当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

基于气象卫星资料的地类面积计算方法


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)
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 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 1. 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 。

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 ± 4°扫描采样的瞬时视场角为 0. 0 013 rad ,而扫描时的步进为 55. ,
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
1 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〔 〕。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
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 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 ,θ 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 N 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

其中 : S N 为第 N 个像元的面积 ; S SUM为某地类的面积 。

2  经纬度法

点以折线连接成一个封闭多边形 , 根据 NOAA 卫星 1B 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 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 。

     θ = N 3 N

55 . 4 1024

经纬度法的主导思想是 : 将某地类的各边界像元

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

θ +1 = ( N + 1) 3 55 . 4 N 1024
1 β N = sin -  〔 1 β N   = sin -  〔 +1

ΨN = β - θ N N

ΨN +1 = β +1 - θ +1 N N Δ = ΨN +1 - ΨN Ψ
S N = AB 3

Ψ dAB = Δ 3 R t

S SUM =  

55 . 4 3 H 1024
N=m

Rt + H 3 sinθ 〕 N Rt

Rt + H 3 sinθ +1〕 N Rt

6

m

k

SN

1

图1  行列号法示意图

图2  经纬度法示意图

第2期

纪  平等 :   基于气象卫星资料的地类面积计算方法

?57 ?

想计算出以像元 N - 1 、 、 + 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 N N 是说 , 要求出 D 、 、 、 各点的坐标 。 A B C 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 元 N 的顶角 A 、 点的计算为例 : B (λ (λ 设 N - 1 、 、 + 1 各点的经纬度坐标分别为 (λ - 1 , ΦN - 1 ) 、 N , ΦN ) 、 N +1 , ΦN +1) , 像元 N N N N 的前一条扫描线同列位置的点为 M , 经纬度坐标为 (λ , ΦM ) , 像元 N - 1 的前一条扫描线同列 M 位置的点为 M - 1 , 经纬度坐标为 (λ - 1 , ΦM - 1 ) , 像元 N + 1 的下一条扫描线同列位置的点为 M M (λ +1 , ΦM +1 ) , 则 : + 1 , 经纬度坐标为 M λ - 1 +λ - 1 +λ +λ N M N M λ   A 4 ΦN - 1 + ΦM - 1 + ΦN + ΦM ΦA 4 λ + λ + λ +1 + λ +1 N M N M λ   B 4 ΦN + ΦM + ΦN +1 + ΦM +1 ΦB 4 由此 ,计算出 A 、 点经纬度坐标 A (λ , ΦA ) 和 B (λ , ΦB ) 之后 , 再应用投影公式计算出投 B A B
2 影坐标 A ( XA , YA ) 和 B ( XB , YB ) , 则某地类的面积为〔 〕

S SUM =

1 2

i =1

   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) 。 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 。 (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 。

6 {(X

k

i +1

+ X i ) ( Yi +1 - Yi ) }

?58 ?

               国 土 资 源 遥 感 表1  受灾区边界数据集

1999 年

列  号 行  号
898 899 900 901 902 903 904 905 906 906 907 908 909 910 911 912 913 914 915 916 917 918 918 917 916 915 914 913 912 911 910 909 908 538 537 536 535 535 534 534 534 535 536 537 538 539 539 539 539 538 537 536 535 534 534 535 536 537 538 539 540 541 541 541 541 541

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

纬  度
47. 4426 47. 4521 47. 4688 47. 4785 48. 4805 47. 4904 47. 4922 47. 4939 47. 4879 47. 4801 47. 4668 47. 4602 47. 4541 47. 4559 47. 4576 47. 4594 47. 4689 47. 4805 47. 4959 47. 5055 47. 5150 47. 5168 47. 5090 47. 4994 47. 4844 47. 4725 47. 4629 47. 4533 47. 4437 47. 4420 47. 4402 47. 4385 47. 4367

列  号 行  号
907 906 905 904 905 905 904 904 904 904 904 904 903 902 901 900 899 898 897 897 896 895 894 893 892 892 892 893 893 894 895 896 897 541 542 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 552 552 552 551 550 549 548 547 546 545 544 543 542 541 540 539 539 539 539 539

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

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

( 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

第2期

纪  平等 :   基于气象卫星资料的地类面积计算方法

?59 ?

校正 ,而是否需要几何校正 ,应取决于其具体应用领域的需要 ,不宜一概而论 。 参      考 文 献
1  吴炳方 . NOAA AVHRR 1B 数据的几何精纠正 . 环境遥感 ,1994 ,9 (4) :287~295 2  易浩若 ,纪平 . 森林过火面积的遥感测算方法 . 遥感技术与应用 ,1998 ,13 (2) :10~14

TWO METHODS FOR CALCULATING THE AREA EXACTLY BY USING NOAA DATA
Ji Ping  Y Haoruo i
( Research Institute of Forest Resource Information Technology , The Chinese Academy of Forestry , Beijing 100091)

Abstract By using NOAA data , two methods for calculating the area of any things on the earth are provided. These methods can be used to account quickly and exactly , because they do not need to rectify the im2 age. Finally , an example is giving. Key words   Methods of calculating the area   NOAA data
第一作者简介 :   纪平     女 1964 年生 ,1985 年毕业于天津大学光学仪器专业 ,现从事遥感应用研究工作 。

消 息 报 道

第十一届全国遥感技术学术交流会取得了圆满成功

第十一届全国遥感技术学术交流会于 1999 年 5 月 25 日 — 日在海南省海口市召开 。此次会议由空间 、 31 宇航 、 测绘 、 地理 、 航空 、 、 地质 自动化 、 海洋 、 电子学会的遥感专业委员会 ( 或分会) 、 中国参加亚洲遥感协会全 国委员会 、 中国科学院遥感联合中心 、 信息获取与处理技术主题专家组和 863 航天领域空间科学与应用专 863 家组共 13 个单位联合主办 ,中国空间学会空间遥感专业委员会承办 。中国科学院院士 、 中国工程院院士李德 仁先生 、 航天领域空间科学及应用专家组组长姜景山研究员 、 863 中国科学院上海技物所龚惠兴院士等分别 作了有关数字地球 、 小卫星及其组网应用技术及风云一号第三颗极轨气象卫星的发射及运行情况的大会报 告 。陈述彭院士专程出席了此次会议 ,并就迎接数字地球战略的挑战及遥感技术的创新和发展方向作了重要 讲话 。 参加这次大会的单位共有 55 家 ,代表 159 名 ,会议收到论文 231 篇 ,遴选出 214 篇编印成册 。大会评选出 11 篇青年优秀论文 ,以资对青年遥感工作者的鼓励 。这次会议是历届会议组织的单位代表和论文数量最多 的 ,反映了全国遥感界的团结和对此次世纪之交盛会的高度重视和热情支持 。 本届会议建议第十二届全国遥感技术学术交流会由中国航空学会电子分会承办 。

本刊编辑部


相关文章:
图斑地类面积理论值计算方法说明
图斑地类面积理论值计算方法说明_城乡/园林规划_工程科技_专业资料。图斑地类面积 图斑地类面积理论值 计算方法说明 1 计算原则 1.1 面积平差原则任何平差结果...
基于arcgis desktop地类图斑净面积计算方法
基于arcgis desktop地类图斑净面积计算方法_天文/地理_自然科学_专业资料。【学习...净面积(图斑地类面积)的概念,地类图斑净面积=图斑毛面积 - 扣除地类面积 ...
地类图斑净面积计算方法
地类图斑净面积计算方法_天文/地理_自然科学_专业资料。虽然二调基本上结束了,...基于气象卫星资料的地类... 5页 免费 图斑勾画完成后赋码及快... 暂无评价...
批量计算地类面积方法
批量计算地类面积方法_天文/地理_自然科学_专业资料。国土部门批量计算范围内地类面积的方法批量计算面积总体步骤如下: *.dwg 文件转换 *.dxf *.wl/*.wt excel...
地形测量面积计算的几种方法
地形测量面积计算的几种方法_物理_自然科学_专业资料。地形测量面积计算的几种方法 [摘要]讨论高斯投影变形对地形测量面积计算的影响,以及地形测量面积计 算的几种...
【遥感原理与应用】用ENVI计算地物面积
【遥感原理与应用】用ENVI计算地面积_天文/地理_自然科学_专业资料。遥感原理与应用 实验 2 实验目的: 计算出地物面积。 实验步骤:(1)在实验一操作的步骤上继...
利用ARCGIS进行地类计算与统计
进行地类计算与统计_天文/地理_自然科学_专业资料。...采用挖空的方法 ▽ 【编辑器】→【开始编辑】→用...!整个地类计算过程中,要求前后面积一致,这样方能...
地理测绘面积计算
地理测绘面积计算_天文/地理_自然科学_专业资料。地理...计算的多边形操场、开发区、区域、建筑工地、 田地...卫星地图间切换;单击你已经在地图上创建的多边形顶点...
使用Arcgis计算土地利用现状图图斑面积
图图斑面积_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。...所画地类界线与外围范围线能够围成闭合的区域,每个...ArcGIS中面积周长的计算 18页 1下载券 基于ARCGIS土...
常用土地面积换算公式
常用土地面积换算公式常用土地面积换算公式 1 亩=60 平方丈=6000 平方尺, 亩=666. 平方米 1 6 还有一个更实用的口决来计算: 平方米换为亩,计算口诀为“加...
更多相关标签:
气象卫星的资料 | 卫星地图计算面积 | 日本发射气象卫星 | 中央气象台卫星云图 | 气象卫星 | 国家卫星气象中心 | 卫星气象云图 | 中国气象卫星云图 |