專利名稱：基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為ー種主要的大氣污染物，氣溶膠對公共健康的影響已經(jīng)是公認(rèn)的事實，直接威脅著人類生存與可持續(xù)發(fā)展。其中，可吸入顆粒物PMlO(空氣動力學(xué)直徑小于ΙΟμπι的顆粒物)可達人體的支氣管區(qū)，粒徑小于5 μ m的顆粒物可達到肺泡區(qū)，部分更小的例子甚至可以通過毛細(xì)血管進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)，對心臟及心血管造成較大危害。據(jù)《2006年中國環(huán)境狀況公報》統(tǒng)計，在我國監(jiān)測的557個城市中，43. 4%的城市大氣質(zhì)量沒有達標(biāo)，顆粒物為主要污染物。準(zhǔn)確獲取PMlO的時空分布、來源及傳輸路徑是衡量其污染影響，制定顆粒物防治政策的重要保障。當(dāng)前PMlO監(jiān)測主要依靠地面站點，然而由于觀測設(shè)備一般昂貴且維護復(fù)雜，環(huán)境監(jiān)測站點分布不均且數(shù)量有限，無法全面、動態(tài)的反映可吸入顆粒物在較大區(qū)域內(nèi)的空間分布，難以對污染物來源、輸送通道進行準(zhǔn)確分析。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何全面、動態(tài)的反映可吸入顆粒物在較大區(qū)域內(nèi)的空間分布，對污染物來源、輸送通道進行準(zhǔn)確分析，降低設(shè)備成本及維護復(fù)雜度。( ニ )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算方法，包括以下步驟Sl 環(huán)境一號Α/Β星的電荷耦合元件CCD相機獲取的原始數(shù)據(jù)反演目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，并對所述目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理；S2 通過激光雷達獲取大氣邊界層高度，根據(jù)所述大氣邊界層高度對經(jīng)過所述插值和平滑處理后的氣溶膠光學(xué)厚度的每個像元逐一進行垂直訂正，獲得近地面氣溶膠的消光系數(shù)；S3 通過氣象儀的觀測獲得近地面相對濕度，根據(jù)所述近地面相対濕度對所述近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一進行濕度訂正，獲得沒有吸濕增長影響的干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)；S4:根據(jù)近地面可吸入顆粒物的濃度與所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，將所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一轉(zhuǎn)化為近地面可吸入顆粒物的濃/又。其中，步驟Sl具體包括Sll 基于輻射傳輸模型對不同觀測幾何、氣溶膠模式、氣溶膠光學(xué)厚度，以及地表類型條件下環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的表觀反射率進行模擬，建立反演氣溶膠光學(xué)厚度的多維查找表；S12 獲取環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的原始數(shù)據(jù)，對所述原始數(shù)據(jù)進行重采樣，由所述原始數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)文件中獲取輻射定標(biāo)系數(shù)和與所述原始數(shù)據(jù)對應(yīng)的觀測幾何，通過所述輻射定標(biāo)系數(shù)將經(jīng)重采樣后的原始數(shù)據(jù)的灰度值轉(zhuǎn)換為表觀反射率，所述觀測幾何包括太陽天頂角、觀測天頂角和太陽與衛(wèi)星的相對方位角；S13:根據(jù)所述表觀反射率計算歸一化植被指數(shù)，根據(jù)所述歸ー化植被指數(shù)進行暗像元的識別，利用所述觀測幾何對所述多維查找表進行插值，得到不同氣溶膠光學(xué)厚度下所述暗像元的紅、藍(lán)波段的大氣參數(shù)，井根據(jù)所述大氣參數(shù)和所述暗像元的表觀反射率，通過輻射傳輸方程反演得到目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，所述暗像元為歸ー化植被指數(shù)大于設(shè)定閾值的像元；S14 采用NXN像元的距離加權(quán)平均的濾波方法，對目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理。其中，步驟S13中，利用歸ー化植被指數(shù)識別暗像元，利用所述觀測幾何從所述多維查找表中插值得到不同氣溶膠光學(xué)厚度下所述暗像元的紅、藍(lán)波段的大氣參數(shù)，根據(jù)所述輻射傳輸方程和所述暗像元的紅、藍(lán)波段表觀反射率計算得到暗像元的紅、藍(lán)波段的地表反射率，擬合所述暗像元的紅、藍(lán)波段的地表反射率之間的比率與實測的暗像元經(jīng)驗比率相同，此時對應(yīng)的氣溶膠光學(xué)厚度即為該暗像元的反演結(jié)果，所述大氣參數(shù)與氣溶膠光學(xué)厚度相對應(yīng)，包括大氣下界的半球反射率、大氣透過率、以及大氣的路徑輻射項等效反射率。其中，步驟S2具體包括S21 通過激光雷達獲取大氣邊界層高度；S22 通過下式計算所述近地面氣溶膠消光系數(shù)，
權(quán)利要求
1.ー種基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，包括以下步驟S1環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機獲取的原始數(shù)據(jù)反演目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，并對所述目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理；S2通過激光雷達獲取大氣邊界層高度，根據(jù)所述大氣邊界層高度對經(jīng)過所述插值和平滑處理后的氣溶膠光學(xué)厚度的每個像元逐一進行垂直訂正，獲得近地面氣溶膠的消光系數(shù)；S3通過氣象儀的觀測獲得近地面相對濕度，根據(jù)所述近地面相対濕度對所述近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一進行濕度訂正，獲得沒有吸濕增長影響的干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)；S4:根據(jù)近地面可吸入顆粒物的濃度與所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的相關(guān)關(guān)系， 將所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一轉(zhuǎn)化為近地面可吸入顆粒物的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，步驟Sl具體包括S11基于輻射傳輸模型對不同觀測幾何、氣溶膠模式、氣溶膠光學(xué)厚度，以及地表類型條件下環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的表觀反射率進行模擬，建立反演氣溶膠光學(xué)厚度的多維查找表；S12獲取環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的原始數(shù)據(jù)，對所述原始數(shù)據(jù)進行重采樣，由所述原始數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)文件中獲取輻射定標(biāo)系數(shù)和與所述原始數(shù)據(jù)對應(yīng)的觀測幾何，通過所述輻射定標(biāo)系數(shù)將經(jīng)重采樣后的原始數(shù)據(jù)的灰度值轉(zhuǎn)換為表觀反射率，所述觀測幾何包括太陽天頂角、觀測天頂角和太陽與衛(wèi)星的相對方位角；S13根據(jù)所述表觀反射率計算歸一化植被指數(shù)，根據(jù)所述歸ー化植被指數(shù)進行暗像元的識別，利用所述觀測幾何對所述多維查找表進行插值，得到不同氣溶膠光學(xué)厚度下所述暗像元的紅、藍(lán)波段的大氣參數(shù)，井根據(jù)所述大氣參數(shù)和所述暗像元的表觀反射率，通過輻射傳輸方程反演得到目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，所述暗像元為歸ー化植被指數(shù)大于設(shè)定閾值的像元；S14采用NXN像元的距離加權(quán)平均的濾波方法，對目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理。
3.如權(quán)利要求2所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，步驟S13中，利用歸ー 化植被指數(shù)識別暗像元，利用所述觀測幾何從所述多維查找表中插值得到不同氣溶膠光學(xué)厚度下所述暗像元的紅、藍(lán)波段的大氣參數(shù)，根據(jù)所述輻射傳輸方程和所述暗像元的紅、藍(lán)波段表觀反射率計算得到暗像元的紅、藍(lán)波段的地表反射率，擬合所述暗像元的紅、藍(lán)波段的地表反射率之間的比率與實測的暗像元經(jīng)驗比率相同，此時對應(yīng)的氣溶膠光學(xué)厚度即為該暗像元的反演結(jié)果，所述大氣參數(shù)與氣溶膠光學(xué)厚度相對應(yīng)，包括大氣下界的半球反射率、大氣透過率、以及大氣的路徑輻射項等效反射率。
4.如權(quán)利要求1所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，步驟S2具體包括S21通過激光雷達獲取大氣邊界層高度；S22通過下式計算所述近地面氣溶膠消光系數(shù)，其中，Κ3,0(λ)為所述近地面的氣溶膠消光系數(shù)，、(λ)為經(jīng)所述預(yù)處理后的目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，Ha為所述大氣邊界層高度。
5.如權(quán)利要求1所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，步驟S3具體包括531通過氣象儀的觀測獲得近地面相対濕度；532通過下式計算所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)，
6.如權(quán)利要求1所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，在步驟S4中通過下式計算所述近地面可吸入顆粒物的濃度，PM10 = aka,Dry+b其中，PMltl為所述近地面可吸入顆粒物的濃度，a和b為由地面觀測數(shù)據(jù)擬合獲得的常數(shù)，為所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的可吸入顆粒物估算方法，其特征在干，步驟S4之后還包括步驟S5 將獲得的所述近地面可吸入顆粒物的濃度進行輸出。
8.ー種基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算系統(tǒng)，其特征在干，包括反演處理模塊，用于環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機獲取的原始數(shù)據(jù)反演目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，并對所述目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理；垂直訂正模塊，用于通過激光雷達獲取大氣邊界層高度，根據(jù)所述大氣邊界層高度對經(jīng)過所述插值和平滑處理后的氣溶膠光學(xué)厚度的每個像元逐一進行垂直訂正，獲得近地面氣溶膠的消光系數(shù)；濕度訂正模塊，用于通過氣象儀的觀測獲得近地面相対濕度，根據(jù)所述近地面相對濕度對所述近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一進行濕度訂正，獲得沒有吸濕增長影響的干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)；轉(zhuǎn)化模塊，用于根據(jù)可吸入顆粒物質(zhì)量濃度與所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，將所述干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)的每個像元逐一轉(zhuǎn)化為近地面可吸入顆粒物的濃
9.如權(quán)利要求8所述的可吸入顆粒物估算系統(tǒng)，其特征在干，所述反演處理模塊進ー 步包括查找表建立子模塊，用于基于輻射傳輸模型對不同觀測幾何、氣溶膠模式、氣溶膠光學(xué)厚度，以及地表類型條件下環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的表觀反射率進行模擬，建立反演氣溶膠光學(xué)厚度的多維查找表；預(yù)處理子模塊，用于獲取環(huán)境一號A/B星的電荷耦合元件CCD相機的原始數(shù)據(jù)，對所述原始數(shù)據(jù)進行重采樣，由所述原始數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)文件中獲取輻射定標(biāo)系數(shù)和與所述原始數(shù)據(jù)對應(yīng)的觀測幾何，通過所述輻射定標(biāo)系數(shù)將經(jīng)重采樣后的原始數(shù)據(jù)的灰度值轉(zhuǎn)換為表觀反射率，所述觀測幾何包括太陽天頂角、觀測天頂角和太陽與衛(wèi)星的相對方位角；計算反演子模塊，用于根據(jù)所述表觀反射率計算歸一化植被指數(shù)，根據(jù)所述歸ー化植被指數(shù)進行暗像元的識別，利用所述觀測幾何對所述多維查找表進行插值，得到不同氣溶膠光學(xué)厚度下所述暗像元的紅、藍(lán)波段的大氣參數(shù)，井根據(jù)所述大氣參數(shù)和所述暗像元的表觀反射率，通過輻射傳輸方程反演得到目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，所述暗像元為歸ー化植被指數(shù)大于設(shè)定閾值的像元；插值平滑處理子模塊，用于采用NXN像元的距離加權(quán)平均的濾波方法，對目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于環(huán)境一號衛(wèi)星的可吸入顆粒物估算方法，包括S1環(huán)境一號A/B星的CCD相機獲取的原始數(shù)據(jù)反演目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度，并對目標(biāo)區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度進行插值和平滑處理；S2通過激光雷達獲取大氣邊界層高度，根據(jù)大氣邊界層高度對經(jīng)過插值和平滑處理后的氣溶膠光學(xué)厚度垂直訂正，獲得近地面氣溶膠的消光系數(shù)；S3通過氣象儀的觀測獲得近地面相對濕度，對近地面氣溶膠消光系數(shù)進行濕度訂正，獲得沒有吸濕增長影響的干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)；S4將干燥近地面氣溶膠消光系數(shù)轉(zhuǎn)化為近地面可吸入顆粒物的濃度。本發(fā)明通過衛(wèi)星遙感連續(xù)、動態(tài)獲取大氣信息的優(yōu)勢，全面、動態(tài)的反映了可吸入顆粒物在較大區(qū)域內(nèi)的空間分布。
文檔編號G01N21/17GK102539336SQ20111003442
公開日2012年7月4日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者厲青, 周春艷, 張麗娟, 楊幸, 段文舉, 毛慧琴, 王中挺, 王子峰, 王橋, 陳輝, 黃陸雄 申請人:環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心