本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感，尤其涉及一種基于夜光遙感序列的人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康評估方法。

背景技術(shù)：

1、珊瑚對于海洋生態(tài)系統(tǒng)具有極其重要的影響。珊瑚礁不僅是地球上最多樣化的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是許多海洋生物的棲息地，它們對維持海洋生態(tài)平衡發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以下是珊瑚對生態(tài)影響的一些具體方面：

2、珊瑚礁為眾多海洋物種提供了棲息地，包括魚類、甲殼動物、軟體動物、海綿、棘皮動物等。珊瑚礁是生物多樣性極高的地區(qū)之一，擁有大量的物種種類。珊瑚礁可以減弱波浪的能量，減少侵蝕，為沿海社區(qū)提供天然的海岸防護。珊瑚礁是許多商業(yè)和非商業(yè)魚類的重要繁殖和生長場所，支持著全球漁業(yè)。珊瑚礁可以吸收大氣中的二氧化碳，有助于減緩全球變暖。珊瑚礁中的共生藻類通過光合作用產(chǎn)生氧氣，對地球大氣的氧氣循環(huán)有一定貢獻。珊瑚礁為研究海洋生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和功能提供了寶貴的自然實驗室。

3、根據(jù)相關(guān)資料顯示，在過去幾十年中，全球范圍內(nèi)許多地區(qū)的珊瑚礁分布明顯減少。與此同時，沿海地區(qū)的人工增加和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也會對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)造成一定壓力。盡管珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)只占海洋面積的不到1％，但其生物多樣性卻是海洋領(lǐng)域中最高的。

4、珊瑚白化是指珊瑚失去其體內(nèi)共生藻類(主要是蟲黃藻)的現(xiàn)象，這會導(dǎo)致珊瑚顏色變白。珊瑚的顏色主要來源于這些共生藻類，它們通過光合作用為珊瑚提供所需的營養(yǎng)。當(dāng)珊瑚遭受壓力時，這些共生藻類會被排出或者死亡，從而使珊瑚失去了其鮮艷的顏色，呈現(xiàn)出白色或淡色。珊瑚白化的原因。

5、珊瑚白化的恢復(fù)窗口是指珊瑚礁在經(jīng)歷白化事件后能夠恢復(fù)到健康狀態(tài)的時間段。這個時間段對于珊瑚礁的生存至關(guān)重要，因為它決定了珊瑚是否能夠在環(huán)境條件改善之前存活下來，并重新建立與其共生藻類的關(guān)系。

6、珊瑚白化并不直接決定珊瑚的死亡率。珊瑚可以在幾個月內(nèi)恢復(fù)共生種群并恢復(fù)顏色，避免個體死亡。但是，值得注意的是，由于人為影響的加劇，給珊瑚恢復(fù)帶來了干擾源，導(dǎo)致頻繁發(fā)生的珊瑚白化事件之間的“恢復(fù)窗口”將會縮小，這會導(dǎo)致珊瑚沒有足夠的時間得到恢復(fù)。因此，對于減緩活珊瑚植被“恢復(fù)窗口”的干擾源，仍有大量研究工作要做。

7、造成活珊瑚覆蓋率減緩的干擾源還有待研究。根據(jù)我們的研究，有理由懷疑，人類活動結(jié)合全球氣候變化，成為新的生態(tài)干擾壓力源后對近海生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響。因此，為了海洋資源的可持續(xù)發(fā)展，以及生態(tài)文明建設(shè)，控制各種類型壓力源對珊瑚礁生態(tài)的破壞至關(guān)重要。

8、人類活動和發(fā)展對海洋帶來的主要問題有：重金屬污染、持久性有機污染物污染、富營養(yǎng)化、塑料垃圾等，在人類活動和氣候變化的共同作用下，也出現(xiàn)了海洋酸化、珊瑚礁退化等一系列問題，這些問題都在不同程度上影響了近海生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。由于人類活動的積累影響，考慮到珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的敏感特性，研究認為，探究人類活動對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的影響必須要從長時間序列與大時空格局中尋找二者之間的關(guān)聯(lián)性。

9、人類活動有多種形式，要研究人類活動對于珊瑚礁生態(tài)健康的影響，需要評估人類在珊瑚礁附近的活動強度。然而，評估人類在珊瑚礁附近的活動強度的難度非常大，這是因為，人類活動包括多種類型的活動，人類活動強度是由眾多人類群體共同作用的結(jié)果，活動數(shù)據(jù)復(fù)雜且不統(tǒng)一，同時數(shù)據(jù)不公開、不共享、難以獲取、不具有全球性，缺乏有力的檢測和數(shù)據(jù)報告。

10、因此，在研究人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康影響的技術(shù)領(lǐng)域，人類活動的數(shù)據(jù)資料是嚴重不足的，從而由于缺乏人類活動數(shù)據(jù)，研究人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康影響的技術(shù)領(lǐng)域形成了技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致難以評估人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于夜光遙感序列的人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康評估方法，旨在解決由于缺乏人類活動數(shù)據(jù)，研究人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康影響的技術(shù)領(lǐng)域形成了技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致難以評估人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康的影響的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于夜光遙感序列的人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康評估方法，包括如下步驟：

3、獲取衛(wèi)星在研究時間序列采集的研究海域的夜光遙感影像，作為人類活動數(shù)據(jù)；

4、獲取剔除海溫影響后的研究時間序列對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度；

5、將研究時間序列分別對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度和夜光遙感影像進行偏相關(guān)分析，以確定人類活動對活珊瑚覆蓋度的影響。

6、可選地，所述獲取衛(wèi)星在研究時間序列采集的研究海域的夜光遙感影像，作為人類活動數(shù)據(jù)的步驟，包括：

7、獲取第一衛(wèi)星在第一時間序列采集的研究海域的第一夜光遙感影像，其中，第一衛(wèi)星為dmsp/ols衛(wèi)星；

8、獲取第二衛(wèi)星在第二時間序列采集的研究海域的第二夜光遙感影像，其中，第二衛(wèi)星為viirs-dnb衛(wèi)星；

9、根據(jù)第一夜光遙感影像和第二夜光遙感影像進行拼接處理，以得到研究時間序列對應(yīng)的夜光遙感影像，其中，研究時間序列為第一時間序列和第二時間序列的并集。

10、可選地，所述根據(jù)第一夜光遙感影像和第二夜光遙感影像進行拼接處理，以得到研究時間序列對應(yīng)的夜光遙感影像的步驟，包括：

11、對第二夜光遙感影像進行去噪處理；

12、根據(jù)第一夜光遙感影像，計算第一時間序列中各個單位時間對應(yīng)的第一夜間燈光總量；

13、根據(jù)第二夜光遙感影像，計算第二時間序列中各個單位時間對應(yīng)的第二夜間燈光總量；

14、獲取第一時間序列與第二時間序列的重疊時間序列，從第一夜間燈光總量中確定重疊時間序列對應(yīng)的第一局部夜間燈光總量，從第二夜間燈光總量中確定重疊時間序列對應(yīng)的第二局部夜間燈光總量；

15、根據(jù)第一局部夜間燈光總量和第二局部夜間燈光總量的相等關(guān)系，將第二衛(wèi)星對應(yīng)的第二夜間燈光總量向第一衛(wèi)星對應(yīng)的第一夜間燈光總量轉(zhuǎn)換，以得到以第一衛(wèi)星表達的研究時間序列對應(yīng)的夜間燈光總量作為夜光遙感影像。

16、可選地，所述獲取剔除海溫影響后的研究時間序列對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度的步驟，包括：

17、獲取研究時間序列對應(yīng)的初始海域活珊瑚覆蓋度；

18、獲取研究時間序列對應(yīng)的海溫數(shù)據(jù)；

19、根據(jù)海溫數(shù)據(jù)計算出受海溫影響的活珊瑚覆蓋度變化序列；

20、根據(jù)受海溫影響的活珊瑚覆蓋度變化序列，對初始海域活珊瑚覆蓋度進行校正，以得到研究時間序列對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度。

21、可選地，第一時間序列為研究起始年份至2013年，第二時間序列為2012年至研究截止年份。

22、可選地，所述對第二夜光遙感影像進行去噪處理的步驟，包括：

23、確定去噪處理的最高閾值和最低閾值，對第二時間序列采集的每一第二夜光遙感影像進行去噪處理。

24、可選地，確定去噪處理的最高閾值和最低閾值，對第二時間序列采集的每一第二夜光遙感影像進行去噪處理，具體如下：

25、確定最高閾值lm；

26、確定最低閾值lt的取值區(qū)間；

27、在取值區(qū)間中選擇若干個待測試最低閾值lt；

28、將選擇的每一個待測試最低閾值，分別通過如下公式(1)和(2)，計算第一時間序列與第二時間序列的重疊年份的第二夜光遙感影像中，每個海域的校準夜間燈光總量：

29、

30、其中，表示第二夜光遙感影像中第i個海域第j個柵格的校準有效像元值，i為海域的序號，1≤i≤i，i為研究的海域總數(shù)量；dnij代表第二夜光遙感影像中第i個海域第j個柵格的有效像元值，1≤j≤j，j為研究的海域的柵格數(shù)量；代表第二夜光遙感影像中第i個海域的校準夜間燈光總量；

31、對第二夜光遙感影像中每個海域的校準夜間燈光總量進行顯著性分析和相關(guān)系數(shù)分析，確定表現(xiàn)最優(yōu)的待測試最低閾值作為最低閾值；

32、采用最低閾值，利用公式(1)對第二時間序列采集的每一第二夜光遙感影像分別進行去噪處理，并利用公式(2)分別計算第二時間序列采集的每一第二夜光遙感影像中每個海域的校準夜間燈光總量。

33、可選地，所述根據(jù)第一局部夜間燈光總量和第二局部夜間燈光總量的相等關(guān)系，將第二衛(wèi)星對應(yīng)的第二夜間燈光總量向第一衛(wèi)星對應(yīng)的第一夜間燈光總量轉(zhuǎn)換，以得到以第一衛(wèi)星表達的研究時間序列對應(yīng)的夜間燈光總量作為夜光遙感影像的步驟，具體包括：

34、

35、其中，cri表示第i個海域的轉(zhuǎn)換比率；表示第一時間序列與第二時間序列的重疊時間區(qū)域中，第i個海域的第一衛(wèi)星計算出的夜間燈光總量的平均值；表示第一時間序列與第二時間序列的重疊時間區(qū)域中，第i個海域的第二衛(wèi)星計算出的夜間燈光總量的平均值；

36、

37、其中，表示第二時間序列中的指定年份下，轉(zhuǎn)換而成的第i個海域的第一衛(wèi)星的夜間燈光總量，viirsyear,i表示第二時間序列中的指定年份下，第i個海域的第二衛(wèi)星的夜間燈光總量；

38、將第一時間序列對應(yīng)的第一衛(wèi)星的夜間燈光總量，和根據(jù)第二時間序列對應(yīng)的第二衛(wèi)星的夜間燈光總量轉(zhuǎn)換得到的夜間燈光總量，合并作為夜光遙感影像。

39、可選地，所述將研究時間序列分別對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度和夜光遙感影像進行偏相關(guān)分析，以確定人類活動對活珊瑚覆蓋度的影響的步驟中，偏相關(guān)分析的偏相關(guān)系數(shù)參照如下方式計算：

40、

41、其中，rhc.d是在控制周熱度d的影響下，人類活動強度h與活珊瑚覆蓋度c之間的偏相關(guān)系數(shù)；rhc代表人類活動強度與活珊瑚覆蓋度之間的相關(guān)系數(shù)；rhd代表人類活動強度與周熱度的相關(guān)系數(shù)；rcd代表珊活瑚覆蓋度與周熱度之間的相關(guān)系數(shù)。

42、可選地，所述方法，還包括：

43、參照如下方式，計算每個海域的標準化夜間燈光總量：

44、

45、其中，表示指定年份對第i個海域的標準化夜間燈光總量；表示第i個海域夜間燈光總量的最小值，表示第i個海域夜間燈光總量的最小值，k表示指定的年份；k∈[1,n]，k表示從研究起始年份至研究截止年份的n個年份中的第k個年份。

46、本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了獲得長時間序列的人類活動的數(shù)據(jù)，研究人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康的影響，采用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取的夜間燈光數(shù)據(jù)作為人類活動的數(shù)據(jù)來源。容易理解，夜間燈光是人類活動的綜合作用結(jié)果，例如，人類的漁業(yè)活動發(fā)生在珊瑚礁附近時，會產(chǎn)生漁業(yè)的照明活動，如，誘光漁船。又如，人類的海上作業(yè)活動發(fā)生在珊瑚礁附近時，也會產(chǎn)生相應(yīng)的海上照明。所以，在本發(fā)明中，采用夜間燈光數(shù)據(jù)來評價人類活動的強度，能夠很好地體現(xiàn)人類活動強度。研究海域的夜間燈光數(shù)據(jù)越強烈，代表人類活動越頻繁，反之，研究海域的夜間燈光數(shù)據(jù)越微弱，代表人類活動強度越低。進一步的，衛(wèi)星獲取的夜光遙感影像能綜合體現(xiàn)研究海域的夜光總體情況，并且能獲取到長時間序列的夜光遙感影像。并且，本發(fā)明還將研究時間序列對應(yīng)的海域活珊瑚覆蓋度數(shù)據(jù)剔除海溫影響，得到校正海域活珊瑚覆蓋度數(shù)據(jù)，從而，將研究時間序列分別對應(yīng)的校正海域活珊瑚覆蓋度和夜光遙感影像進行偏相關(guān)分析，以確定夜光對活珊瑚覆蓋度的影響。因此，雖然人類活動的數(shù)據(jù)資料不足，但本發(fā)明還是能針對不同時間序列的夜光遙感影像，分析研究海域的人類活動對活珊瑚覆蓋度的影響，有利于克服現(xiàn)有技術(shù)中，難以評估人類活動對珊瑚礁生態(tài)健康的影響的技術(shù)問題。