基于卫星遥感数据的环境监测预警系统

本发明涉及卫星环境监测，具体为基于卫星遥感数据的环境监测预警系统。

背景技术：

1、卫星遥感数据的环境监测预警系统利用卫星获取的地球表面图像和数据来实时监测和评估环境变化，如干旱或洪涝灾害。卫星遥感数据的环境监测预警系统通过分析遥感数据，能够提前预警潜在的环境危害，支持决策制定和应急响应，现有技术主要包括光学遥感、红外遥感、雷达遥感等手段，这些技术能够提供高分辨率的地面观测数据。

2、目前，卫星遥感数据的环境监测预警系统需要用户掌握遥感技术的基本原理、卫星成像的原理和数据处理的方法，这包括对不同波段的理解、图像的辐射校正、几何校正等，对用户的专业度要求高，从而不便于决策者或普通用户利用遥感数据对环境进行检测。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了基于卫星遥感数据的环境监测预警系统，具备通过采集红外波段的辐射值、采集光辐反射值数据、阳光入射角和地表实时图像数据，并根据对应的算法公式对这些数据进行处理和计算来生成预警信号，无需用户或决策人员掌握遥感技术的基本原理、卫星成像的原理和数据处理的方法，降低对用户和决策人员的专业度要求，便于决策者和鸿鹄利用卫星遥感数据对环境进行检测等优点，解决了上述问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于卫星遥感数据的环境监测预警系统，包括地表水体数据采集模块、地表水体数据处理模块、地表水体数据分析模块以及预警模块；

5、所述地表水体数据采集模块包括温度数据采集单元、光谱数据采集单元、太阳数据采集单元以及图像数据采集单元；

6、所述温度数据采集单元用于采集遥感卫星的红外波段的辐射值fs，所述光谱数据采集单元用于采集光辐反射值数据sl，所述太阳数据采集单元用于采集阳光入射角θ，所述图像数据采集单元用于采集地表实时图像数据tx，所述地表水体数据采集模块将采集到的多个数据发送至与其连接的地表水体数据处理模块中；

7、所述地表水体数据处理模块按照采集数据的时间区间将红外波段的辐射值fs形成辐射值集、将光辐反射值数据sl形成光辐反射值数据集以及将阳光入射角θ形成阳光入射角数据集；

8、所述地表水体数据处理模块对辐射值集中的数据进行清洗，得出时间区间内的辐射均值所述地表水体数据处理模块对光辐反射值数据集中的数据进行清洗，得出时间区间内的光辐反射均值所述地表水体数据处理模块对阳光入射角数据集中的数据进行清洗，得出时间区间内的阳光入射角均值所述地表水体数据处理模块根据接收到的实时图像数据tx将其与前一时刻的实时图像数据tx进行对比，得出两幅实时图像数据的特征差值tz；

9、所述地表水体数据处理模块根据辐射均值计算水体表面温度wd，所述地表水体数据处理模块根据阳光入射角均值计算散射辐射值sf和背景辐射亮度bf，所述地表水体数据处理模块根据散射辐射值sf和背景辐射亮度bf计算大气辐射值df，所述地表水体数据处理模块根据大气辐射值df和光辐反射均值计算水面辐射值mf；

10、所述地表水体数据分析模块将计算得出的水面辐射值mf、两幅实时图像数据的特征差值tz和水体表面温度wd发送至地表水体数据分析模块中；

11、地表水体数据分析模块分别将水面辐射值mf、两幅实时图像数据的特征差值tz和水体表面温度wd与对应的阈值范围进行对比，当任意两个数值超出或低于对应的阈值范围时，生成预警信号，并将其发送至预警模块中；

12、所述预警模块接收预警信号后，发出预警。

13、优选的，所述辐射值集表达式为：{fs1、fs2、...、fsn}，所述光辐反射值数据集表达式为：{sl1、sl2、...、sln}，所述阳光入射角数据集表达式为：{θ1、θ2、...、θn}，且每个数据集中的数据个数相同，采集时间间隔相同。

14、优选的，所述辐射均值计算表达式如下：

15、

16、公式中，计算求和后的平均值，即辐射均值中i＝1表示从辐射值集中第一个数值开始计算，计算至辐射值集中第n个数值为止。

17、优选的，所述光辐反射均值计算表达式如下：

18、

19、公式中，计算求和后的平均值，光辐反射均值中i＝1表示从光辐反射值数据集中第一个数值开始计算，计算至光辐反射值数据集中第n个数值为止。

20、优选的，所述阳光入射角均值计算表达式如下：

21、

22、公式中，计算求和后的平均值，阳光入射角均值中i＝1表示从阳光入射角数据集中第一个数值开始计算，计算至阳光入射角数据集中第n个数值为止。

23、优选的，所述两幅实时图像数据的特征差值tz计算表达式如下：

24、tz＝tx-txq

25、公式中，txq表示此次实时图像数据相邻的上一次采集到的实时图像数据，tx-txq的差值表示两个实时图像之间的数据差，即为两幅实时图像数据的特征差值tz，且tx-txq采集间隔为辐射值集中第一个数据到第n个数据的采集间隔。

26、优选的，所述散射辐射值sf计算表达式如下：

27、

28、公式中，e表示太阳光谱辐射量，即太阳常数，ρ为散射光学厚度，f(p)表示散射函数；

29、所述背景辐射亮度bf计算表达式如下：

30、

31、公式中，eb为背景辐射亮度，该数值可由卫星直接获取。

32、优选的，所述大气辐射值df计算表达式如下：

33、df＝sf+bf

34、公式中，sf+bf之和表示大气辐射值df。

35、优选的，所述水面辐射值mf计算表达式如下：

36、

37、公式中，包括水面辐射值和大气辐射值，当计算得出大气辐射值后，将光辐反射均值减去大气辐射值df即可得出水面辐射值mf。

38、优选的，所述水体表面温度wd计算表达式如下：

39、

40、公式中，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，表示黑体辐射强度与其温度的四次方之间的关系，ε表示水体的发射率，其取值范围为0～1。

41、与现有技术相比，本发明提供了基于卫星遥感数据的环境监测预警系统，具备以下有益效果：

42、本发明通过采集红外波段的辐射值、采集光辐反射值数据、阳光入射角和地表实时图像数据，并根据对应的算法公式对这些数据进行处理和计算，得出水面辐射值mf、两幅实时图像数据的特征差值tz和水体表面温度wd，并分别将这些数值与其对应的阈值范围进行对比，当任意两个数值超出或低于对应的阈值范围时，生成预警信号，其中，当任意两个数值超出对应的阈值范围时，则表示出现干旱现象，当任意两个数值低于对应的阈值范围时，则表示出现洪涝现象，无需用户或决策人员掌握遥感技术的基本原理、卫星成像的原理和数据处理的方法，降低对用户和决策人员的专业度要求，便于决策者和鸿鹄利用卫星遥感数据对环境进行检测。