用戶計算需求生成計算請求。
[0042]用戶計算需求包括指定計算日期，相應(yīng)日期的遙感觀測數(shù)據(jù)存儲位置以及計算結(jié)果輸出位置。計算請求中還包括指定的計算參數(shù)配置文件。針對不同的數(shù)據(jù)源，如在引入氣象數(shù)據(jù)的情況下，可能出現(xiàn)不同的計算參數(shù)配置文件。
[0043]步驟S202，根據(jù)計算請求進行計算。
[0044]根據(jù)步驟S201檢索請求中的計算日期，相應(yīng)日期的遙感觀測數(shù)據(jù)存儲位置以及計算參數(shù)配置文件，計算結(jié)果。
[0045]步驟S203，對計算結(jié)果進行融合處理。
[0046]對于計算日期可能出現(xiàn)的多景計算結(jié)果影像進行融合處理，得到用戶關(guān)注區(qū)域的最終計算結(jié)果。
[0047]步驟S204,生成計算響應(yīng)并返回計算結(jié)果。
[0048]計算響應(yīng)對計算結(jié)果進行封裝，根據(jù)步驟S201中計算請求中的計算結(jié)果輸出位置進行處理。例如，輸出DAT格式或TIFF格式返回給用戶。
[0049]步驟S205，計算結(jié)果的可視化。
[0050]基于ArcGIS實現(xiàn)計算結(jié)果的可視化，將計算結(jié)果直觀形象的展示給用戶。
[0051]參考圖3，本發(fā)明示出了一種基于衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算系統(tǒng)(圖3)，系統(tǒng)分為模型構(gòu)建子系統(tǒng)、計算子系統(tǒng)和可視化子系統(tǒng)。
[0052]模型構(gòu)建子系統(tǒng)301包括:數(shù)據(jù)壓縮單元3011、數(shù)據(jù)匹配單元3012和模型構(gòu)建單元 3013。
[0053]數(shù)據(jù)壓縮單元3011是進行遙感數(shù)據(jù)主要光譜特征信號的提取，封裝的是奇異值分解SVD算法，在模型構(gòu)建子系統(tǒng)和計算子系統(tǒng)中都會被用到。數(shù)據(jù)壓縮單元3011以靜態(tài)方式存在于模型構(gòu)建單元3013中，并在計算子系統(tǒng)302中共享同一個數(shù)據(jù)壓縮單元3011，避免了頻繁的構(gòu)造數(shù)據(jù)壓縮單元。
[0054]數(shù)據(jù)匹配單元3012涉及構(gòu)造模型所需的時間序列訓(xùn)練數(shù)據(jù)集任務(wù)。其原理是根據(jù)地面監(jiān)測站點空間坐標進行地面監(jiān)測值與相應(yīng)遙感觀測信息的匹配。
[0055]模型構(gòu)建單元3013涉及多層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學習、訓(xùn)練、優(yōu)化及驗證，其前提是數(shù)據(jù)匹配單元3012提供的匹配數(shù)據(jù)集。
[0056]計算模型構(gòu)建流程如圖4，模型構(gòu)建子系統(tǒng)的實施流程具體包括:
[0057]步驟S401，構(gòu)建二氧化碳觀測通道數(shù)據(jù)集，包括AIRS上千個波段的觀測信號以及WDCGG和AGAGE所觀測的溫室氣體地表濃度監(jiān)測值；
[0058]步驟S402，利用奇異值分解SVD方法提取遙感觀測數(shù)據(jù)的主要光譜信號特征；
[0059]步驟S403，將提取出的AIRS光譜奇異特征值和奇異向量、觀測時“衛(wèi)星-太陽”幾何角度以及地面高程作為模式識別的輸入因子，獲得匹配數(shù)據(jù)集；
[0060]步驟S404，將匹配數(shù)據(jù)集按照一定比例隨機分配成三個數(shù)據(jù)集:訓(xùn)練數(shù)據(jù)集、測試數(shù)據(jù)集以及驗證數(shù)據(jù)集；
[0061]步驟S405，利用多層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建計算模型。
[0062]計算子系統(tǒng)302包括:計算請求單元3021、計算單元3022、計算任務(wù)單元3023。
[0063]計算請求單元3021涉及計算配置文件，索引配置文件可以為XML格式或TXT格式，由計算模式、輸入位置、輸出位置三個元素構(gòu)成。其中，計算模式涉及對輸入數(shù)據(jù)類型、分類的定義。
[0064]計算單元3022為計算不同數(shù)據(jù)源提供了抽象方法，支持不同類型的數(shù)據(jù)源以及氣象因子的引入，計算過程中應(yīng)該使用哪種數(shù)據(jù)源類型的訪問實現(xiàn)，通過解析計算配置文件的輸入數(shù)據(jù)類型、分類來確定。
[0065]計算響應(yīng)單元3023是計算子系統(tǒng)的核心。計算響應(yīng)單元3023基于數(shù)據(jù)壓縮單元3011和模型構(gòu)建單元3013實現(xiàn)。根據(jù)模型構(gòu)建單元3013提供的計算模型,通過計算請求單元3022讀取經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮單元3011預(yù)處理過的計算數(shù)據(jù)源內(nèi)容，進行計算。計算完成后，根據(jù)計算請求單元3022定義的輸出位置返回計算結(jié)果。
[0066]可視化子系統(tǒng)303包括:處理單元3031，可視化單元3032。
[0067]處理單元3031基于影像融合技術(shù)，實現(xiàn)對多景計算結(jié)果影像的融合處理。
[0068]可視化單元3032:根據(jù)處理單元3031的結(jié)果執(zhí)行可視化，封裝ArcGIS (ARCENGINE或ARCGIS SERVER)，進行計算結(jié)果的直觀展示。
[0069]雖然本發(fā)明已以較佳實例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.基于衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算過程，包括建立近地表二氧化碳濃度遙感模型的步驟和二氧化碳濃度遙感計算的步驟。 建立近地表二氧化碳濃度遙感模型的步驟進一步包括: —數(shù)據(jù)壓縮子步驟，用于提取遙感數(shù)據(jù)主要的光譜信號結(jié)構(gòu)特征； —數(shù)據(jù)匹配子步驟，根據(jù)地面監(jiān)測站點空間坐標進行地面監(jiān)測值與相應(yīng)遙感觀測信息的匹配； —計算模型構(gòu)建子步驟，用于根據(jù)匹配出的遙感信息和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建二氧化碳濃度遙感估算模型； —質(zhì)量控制子步驟，用于利用測量信號的質(zhì)量標記以及標準大氣狀況下輻射傳輸模型模擬出的輻亮度最值(最大最小)對衛(wèi)星輸入數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，減小輸入樣本的誤差二氧化碳濃度遙感計算的步驟進一步包括: —估算請求子步驟，用于對估算輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理； —估算子步驟，用于根據(jù)該估算請求進行估算，并輸出估算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算方法，所述數(shù)據(jù)壓縮子步驟進一步包括: 步驟S101，對觀測通道數(shù)據(jù)進行去云處理、空間鑲嵌，對處理后的數(shù)據(jù)進行50萬次巨量隨機采樣，形成采樣數(shù)據(jù)集。 步驟S102,采用奇異值分解的SVD (Singular Value Decomposit1n)方法對采樣數(shù)據(jù)進行分解，實施數(shù)據(jù)壓縮，提取主要的光譜信號結(jié)構(gòu)特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算方法，所述數(shù)據(jù)匹配子步驟進一步包括遙感觀測信息的提取，大氣二氧化碳濃度地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的提取、生成時間序列的遙感觀測信息與大氣二氧化碳濃度地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的匹配數(shù)據(jù)集三個環(huán)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算方法，所述估算模型構(gòu)建子步驟中，根據(jù)得到的匹配數(shù)據(jù)集，利用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建大氣二氧化碳濃度遙感估算模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算方法，所述近大氣二氧化碳濃度遙感估算步驟中還進一步包括: ——估算精度優(yōu)化子步驟，針對每種不同的溫室氣體，確定其最優(yōu)的參數(shù)輸入設(shè)置，從而構(gòu)建出高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，提高估算精度。
6.一種實現(xiàn)上述權(quán)利要求1?5中任一項所述方法的系統(tǒng),包括: ——模型構(gòu)建子系統(tǒng)，用于根據(jù)匹配的時間序列的遙感信息、二氧化碳濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建二氧化碳濃度計算模型； ——二氧化碳濃度計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)模型構(gòu)建子系統(tǒng)實現(xiàn)的二氧化碳濃度計算模型，基于輸入數(shù)據(jù)計算二氧化碳濃度； ——計算結(jié)果可視化子系統(tǒng)，用于返回近二氧化碳濃度計算結(jié)果及其可視化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，還包括:針對每種不同的溫室氣體，確定其最優(yōu)的參數(shù)輸入設(shè)置，從而構(gòu)建出高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以提高模型的估算精度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，所述模型構(gòu)建子系統(tǒng)進一步包括: ——數(shù)據(jù)壓縮單元，用于對AIRS觀測通道主要光譜信號結(jié)構(gòu)特征的提??； —數(shù)據(jù)匹配子步驟，根據(jù)地面監(jiān)測站點空間坐標進行地面監(jiān)測值與相應(yīng)遙感觀測信息的匹配； —計算模型構(gòu)建子步驟，用于根據(jù)匹配出的遙感信息和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建二氧化碳濃度遙感估算模型； —質(zhì)量控制子步驟，用于利用測量信號的質(zhì)量標記以及標準大氣狀況下輻射傳輸模型模擬出的輻亮度最值(最大最小)對衛(wèi)星輸入數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，減小輸入樣本的誤差。所述二氧化碳濃度遙感計算的步驟進一步包括: —估算請求子步驟，用于對估算輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理； —估算子步驟，用于根據(jù)該估算請求進行估算，并輸出估算結(jié)果。 所述估算結(jié)果可視化子系統(tǒng)進一步包括: —結(jié)果處理單元，用于進行二氧化碳濃度估算結(jié)果的修飾處理； —結(jié)果可視化單元，用于二氧化碳濃度估算結(jié)果的可視化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星紅外遙感的大氣二氧化碳濃度快速計算方法及系統(tǒng)，該方法包括建立非參數(shù)統(tǒng)計模型和反演系統(tǒng)。反演模型構(gòu)建的步驟進一步包括：一數(shù)據(jù)壓縮子步驟，用于提取主要的光譜信號結(jié)構(gòu)特征；一數(shù)據(jù)匹配子步驟，用于觀測信息的匹配；一計算模型構(gòu)建子步驟，用于構(gòu)建多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；一質(zhì)量控制子步驟，用于質(zhì)量控制減小輸入樣本的誤差。濃度計算的步驟進一步包括：一估算請求子步驟，用于對估算輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理；一估算子步驟，用于根據(jù)該估算請求進行估算，并輸出估算結(jié)果。本發(fā)明通過基于前向模型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬光譜吸收輻射傳輸物理關(guān)系，提供了一種高效的溫室氣體反演模型，并將反演結(jié)果可視化展示的系統(tǒng)。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104657566
【申請?zhí)枴緾N201310578879
【發(fā)明人】呂寧, 秦軍, 苗茹, 姚凌, 王卷樂, 諸云強, 孫九林
【申請人】中國科學院地理科學與資源研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月15日