[发明专利]基于火点和夜光数据的全球热源重工业区域识别方法有效

专利信息
申请号: 201811616712.0 申请日: 2018-12-27
公开(公告)号: CN109670556B 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 马彩虹;陈甫;杨进;刘建波;夏玮 申请(专利权)人: 中国科学院遥感与数字地球研究所
主分类号: G06F18/20 分类号: G06F18/20;G06F18/23213;G06Q10/063
代理公司: 北京亿腾知识产权代理事务所(普通合伙) 11309 代理人: 陈霁
地址: 100094*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 夜光 数据 全球 热源 重工业 区域 识别 方法
【说明书】:

发明提供一种基于火点和夜光数据的全球热源重工业区域识别方法。该方法包括:数据预处理,包括火点和中科院版“火石”夜光产品数据的获取与预处理;基于长时序火点数据的全球热源重工业区域初识别构建,包括热源对象构建、特征提取和初步的全球热源重工业区域构建;对“火石”年度产品,按照像素极值叠加的原则,构造全时间序列的极值夜光数据;叠加初步全球热源重工业区域和全时间序列极值夜光数据,构建最终的全球的热源重工业区域;进行结果验证与输出。该方法作为一种新的重工业区域发现方式,利用主动式夜火数据时间分辨率高、空间覆盖范围全的优势,结合同时间段夜光极值数据,有效、准确地识别出了全球的重工业区域。

技术领域

本发明涉及主动式火点数据处理领域、空间点聚类与目标发现识别领域,更具体的说,是涉及一种基于火点和夜光数据的全球热源重工业区域识别方法和模型。

技术背景

重工业,包括钢铁工业、冶金工业、机械、能源(电力、石油、煤炭、天然气等)、化学、材料等工业,是为国民经济各部门提供技术装备、动力和原材料的基础工业,是实现社会再生产和扩大再生产的物质基础。一个国家/地方重工业的发展规模和技术水平,是综合实力的重要标志。但是,伴随着全球经济的发展,区域重工业发展规模盲目扩张、结构重化同构、布局分散无序等问题日益突出,出现了大量重复建设、产能过剩和恶性竞争现象。这不仅威胁到国家社会经济的可持续协调发展,也加剧了区域性资源环境压力。因此,如何准确、高效、快速的定位全球重工业区域,对于环境监测、资源管理、重大工程监理、国防安全等领域发展具有重要意义。

受资源分布的影响,重工业区域分布具有:分布范围广、区域隐蔽、布局分散无序、规模形状各异、不易查证等特点。同时,受国家环保政策以及区域经济发展的博弈影响,致使采用传统的方式,基本无法实现全球热源重工业区域发现与动态监测。但对于大部分重工业生产活动来说,热源的使用是普遍而又必须的,比如炼钢厂的炼钢炉、电解铝工厂的电解炉等,都会在生成工作中产生大量的热辐射。热源的分布,在一定程度上能够反映了厂矿企业的时空分布格局;热源的强度,在一定程度上展示了工厂热排放的强度,反映了工厂生产活动情况。同时,对于大部分重工业生产活动来说,对灯光的使用也是普遍而又必须的。因此通过对热源热辐射和夜光数据的监控,进而反映出重工业企业的分布和活动,成为间接监测重工业发展的一种重要而又有效的技术手段。NPP(NPOESS Preparatory Project)卫星,主动式火点数据(VIIRS active fire/hotspot data),就是监测全球地面高温点的产品数据;夜光数据(NPP-VIIRS nighttime light data),就是检测全球夜光使用情况的数据。与传统统计调查相比,VIIRS active fire/hotspot data和NPP-VIIRS nighttimelight data应用于重工业区域发现具有以下优势:能够高回访周期、快速的获得全球高温辐射点数据,为实时监控重工业区域生产状况提供了可能;能够获取全球陆地和周边海洋的长时间连续空间观测数据,相比行政单元统计数据,具有更加丰富的空间细节信息,有利于揭示行政单元尺度以下社会经济参量时空变化规律。

本文将主动火点数据(VIIRS active fire/hotspot data)和夜光数据(NPP-VIIRS nighttime light data)应用到热源重工业区域的发现检测中,结合长时间序列数据处理方式、改进自适应的Kmeans分割方法和模式识别技术,提出了一种基于改进自适应Kmeans的全球重工业时序热源区域发现模型。针对热源重工业区域的特点,采用基于改进自适应的Kmeans算法,实现长时序主动火点数据的自适应分割,构建热源对象。然后,辅助Google Earth高分数据,建立热源重工业区域训练样本数据,采用基于阈值和极值夜光数据的热源重工业区域识别模型,实现热源重工业区域的定位识别。作为一种准确、有效、快速的热源重工业发现与实时监督方式,该模型为重工业资源配置、环境监测、国防安全,以及全球区域资源长期可持续发展提供了必要的数据支持。

发明内容

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