[发明专利]通过卫星系统自动探测地球表面的火点和例如云、薄雾、尘雾或类似的大气现象

说明书

技术领域

本发明涉及通过卫星系统自动探测地球表面的火点和例如云、薄雾、尘雾或类似的大气现象，更特别地通过利用地球同步卫星或极轨卫星系统的多光谱传感器获得的多光谱数据自动探测地球表面的火点和例如云、薄雾、尘雾或类似的大气现象。 

背景技术

公知，多光谱图像为通过遥感辐射计获得的图像，每个辐射计获得可视光谱的小波段区域的数字图像(称为场景，以遥感的方式)，从0.4μm到0.7μm称为红-绿-蓝(RGB)区域，从0.7μm到10μm或者更大的称为红外波长，分类为NIR(近红外)、MIR(中红外)、FIR(远红外)或TIR(热红外)。因此，多光谱图像为相同场景的几个单光谱(单波段或单色)图像的集合，通过对不同波长敏感的传感器获得每个单光谱图像。 

基于阈值标准和上下文算法的不同的火点探测技术已经被开发并用于多光谱极轨传感器，并且在最近几年中被用于地球同步传感器。对于这些技术的详细讨论，例如可以参考Kaufman，Y.J.，Justice，C.O.，Flynn，L.P.Kendal，J.D.，Prins，E.M.，Giglio，L.Ward，D.E.Menzel，W.P.和Setzer，A.W.，1998，从EOS-MODIS监测潜在的全球火点，地球物理学研究杂志，103，32215-32238，和Giglio，L.，Descloitre，J.，Justice，C.O.&Kaufman，Y.J.(2003)，一种对MODIS的改进上下文火点探测算法，Rem.Sen.环境，87：273-282。 

极轨卫星上的多光谱传感器具有相对较高的空间分辨率，但是由于极轨卫星的重访时间很长，即使联合所有现存的多光谱极轨传感器，也 不能达到有效的火点探测目的所需要的及时性。相反，多光谱地球同步传感器提供非常频繁的获取，例如，MSG SEVIRI(旋转增强可见光和红外成像仪)传感器每15分钟采集一次，然而多光谱地球同步传感器具有较低的空间分辨率(对于红外通道为3×3km²及以上)，这样会导致小的火点无法被探测到。 

为了克服空间分辨率的限制，E.Cisbani，A.Bartoloni，M.Marchese，G.Elisei，A.Salvati，基于地球同步和极轨卫星的多瞬间图像的早期火点探测系统，IGARSS 2002，Toronto，2002，和Calle，A.，Casanova，J.L.，Moclan，C.，Romo，A.J.，Costantini，M.，Ci sbani，E.，Zavagli，M.，Greco，B.，利用MSG/SEVIRI和MODIS传感器进行森林火探测和监测的最新算法和科学发展，IEEE，2005，118-123，最近提出了一种利用地球同步传感器数据进行子像素火点探测的基于物理模型的方法。 

特别地，提出了一种对辐射现象特征化的解析的辐射传输模型(RTM)，确定传感器探测到的能量，用对于在近红外线(NIR)、中红外线(MIR)和热红外线(TIR)光谱范围内的大气透明窗口中的每个波段λ的辐射亮度R_λ(W/m²/sr/μm)来表示。如图1(a)所示，由远程卫星传感器收集的辐射亮度R_λ是由地面反射的太阳辐射亮度R_S，λ、大气热辐射亮度R_A，λ(上升流和下降流部分)和最后的地面热发射的总和。给定背景温度T_B、地球表面发射率ε_λ以及地球表面和传感器之间的大气透射率τ_λ，RTM能够表达为： 

R_λ＝ε_λτ_λB_λ(T_B)+R_A；λ+R_S；λ(1) 

其中，B_λ(T)为在温度T和波长λ时的普朗克黑体辐射。也可以利用其他RTM模型。 

根据C.C.Borel，W.B.Clodius，J.J.Szymanski和J.P.Theiler，利用一次或多次观测为高分辨率、多光谱热传感器比较强健的(robust)和基于物理的海平面温度反演，SPIE′99会议，3717-09，对于在NIR和TIR区域的大气窗口中的透射率τ_λ的主要贡献来自大气水蒸汽成分， 并且透射率和水蒸汽之间的关系能够通过下面的表达式非常适当地参数化：