專利名稱：起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計算機生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)，具體地說，是關(guān)于利用數(shù)字地形圖由計算機生成起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像。
背景技術(shù)：
因地形對太陽直射光的遮擋和屏蔽，與廣闊的水平地面相比自然地表上的太陽直射光照度分布受地形影響將發(fā)生變化，顯然，也改變了水平地面成像中地物的遙感數(shù)據(jù)可比性，影響勒遙感數(shù)字圖像的質(zhì)量和定量研究和應(yīng)用的水平。地形對衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像的影響呵山體陰影、云層陰影的消除，一直都是衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像處理與應(yīng)用中的難題?，F(xiàn)有衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像處理與應(yīng)用技術(shù)迂正射影像處理技術(shù)，均沒有從根本上解決這個重要的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計算機生成方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下根據(jù)本發(fā)明的一種起伏地面上太陽光歸一化分布圖像的計算機生成方法，其步驟包括在GIS(地理信息系統(tǒng))的支持下利用由衛(wèi)片給出的太陽位置參數(shù)(太陽高度角、太陽方位角)和數(shù)字地形圖所生成由衛(wèi)片對應(yīng)的數(shù)字地面模型，以及各點的經(jīng)緯度地理坐標(biāo)，計算機逐點計算數(shù)字地形圖上各點的太陽直射光地形照射系數(shù)，最后將獲得的各點太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為太陽直射光分布圖。
所述的衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像上各點太陽高度角、方位角為θij＝arcsin(sinφ*sinδ+cosφ*cosδ*costij)，Aij＝arcsin(sinθij*sinφ-sinδ)/cosθij*cosφ)，δ＝arcsin(sinθ*sinφ-cosθ*cosφ*cosA)，t＝arcsin(cosθij*sinA/cosδ)+Δλ，
其中θ，A、δ均由衛(wèi)片注記中星下點太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、φ分別為星下點地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點對星下點的經(jīng)度增量；所述的衛(wèi)星遙感數(shù)字地形圖上山體與云層陰影的判斷，系利用與衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像配準(zhǔn)的數(shù)字地形圖和衛(wèi)片像元的太陽的位置參數(shù)(高度角、方位角)進行山體與云層陰影的判斷。其判斷的準(zhǔn)則是在太陽照射方向該像元點的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點為陰影；反之則不是陰影；所述的數(shù)字地形圖上陰影中點的太陽直射光地形照射系數(shù)Fij＝0。
所述的數(shù)字地形圖上非陰影點(的太陽)直射光地形照射系數(shù)Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij其中像元地面太陽高度θij、方位角ALij由衛(wèi)片注記給出，像元地面坡度αij、坡向Aij以及像元經(jīng)、緯度由衛(wèi)片對應(yīng)數(shù)字地面模型給出。
所述的分布圖的計算機生成迂可視化視將獲得的各點的太陽直射光地形照射系數(shù)按原來的行列順序排列并逐點進行線性拉伸計算GNij＝INT(Fij×MAX(DN)/F)+0.5)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…NF＝INT(MAX((Fij)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…N)DN圖像亮度值；MAX(DN)＝2K＝-1為最大亮度值.M、N分別為圖像的最大縱橫像元數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點與積極效果根據(jù)本發(fā)明方法所生成的太陽直射光分布圖，表達了地形影響下自然地面各點的太陽直射光相對照度和對天空的可視程度。計算機生成的太陽直射光分布(歸一化)圖像定量、直觀、可視地反映了太陽直射光照度在自然地表的相對分布。在遙感圖象的太陽直射光的地形影響修正，雷達探測效果的預(yù)測和數(shù)字仿真，暈染地圖的計算機制作，衛(wèi)片上地形陰影的自動判別以及地面自然光輻射的再分配研究等方面都具有重要作用。


圖1為衛(wèi)星遙測的中國福建龍巖地區(qū)1∶10萬數(shù)字地形圖(立體、1024×1024)；圖2為本發(fā)明的一個實施例的計算機生成程序流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明方法對圖1數(shù)字地形圖進行太陽直射光地形分布變換系數(shù)的線性拉伸。表達成像瞬間太陽直射光輻射在起伏地面上的真實歸一化(水平地面上太陽直射光輻射照度為1)分布圖像。
具體實施例方式
下面根據(jù)圖1～圖3給出本發(fā)明的一個較好實施例，并予以詳細描述，使能更好地說明本發(fā)明的特征以及功能特點，而不是用來限定本發(fā)明的范圍。
請參閱圖1，其示出了本實施例所要研究的中國福建省龍巖地區(qū)的衛(wèi)星遙測數(shù)字地形圖。
請參與圖2，步驟1000，啟動駐留在GIS地理信息系統(tǒng)中的本實施例的計算機生成程序100，步驟1001，輸入如圖1所示的本實施例所要研究地區(qū)的數(shù)字地形圖，并進行配準(zhǔn)調(diào)整，確定網(wǎng)格，步驟1002，選取數(shù)字地形圖上第一點(網(wǎng)格)。步驟1003計算數(shù)字地形圖上各點的太陽高度角、方位角θij＝arcsin(sinφ*sinδ+cosφ*cosδ*costij)Aij＝arcsin(sinθij*sinφ-sinδ)/cosθij*cosφ)δ＝arcsin(sinθ*sinφ-cosθ*cosφ*cosA)t＝arcsin(cosθij*sinA/cosδ)+Δλθ，A、δ衛(wèi)片注記中星下點太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、φ分別為星下點地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點對星下點的經(jīng)度增量。
步驟1004、數(shù)字地形圖上山體與云層陰影的判斷利用與衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像配準(zhǔn)的數(shù)字地形圖和衛(wèi)片像元的太陽的位置參數(shù)(高度角、方位角)進行山體與云層陰影的判斷。其判斷的準(zhǔn)則是在太陽照射方向該像元點的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點為陰影；反之則不是陰影。步驟1005計算數(shù)字地形圖上各點地面(坡面)太陽直射光地形照射系數(shù)對于數(shù)字地形圖上陰影和非陰影的點，分別計算其太陽直射光地形照射系數(shù)(甲)數(shù)字地形圖上陰影中的點太陽直射光地形照射系數(shù)的計算因為數(shù)字地形圖上陰影中的點的太陽直射光照度為0，因此其太陽直射光地形照射系數(shù)Fij＝0；(乙)數(shù)字地形圖上非陰影的點的太陽直射光地形照射系數(shù)計算數(shù)字地形圖上非陰影點的太陽直射光地形照射系數(shù)計算，如下
Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij像元地面太陽高度角θij、方位角ALij由衛(wèi)片注記給出，像元地面坡度αij、坡向Aij以及像元經(jīng)、緯度由衛(wèi)片對應(yīng)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出，步驟1006判斷所有點(網(wǎng)格)是否計算完畢？若未計算完畢，執(zhí)行步驟1007，跳回步驟1003，否則執(zhí)行步驟1008；步驟1008，步驟1009起伏地面上太陽直射光(歸一化)分布圖像的計算機生成與可視化將獲得的各點的太陽直射光地形照射系數(shù)按原來行列順序排列并逐點實施線性拉伸計算，實現(xiàn)太陽直射光地形照射歸一化系數(shù)的成圖和可視化GNij＝INT(Fij×MAX(DN)/F)+0.5)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…NF＝INT(MAX((Fij)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…N)DN圖像亮度值；MAX(DN)＝2K＝-1為最大亮度值.M、N分別為圖像的最大縱橫像元數(shù)。最后執(zhí)行步驟1010程序結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計算機生成方法，其步驟包括在GIS的支持下，利用太陽位置參數(shù)呵數(shù)字地形圖以及各點的地理坐標(biāo)，由計算機逐點計算數(shù)字地形圖上各點的太陽直射光地形照射參數(shù)，最后將獲得的各點太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為太陽直射光分布圖。所說的太陽位置參數(shù)視指數(shù)字地形圖上相應(yīng)點所處的太陽高度角和方位角；所說的各點地理坐標(biāo)是指相應(yīng)的經(jīng)緯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖的計算機生成方法，其特征在于衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像上各點太陽高度角、方位角的計算θij＝arcsin(sin*sinδ+cos*cosδ*costij)Aij＝arcsin(sinθij*sin-sinδ)/cosθij*cos)δ＝arcsin(sinθ*sin-cosθ*cos*cosA)t＝arcsin(cosθij*sinA/cosδ)+Δλ其中，θ，A、δ衛(wèi)片注記中星下點太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、分別為星下點地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點對星下點的經(jīng)度增量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計算機生成方法，其特征在于衛(wèi)星遙感數(shù)字地形圖上山體與云層陰影的判斷。利用與衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像配準(zhǔn)的數(shù)字地形圖和衛(wèi)片像元的太陽的位置參數(shù)(高度角、方位角)進行山體與云層陰影的判斷。其判斷的準(zhǔn)則是在太陽照射方向該像元點的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點為陰影；反之則不是陰影。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖的計算機生成方法，其特征在于，數(shù)字地形圖上陰影中點的太陽直射光地形照射系數(shù)Fij＝0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖的計算機生成方法，在其特征在于，數(shù)字地形圖上非陰影點(的太陽)直射光地形照射系數(shù)Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij其中像元地面太陽高度θij、方位角ALij由衛(wèi)片注記給出，像元地面坡度αij、坡向Aij以及像元經(jīng)、緯度由衛(wèi)片對應(yīng)數(shù)字地面模型給出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖的計算機生成方法，其特征在于，分布圖的計算機生成迂可視化視將獲得的各點的太陽直射光地形照射系數(shù)按原來的行列順序排列并逐點進行線性拉伸計算；GNij＝INT(Fij×MAX(DN)/F)+0.5)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…NF＝INT(MAX((Fij)；I＝1、2、3…M；J＝1、2、3…N)DN圖像亮度值；MAX(DN)＝2K＝-1為最大亮度值.M、N分別為圖像的最大縱橫像元數(shù)。
全文摘要
一種起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖象的計算機生成方法，包括步驟在GIS的支持下，利用太陽高度角/方位角和研究地區(qū)的數(shù)字地形圖(數(shù)字地面模型)以及各點的地理坐標(biāo)(經(jīng)緯度)，計算機逐點計算數(shù)字地形圖上各點的太陽直射光地形照射系數(shù)，最后將獲得的各點太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為太陽直射光分布圖。本發(fā)明方法生成的太陽直射光分布圖表達了地形影響下自然地面各點的太陽直射光相對照度。在遙感圖象的太陽直射光的地形影響修正，雷達探測效果的預(yù)測和數(shù)字仿真，暈染地圖的計算機制作，衛(wèi)片上地形陰影的自動判別以及地面自然光輻射的再分配研究等都具有重要作用。
文檔編號G01S17/00GK1845088SQ20061002622
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者李先華 申請人:上海大學(xué)