常規(guī)獲取方法是人工逐點(diǎn)實(shí)測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲取地面上自然光散射/直射比的方法，利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖，自動(dòng)獲取大范圍區(qū)域水平地面自然光的散射/直射比。大大地提高了散射/直射比獲取的效率和精度。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種利用遙感數(shù)字圖像和對(duì)應(yīng)數(shù)字地形圖獲取水平地面上自然光的散射/直射比的方法，其特征在于具體步驟如下(1)輸入遙感數(shù)字圖像和對(duì)應(yīng)的數(shù)字地形圖；(2)尋找陰影并計(jì)算參數(shù)在遙感數(shù)字圖像上尋找分別位于陽光下和陰影(云層與山體)中的同類像元P1、P2并分別計(jì)算其歸一化天空光地形照射系數(shù)G1和G2以及太陽直射光地形照射系數(shù)F1；(3)計(jì)算該陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比L＝DN2*F1/(DN1*G2-DN2*G1)其中DN1和DN2動(dòng)別是像元P1和P2對(duì)應(yīng)的遙感值；(4)計(jì)算全部陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比；(5)插值計(jì)算所有無陰影地區(qū)各點(diǎn)水平地面上自然光的散射/直射比值；
(6)輸出對(duì)應(yīng)水平地面上自然光散射/直射比。
上述的步驟(2)中，陰影中任意像元點(diǎn)Pij的歸一化天空光地形照射系數(shù)Gij和陽光下像元點(diǎn)Pij的太陽直射光地形照射系數(shù)F的計(jì)算步驟如下(1)像元Pij歸一化天空光地形照射系數(shù)的計(jì)算(a)分別計(jì)算像元點(diǎn)Pij在各個(gè)方向上的最大地形高度角為βk(k＝1，2，......n)；n為方位間隔n＝2π/Δt，Δt為方位角步長，為可整除360的數(shù)βk為點(diǎn)Pij在第k方向上的最大地形高度角，即屏蔽角，βk＝MAX(h1，L＝1、2、3...ML)h1為點(diǎn)Pij在第k個(gè)方向上的第L個(gè)點(diǎn)的地形高度角，即屏蔽角，h1＝tg(ZPL/SPL)-1ZPL，SPL分別為點(diǎn)Pij與第k個(gè)方向上的第L個(gè)點(diǎn)的高差和水平距離。
(b)求和以計(jì)算該點(diǎn)的歸一化天空光地形屏蔽系數(shù)Ωij=ΔtΣk=1n]]>sinβk/2πk(c)計(jì)算像元點(diǎn)的歸一化天空光地形照射系數(shù)Gij＝1-Ωij(2)陽光下像元點(diǎn)Pij，即Pij的歸一化太陽直射光地形照射系數(shù)的計(jì)算F1＝Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij像元地面太陽高度角θij、方位角ALij由衛(wèi)片注記給出；像元地面坡度αij、坡向Aij以及像元經(jīng)、緯度由衛(wèi)片對(duì)應(yīng)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出。
本項(xiàng)發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)與積極效果水平地面自然光的散射/直射比是表達(dá)太陽光受到環(huán)境(大氣、地形、地理位置)影響程度的重要參數(shù)，也是遙感數(shù)字圖像解析為散射光和直射光分量的必要條件。隨著大氣(氣象)狀況、地理位置和地形條件的不同水平地面上各地的自然光散射/直射比一般是不同的。水平地面自然光的散射/直射比的常規(guī)獲取方法是人工逐點(diǎn)實(shí)測。本項(xiàng)發(fā)明是利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖，自動(dòng)獲取區(qū)域(大范圍)水平地面自然光的散射/直射比。大大地提高了散射/直射比自動(dòng)化智能化獲取的效率和精度。
本項(xiàng)發(fā)明在大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、遙感圖像的地形影響修正、地表光輻射的地形再分配及其區(qū)域分布研究等方面均有重要意義。


圖1是本發(fā)明的計(jì)算程序框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是參見圖1，本利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法，具體步驟為(1)輸入遙感數(shù)字圖像和對(duì)應(yīng)的數(shù)字地形圖；(2)尋找陰影并計(jì)算參數(shù)在遙感數(shù)字圖像上尋找分別位于陽光下和陰影(云層與山體)中的同類像元P1、P2并分別計(jì)算其歸一化天空光地形照射系數(shù)G1和G2以及太陽直射光地形照射系數(shù)F1；(3)計(jì)算該陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比L＝DN2*F1/(DN1*G2-DN2*G1)其中DN1和DN2動(dòng)別是像元P1和P2對(duì)應(yīng)的遙感值；(4)計(jì)算全部陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比；(5)插值計(jì)算所有無陰影地區(qū)各點(diǎn)水平地面上自然光的散射/直射比值；(6)輸出對(duì)應(yīng)水平地面上自然光散射/直射比。
在本實(shí)施例中，分別位于陽光下和陰影(云層與山體)中的同類像元P1和P2DN1＝165，DN2＝13；F1＝0.883；G1＝0.852，G2＝0.735像元點(diǎn)P1和P2水平地面上的散射/直射比L＝DN2*F1/(DN1*G2-DN2*G1)＝13*0.883/(165*0.735-13*0.852)＝11.479/110.200＝0.09權(quán)利要求
1.一種利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地圖獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法，其特征在于具體步驟是(1)輸入遙感數(shù)字圖像和對(duì)應(yīng)的數(shù)字地形圖；(2)尋找陰影并計(jì)算參數(shù)在遙感數(shù)字圖像上尋找分別位于陽光下和云層及山體陰影中的同類像元P1、P2，并分有算其歸一化天空光地形照射系數(shù)G1和G2以及太陽直射光地形照射系數(shù)F1；(3)計(jì)算該陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比；L＝DN2*F1/(DN1*G2-DN2*G1)(4)計(jì)算全部陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比；(5)插值計(jì)算所有無陰影地區(qū)各點(diǎn)水平地面上自然光的散射/直射比值；(6)輸出對(duì)應(yīng)水平地面上自然光散射/直射比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法，其特征在干所述的步驟(2)中，陰影中任意像元點(diǎn)Pij的歸一化天空光地形照射系數(shù)Gij和陽光下像元點(diǎn)Pij的太陽直射光地形照射系數(shù)F的計(jì)算步驟如下(1)像元Pij歸一化天空光地形照射系數(shù)的計(jì)算(a)分別計(jì)算像元點(diǎn)Pij在各個(gè)方向上的最大地形高度角為βk(k＝1，2，……n)；n為方位間隔n＝2π/Δt，Δt為方位角步長，為可整除360的數(shù)βk為點(diǎn)Pij在第k方向上的最大地形高度角，即屏蔽角，βk＝MAX(h1，L＝1、2、3…ML)h1為點(diǎn)Pij在第k個(gè)方向上的第L個(gè)點(diǎn)的地形高度角，即屏蔽角，h1＝tg(ZPL/SPL)-1ZPL，SPL分別為點(diǎn)Pij與第k個(gè)方向上的第L個(gè)點(diǎn)的高差和水平距離(b)求和以計(jì)算該點(diǎn)的歸一化天空光地形屏蔽系數(shù)Ωij=ΔtΣk=1nsinβk/2πk]]>(c)計(jì)算像元點(diǎn)的歸一化天空光地形照射系數(shù)Gij＝1-Ωij(2)陽光下像元點(diǎn)Pij，即Pij的歸一化太陽直射光地形照射系數(shù)的計(jì)算F1＝Fij＝1-tgaij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij像元地面太陽高度角θij、方位角ALij由衛(wèi)片注記給出；像元地面坡度αij、坡向Aij以及像元經(jīng)、緯度由衛(wèi)片對(duì)應(yīng)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖獲取水平地面上自然光散射/直射比的方法。其具體步驟是輸入遙感數(shù)字圖像和對(duì)應(yīng)的數(shù)字地形圖，尋找陰影并計(jì)算參數(shù)，繼而計(jì)算該陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直射比，然后計(jì)算全部陰影區(qū)水平地面自然光的散射/直流比，插值計(jì)算所有無陰影地區(qū)各點(diǎn)水平地面上自然光的散射/直射比值，最終輸出對(duì)應(yīng)水平地面上自然散射/直射比。本發(fā)明的方法利用遙感數(shù)字圖像和數(shù)字地形圖，自動(dòng)獲取大范圍區(qū)域水平地面自然光的散射/直射比，大大提高散射/直射比獲取的效率和精度。
文檔編號(hào)G01S17/89GK1945354SQ20061011732
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者李先華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)