基于气象卫星资料的地类面积计算方法

k
6 S SUM =
1 2
{ ( Xi +1
i =1
+
Xi) ( Yi +1
-
Yi) }
其中 i = { 1 , ∧, k} 是边界点顶角集 。
3 应用与讨论
3. 1 应用 以 1998 年 5 月 22 日内蒙古的森林大火过火区域(封二彩片 4) 的面积计算为例 ,应用上述
二种方法分别计算其受灾面积 。其中 ,应用行列号法计算出的受灾面积为 19 352. 3 hm2 ,应用 经纬度法计算出的受灾面积为 19 911 hm2 (边界数据见表 1) 。
摘 要 提出了二种用 NOAA 卫星数据不通过几何校正 ,就能快速 、准确计算各地类面积的 思想 ,同时给出了计算方法并通过实例进行了验证 。
关键词 面积计算方法 气象卫星资料 分类号 TP79 : S29
0 引言
气象卫星以其运行周期短 、覆盖范围广 ,资料被广泛应用于遥感的各个应用领域 。如主要 农作物估产 ,旱情 、洪涝灾害 、森林火灾 、雪灾等重大自然灾害的监测与评估 ,海冰监测 ,沙漠化 动态监测等 。如何快速 、准确地测算出各地类面积 ,是上述各项应用研究所必须解决的基本问 题之一 ,也是国内外同行所致力追求的目标 。以往的普遍做法是 ,利用 NOAA 卫星星下点像元 面积 (1. 1 ×1. 1 km2) 与受灾面所包含的像元个数相乘 ,得到受灾面积 。但是 ,越来越多的实践 表明 ,这种方法所计算出来的面积与实际受灾面积相比 ,有较大的出入 : 一般而言 ,在星下点 附近 ,该方法计算出来的受灾面积比实际受灾面积大 ; 而在远离星下点的地方 ,则比实际受灾 面积小 。为此 ,本文提出两种利用气象卫星已知信息 ,在不进行几何校正的情况下 ,快速 、准确 地计算各地类面积的方法 ,即 : 行列号法和经纬度法 。
表面的交点 , B 点为第 N 个像元的扫描结束点与地球表面的交点 ,也是第 N + 1 个像元的扫描 起始点与地球表面的交点 ,θN 为扫描辐射计在扫到第 N 个像元扫描起始点时已转过的扫描 角 , ΨN 为 OO1 与 OA 之间的夹角 。设某地类的像元共有 k 个 , 每个像元的列号分别为 m1 , …, mk 。则 :
(2) 遥感分类精度和边界提取精度对求积方法的总体精度的影响往往大于求积算法所产 生的影响 。因此在业务运行系统的开发工作中 ,应予以足够的重视 。
·58 ·
列 号 行 号
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538
899
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900
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535
902
535
903
534
904
534
905
534
906
535
906
536
907
548
47. 5150
896
547
47. 5168
895
546
47. 5090
894
545
47. 4994
893
544
47. 4844
892
543
47. 4725
892
542
47. 4629
892
541
47. 4533
893
540
47. 4437
893
539
47. 4420
894
539
47. 4402
(3) 在各种应用中 ,与本文提出的方法所不同的是多数求积方法需先对遥感数据进行几何
1999 年
纬 度 47. 4350 47. 4180 47. 4160 47. 4063 47. 4002 47. 3924 47. 3750 47. 3672 47. 3594 47. 3516 47. 3438 47. 3281 47. 3186 47. 3168 47. 3150 47. 3133 47. 3193 47. 3320 47. 3379 47. 3471 47. 3531 47. 3592 47. 3711 47. 3770 47. 3852 47. 3930 47. 4063 47. 4160 47. 4238 47. 4258 47. 4277 47. 4297 47. 4316
表 1 受灾区边界数据集
纬 度
列 号 行 号
47. 4426
907
541
47. 4521
906
542
47. 4688
905
542
47. 4785
904
543
48. 4805
905
544
47. 4904
905
545
47. 4922
904
546
47. 4939
904
547
47. 4879
904
548
第 2 期 ,总第 40 期 1999 年 6 月 15 日
国土资源遥感
REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES
No. 2 ,1999 Jun. ,1999
基于气象卫星资料的 地类面积计算方法
纪 平 易浩若
(中国林业科学研究院资源信息研究所 ,北京 100091)
中心点连接成的多边形 ,也就是说 ,由此计算出的面积
舍弃了边界点中心以外的部分 。为了计算出某地类实 际面积 ,需要计算出各边界点的四角坐标 。
图 2 经纬度法示意图
如图 2 所示 , N - 1 —N —N + 1 为边界线的一部分 ,且各点坐标已知 ,从图中可以看出 ,要
第2期
纪 平等 : 基于气象卫星资料的地类面积计算方法
经 度 120. 5617 120. 5645 120. 5750 120. 5777 120. 2883 120. 5986 120. 6094 120. 6197 120. 6305 120. 6379 120. 6488 120. 6664 120. 6777 120. 6883 120. 6988 120. 7094 120. 7182 120. 7227 120. 7311 120. 7359 120. 7439 120. 7543 120. 7570 120. 7518 120. 7438 120. 7389 120. 7305 120. 7277 120. 7172 120. 7066 120. 6961 120. 6855 120. 6750
λB
λN + λM + λN +1 + λM +1 4
ΦB
ΦN + ΦM + ΦN +1 + ΦM +1 4
由此 ,计算出 A 、B 点经纬度坐标 A (λA ,ΦA) 和 B (λB ,ΦB) 之后 ,再应用投影公式计算出投 影坐标 A ( XA , YA) 和 B ( XB , YB ) , 则某地类的面积为〔2〕
θN
=
N3
55. 4 1024
θN +1
=
(N
+ 1)
3
55. 4 1024
βN
=
sin
- 1〔Rt +
Rt
H 3 sinθN〕
βN +1 =
sin
- 1〔Rt +
Rt
H 3 sinθN +1〕
ΨN = βN - θN
ΨN +1 = βN +1 - θN +1
ΔΨ = ΨN +1 - ΨN
dAB = ΔΨ 3 Rt
SN
=
AB 3
55. 4 1024
3
H
mk
6 S S UM =
SN
N = m1
其中 : SN 为第 N 个像元的面积 ; S SUM为某地类的面积 。
图 1 行列号法示意图
2 经纬度法
经纬度法的主导思想是 : 将某地类的各边界像元
点以折线连接成一个封闭多边形 ,根据 NOAA 卫星 1B
895
539
47. 4385
896
539
47. 4367
897
539
经 度 120. 6645 120. 6617 120. 6512 120. 6484 120. 6590 120. 6666 120. 6563 120. 6641 120. 6641 120. 6719 120. 6719 120. 6797 120. 6693 120. 6590 120. 6486 120. 6383 120. 6270 120. 6086 120. 5980 120. 5902 120. 5797 120. 5613 120. 5508 120. 5324 120. 5219 120. 5141 120. 5062 120. 5168 120. 5090 120. 5195 120. 5301 120. 5406 120. 5512
对各种计算方法所得结果精度的验证一般是将计算结果与地面实测面积对照 。由于实测 面积的对照精度受边界提取精度的影响 ,同时考虑上述二种方法之间的相互独立性 。因此 ,作 者采用二种方法相互验证的办法来验证其精度 ,得出相对误差仅为 1. 8 %。 3. 2 讨论
(1) 在遥感应用中 ,地类面积的计算方法通常是 : 首先 ,选取适当的遥感分类方法或边界 提取方法 ,获取专题信息 ; 其次 ,构造有效的求面积公式 ,对相关地类求积 。本文提出的二种 方法对于 NOAA/ AVHRR 数据的面积计算具有快速 、精确的特点 ,并且较好地解决了 NOAA/ AVHRR 数据求算地类面积的精度受卫星轨道变化影响的问题 。
数据提供的每条扫描线的 51 个点的经纬度坐标 ,插值
求出各边界点的经纬度坐标 ,再将其换算成投影坐标 ,
利用多边形面积求和公式 ,计算出受灾面积 。
由于 NOAA 卫星星下点像元的标称面积为 1. 1 ×
1. 1 km2 ,而它的坐标仅由其中心点来表示 ,因此 ,由某
地类的各边界点连接成的多边形实际是由各边界点的
·57 ·
想计算出以像元 N - 1 、N 、N + 1 为边界像元的地类实际面积 ,必须以 DAB C 为计算边界 ,也就
是说 ,要求出 D 、A 、B 、C 各点的坐标 。鉴于 NOAA 卫星的扫描特征使得每个像元并不像图 2 所
示的为完整的正方形 ,因此 ,在计算某个像元的顶角时 ,需要使用其相邻的四个像元 。现以像
位置的点为 M - 1 ,经纬度坐标为 (λM - 1 ,ΦM - 1) ,像元 N + 1 的下一条扫描线同列位置的点为 M
+ 1 ,经纬度坐标为 (λM +1 ,ΦM +1) , 则 :
λA
λN - 1 + λM - 1 + λN + λM 4
ΦA
ΦN - 1 + ΦM - 1 + ΦN + ΦM 4
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541
908
541
国 土 资 源 遥 感
元 N 的顶角 A 、B 点的计算为例 :
设 N - 1 、N 、N + 1 各点的经纬度坐标分别为 (λN - 1 ,ΦN - 1) 、(λN ,ΦN) 、(λN +1 ,ΦN +1) ,像元 N
的前一条扫描线同列位置的点为 M ,经纬度坐标为 (λM ,ΦM) ,像元 N - 1 的前一条扫描线同列
收稿日期 : 1998 - 10 - 29 ,1998 - 12 - 30 改回 。
·56 ·
国 土 资 源 遥 感
1999 年
在地球表面扫过的弧长 d ,再与步进弧长相乘 。下面推导弧长 d 的计算公式 。 如图 1 所示 , O 为地球中心 , O1 为卫星扫描中心 , A 点为第 N 个像元的扫描起始点与地球
1 行列号法
目前所使用的 NOAA 气象卫星数据 ,其扫描带覆盖地表宽度约为 2 800 km ,星下点像元分 辨率为 1. 1 km ,扫描角度为 ±55. 4°,扫描采样的瞬时视场角为 0. 0 013 rad ,而扫描时的步进为 0. 000 944 rad 。这也就是说 ,在扫描方向上和步进方向上像元之间存在着重叠 ,这种重叠使得 每个像元所代表的面积比实际的面积要大 。同时 ,由于地球曲率的影响 ,像元大小随着扫描角 的增大而变大 ,在图像边缘部分的像元面积可以达到星下点像元面积的 4～5 倍 。根据资料显 示 ,沿卫星步进方向的像元变形比扫描方向的变形要小的多〔1〕。由于本文计算的是像元覆盖 的地面实际面积 ,因此 ,不考虑步进方向的覆盖 ,只以扫描时的步进角为分割来计算 。总的计 算思想是 ,计算每个被识别像元的面积 ,再将其求和 。而对于每个像元先计算其扫描线方向上
47. 4801
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549
47. 4668
wenku.baidu.com904
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551
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