[发明专利]一种角度约束的遥感反演流场的矢量数据处理方法

说明书

本发明公开一种角度约束的遥感反演流场的矢量数据处理方法，所述的处理方法包括以昼夜为时间段对反演流场的矢量进行分组；对组内矢量按照顺时针依次排序；计算相邻两个矢量的旋转方向与旋转角；确定流场旋转方向；计算主旋转方向下流场矢量的单位时间旋转角；确定基准矢量和基准旋转角；计算基准矢量外的其他矢量；计算得到的理论矢量和其对应得到所有矢量的角度差；按角度差的大小进行排序，删除角度差较大的对应矢量。本发明的数据处理方法契合近海流场受潮流影响的现象，一个潮流周期内的流场矢量应具备潮流椭圆的旋转规律，时间连续的遥感反演流场也应符合潮流椭圆。本方法能有效降低遥感反演流场矢量数据的角度误差，提高数据可用性。

技术领域

本发明涉及遥感反演流场的数据处理领域，具体涉及一种角度约束的遥感反演流场的矢量数据处理方法。

背景技术

海水受月球和太阳的作用，除产生潮汐现象外，同时还产生周期性的水平流动，此种现象叫潮流。潮汐为海水上下的垂直运动，潮流为水平运动。非潮汐(主要是气象)原因引起的叫非潮流。总的流动叫海流，海流是海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等而形成的密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而形成的大规模相对稳定的非周期性的海水运动流动，它是海水的普遍运动形式之一。描述海水运动的方法有两种分别是拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法是跟踪水质点以描述它的时空变化，这种方法实现起来比较困难，但近代用漂流瓶以及中性浮子等追踪流迹，可近似地了解流的变化规律。通常多用欧拉法来测量和描述海流，即在海洋中某些站点同时对海流进行观测，依靠测量结果用矢量表示海流的速度大小和方向，绘制流线图来描述流场中速度的分布。

海流对海洋中多种物理过程、化学过程、生物过程和地质过程，以及海洋上空的气候和天气的形成及变化，都有影响和制约的作用：1.暖流对沿岸气候有增温增湿作用，寒流对对沿岸气候有降温减湿作用。2.海轮顺海流航行可以节约燃料，加快速度。暖寒流相遇，往往形成海雾，对海上航行不利。此外，海流从北极地区携带冰山南下，给海上航运造成较大威胁。3.海流还可以把近海的污染物质携带到其他海域，有利于污染的扩散，加快净化速度。但是其他海域也可能因此受到污染，使污染范围更大等等。故了解和掌握海流的规律、大尺度的海-气相互作用和长时期的气候变化，对渔业、航运、排污和军事等都有重要意义。

为了实时监测与预报短时间尺度的海流变化过程，需要采用高时空分辨率的海洋卫星资料进行海表流场估算。一些研究表明，通过反演算法，利用静止轨道海洋卫星对某一固定海域的连续观测资料，可获取该区域海表流场的高频动态变化特征。基于连续观测的两幅卫星遥感影像，近几十年已有大量的研究结果表明利用最大互相关方法(maximumcross-correlation method，MCC)是迄今为止用的应用最为广泛一种海表流场反演算法。MCC方法是通过计算两幅连续遥感影像的之间相关系数来进行遥感图像匹配，从而反演得到海流。

最大相关系数法是基于模板匹配技术,是通过影响之间的相关关系系数来进行遥感影像的匹配。考虑同一尺度的两幅示踪物所在图像,在第一幅图像中选取一块小区域,称为模板窗口,在第二幅图像中同一中心位置选取一块比模板窗口大的区域,称为搜索窗口。模板匹配技术就是在搜索窗口中寻找一块同模板窗口相关性最好的匹配窗口,如果找到,则认为模板窗口在第二幅图像中移到了匹配窗口的位置上,求得一个位移矢量,位移矢量除以两幅图像成像的时间间隔就可以计算出模板窗口的平均移动速度。对第一幅影像中的所有模板窗口进行前面的操作，从而以获取所研究区域的海表流场。

有研究表明在中-低浑浊海域，证明了MCC算法能比较准确地反演出海表流场日内变化特征，而对于MCC算法在高浑浊水域的适用性研究至今还未有涉及。事实上，在高浑浊海域，水团非线性变形移动以及模板窗口内的小尺度动力过程都有可能引起MCC算法图像的误匹配；另外，在高浑浊海域悬浮物的快速沉降与再悬浮也会影响流场反演结果的准确性。因此很有必要开展MCC算法在高浑浊水域的适用性研究。