监督学习框架下基于SNPP CrIS和VIIRS数据的云检测
发布时间：2021-06-08 17:48
探测位于大气中不同高度的云对卫星遥感的应用非常有意义。依赖不同遥感数据的云检测系统各有优劣,比如基于可见光数据的算法虽然有较高的云检测精度,但难以检测到薄云以及夜空中的云。而基于红外数据的算法虽对云有较高的敏感度,但由于其易受背景场和解析度的影响导致利用红外数据进行云检测一直是一个具有挑战性的工作。本文依托美国Suomi国家极地轨道伙伴卫星上（SNPP）搭载的交叉轨道红外探测器（CrIS）和可见光红外成像辐射计套件（VIIRS）两种仪器数据,提出了一种利用CrIS物理特征计算云检测指标并与三种机器学习算法相结合的云检测方法。在2017年一种利用SNPP CrIS仪器的通道特性求解云检测指标的方法被提出,并被证明可以较好地检测薄云的存在。但是其方法只是利用了部分红外频道且只能定性表征云的存在,没有进行量化分析。本文在此方法基础上进行了探究,设计出一套能够定量检测云的方法,具体研究内容如下:根据SNPP CrIS全频段通道的特性,本文设计了一种利用全频段通道进行两两配对的方法,进而挑选出能用于云检测的通道对。另外为了消除地表、日照等背景场对红外数据的影响,本文还提出分区分时处理的方法,在各...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sigmoid函数曲线图，其中(a)单极性S函数；(b)双极性S函数
第三章全频段红外云检测指标的分区计算方法193.2通道匹配3.2.1匹配条件在CrIS仪器上共有2211个通道，每个通道采用CRTM模型进行生成其亮温数据和权值函数（WF），权值函数是关于压强/高度的比重函数，在某个高度上权值函数越大，说明该通道对这个高度的探测更加敏感，更加精准。图3-2是CrISFSR下2211个通道在不同高度下的权重图。(a)(b)(c)图3-2CrISFSR中2211个通道的权值函数图，(a)为长波，(b)为中波，(c)为短波由图3-2中可以看出，短波通道的WF峰值的分布比较均匀，中波的WF峰值的分布较为集中，且表现为集中在中低空，而长波通道的WF峰值集中在两个高度分布上，在高空和低空上均有大量分步。根据云层在大气层中的分布情况，我们需要在0-14km的垂直空间上，寻找到尽可能均匀分布的通道对，这样可以针对存在不同高度的云层，来进行精确检测。通道匹配的条件设置如下:1.相互配对的通道对，其WF的峰值所在高度相差小于或者等于1km；2.相互配对的通道对，其云敏感高度小于或者等于0.6km；云敏感高度的定义如式（3-1）所示；
第三章全频段红外云检测指标的分区计算方法21通道对。同时发现1629也与多个长波通道满足条件1和2，满足条件的通道对信息如表3-2所示。表3-2与1629满足匹配条件1和2的长波通道信息表短波通道标号长波通道标号长波通道标准差162911813.30162912013.43162912113.17162912313.47162923914.70从表3-1和3-2可以确定长波通道121与短波通道1629是所示通道对中最稳定的一个通道对，因此将该通道对保留，舍弃表中的其余通道对。匹配的121与1629的WF函数图如图3-3所示。图3-3长波ch.121与短波ch.1629的WF函数图，其中红色曲线是121通道的WF曲线，蓝色曲线是1629通道的WF曲线，其中标注圆圈处是它们的WF曲线的峰值，而*表示的是两个通道的云敏感高度。由图3-3可以看出，匹配的两个通道的WF曲线相似度很高，而且无论是WF峰值的高度还是云敏感的高度都在同一水平，满足了匹配条件。3.2.2匹配结果展示经过三个条件的筛选，我们共得到57个通道对，其中12对长短波通道对，25对长中波通道对，20对中短波通道对。这57个通道对的通道编号以及每个通道对应的权值函数峰值高度都在表3-3中展示。同时每个通道对还对应着通道对标号，如LS-1通道对指的就是长短波通道对中的通道121与通道1629这一通道对。
本文编号：3218902
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sigmoid函数曲线图，其中(a)单极性S函数；(b)双极性S函数
第三章全频段红外云检测指标的分区计算方法193.2通道匹配3.2.1匹配条件在CrIS仪器上共有2211个通道，每个通道采用CRTM模型进行生成其亮温数据和权值函数（WF），权值函数是关于压强/高度的比重函数，在某个高度上权值函数越大，说明该通道对这个高度的探测更加敏感，更加精准。图3-2是CrISFSR下2211个通道在不同高度下的权重图。(a)(b)(c)图3-2CrISFSR中2211个通道的权值函数图，(a)为长波，(b)为中波，(c)为短波由图3-2中可以看出，短波通道的WF峰值的分布比较均匀，中波的WF峰值的分布较为集中，且表现为集中在中低空，而长波通道的WF峰值集中在两个高度分布上，在高空和低空上均有大量分步。根据云层在大气层中的分布情况，我们需要在0-14km的垂直空间上，寻找到尽可能均匀分布的通道对，这样可以针对存在不同高度的云层，来进行精确检测。通道匹配的条件设置如下:1.相互配对的通道对，其WF的峰值所在高度相差小于或者等于1km；2.相互配对的通道对，其云敏感高度小于或者等于0.6km；云敏感高度的定义如式（3-1）所示；
第三章全频段红外云检测指标的分区计算方法21通道对。同时发现1629也与多个长波通道满足条件1和2，满足条件的通道对信息如表3-2所示。表3-2与1629满足匹配条件1和2的长波通道信息表短波通道标号长波通道标号长波通道标准差162911813.30162912013.43162912113.17162912313.47162923914.70从表3-1和3-2可以确定长波通道121与短波通道1629是所示通道对中最稳定的一个通道对，因此将该通道对保留，舍弃表中的其余通道对。匹配的121与1629的WF函数图如图3-3所示。图3-3长波ch.121与短波ch.1629的WF函数图，其中红色曲线是121通道的WF曲线，蓝色曲线是1629通道的WF曲线，其中标注圆圈处是它们的WF曲线的峰值，而*表示的是两个通道的云敏感高度。由图3-3可以看出，匹配的两个通道的WF曲线相似度很高，而且无论是WF峰值的高度还是云敏感的高度都在同一水平，满足了匹配条件。3.2.2匹配结果展示经过三个条件的筛选，我们共得到57个通道对，其中12对长短波通道对，25对长中波通道对，20对中短波通道对。这57个通道对的通道编号以及每个通道对应的权值函数峰值高度都在表3-3中展示。同时每个通道对还对应着通道对标号，如LS-1通道对指的就是长短波通道对中的通道121与通道1629这一通道对。
本文编号：3218902
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