一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统的制作方法

本发明属于遥感蒸散发监测技术领域，尤其涉及一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

背景技术：

传统的蒸散发监测手段包括蒸渗仪系统、波文比系统和涡度相关系统等。蒸渗仪系统具体操作方法是将蒸渗仪埋设于自然土壤中，模拟实际蒸散发过程，称量水分损失量，进而得到实际蒸散发量。波文比系统是以地表能量平衡方程与近地层梯度扩散理论为基础的一种微气象方法。涡度相关系统是基于涡度相关理论，通过直接测定和计算下垫面潜热和显热湍流脉动值，进而求得下垫面蒸散发量。以上三种监测方法通常被认为是测定小尺度蒸散发量较为有效的途径。然而无论是蒸渗仪系统、波文比系统或涡度相关系统，其观测设备及维护费用均较高，并且监测结果仅能代表小范围内的实际蒸散发量，难以在大区域尺度，长时间段内进行应用。

近年来，随着遥感技术的不断成熟与发展，遥感蒸散发模型也在不断完善，常用的模型包括单源模型(sebal、sebs)、双源模型(tseb)等，现有的模型常采用的数据包括modis数据、tm数据等。现有技术的缺点在于数据的采集和处理需要人工手动下载，并对数据进行重投影、裁剪、拼接等预处理。工作量繁重并且无法做到实时下载，时效性较慢。缺少信息发布渠道，计算结果难以通过媒介发布，不能将计算得到的遥感蒸散发信息的价值最大化，预警性较差。

为此，该发明是将遥感技术与互联网技术相结合，建立区域蒸散发遥感监测预警系统。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

本发明是这样实现的，一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统，其该系统包括：

气象数据采集系统；

气象数据处理及图像生成系统；

遥感数据采集系统；

遥感数据处理及图像生成系统；

信息发布系统；

所述气象数据采集系统，用于采集每日的气象数据文件，并将气象数据发送至气象数据处理及图像生成系统；

所述气象数据处理及图像生成系统，用于建立参考作物蒸散量模型，结合气象数据，进行蒸散量计算，并将计算结果进行反距离权重插值，生成蒸散量分布图；

所述遥感数据采集系统，用于采集modis产品信息，并将该信息发送至遥感数据处理及图像生成系统；

所述遥感数据处理及图像生成系统，在遥感数据基础处理的基础上进行蒸散量解译；

所述信息发布系统，用于发布遥感影像以及预警信息。

作为优选，所述气象数据采集系统包括：

获取信息模块：采集指定网站的气象信息并进行保存；

筛选信息模块：读取已保存的气象信息，进行校验，将满足校验条件的数据存入该系统的数据库中。

作为优选，所述气象数据处理及图像生成系统包括：

参考作物蒸散量计算模块：建立参考作物蒸散量计算模型，结合气象数据以及气象站点的经纬度信息，对站点所在位置的蒸散量进行批量计算；

反距离权重插值模块：对指定区域的气象指标进行反距离权重插值，生成对应的栅格图像；

全国参考作物蒸散量分布处理模块：自动获取前一天的全国气象站的气象数据，对所有站点进行参考作物蒸散量计算并将该计算结果进行反距离权重插值，得到全国范围的参考作物蒸散量分布图。

作为优选，所述感数据处理及图像生成系统包括：

遥感数据基础处理模块：对原始遥感影像依次进行拼接、重采样、剪裁以及质量控制，得到优化后的摇感影像；

遥感et解译模块：基于modis数据以及sebs模型读取优化后的遥感影像并计算对应区域的蒸散量。

作为优选，所述基于modis数据以及sebs模型读取优化后的遥感影像并计算对应区域的蒸散量，其具体包括以下步骤：

读取满足校验条件的气象数据以及优化后的摇感影像，计算出对应区域每日的蒸散量，按日叠加计算出指定区域每月的耗水量或者按月叠加计算出指定区域每年的耗水量。

作为优选，所述信息发布系统为部署于公网服务器上的webservice系统以及对应的前端展示界面。

一种适用于上述所述区域蒸散发遥感动态监测预警系统的预警方法，该方法包括：

气象信息采集步骤：集每日的气象数据文件，并将气象数据发送至气象数据处理及图像生成系统；

气象数据处理及图像生成步骤：建立参考作物蒸散量模型，结合气象数据，进行蒸散量计算，并将计算结果进行反距离权重插值，生成蒸散量分布图；

遥感数据采集步骤：采集modis产品信息，并将该信息发送至遥感数据处理及图像生成系统；

遥感数据处理及图像生成步骤：在遥感数据基础处理的基础上进行蒸散量解译；

信息发布步骤：发布遥感影像以及预警信息。

一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统程序，运行于终端，所述一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统程序实现上述所述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

一种终端，所述终端搭载实现上述区域蒸散发遥感动态监测预警系统的处理器。

一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

本发明另一目的在于提供一种区域蒸散发遥感动态监测预警程序，运行于终端，所述区域蒸散发遥感动态监测预警程序实现上述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

本发明另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载实现上述区域蒸散发遥感动态监测预警系统的处理器。

本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为，具有以下有益效果：

第一、随着遥感技术的不断发展成熟，基于遥感技术对区域蒸散发进行监测已经展现出明显的优势。遥感数据具有空间上连续、时间上动态变化的优点，既弥补了传统监测方法站点稀少、空间插值误差大的弱点，使大尺度监测成为可能，另一方面遥感数据提供了详细的植被、地表温度等参数信息，大大节约了人力物力财力。

第一、近年来，大数据云计算迅猛发展，结合遥感卫星可以对大区域的蒸散发过程进行监测，通过下载卫星遥感影像，提取与蒸散发相关的各项指标数据，再把采集的数据放到云端的数据中心，从而对区域蒸散发的历史数据和实时监控数据进行分析，提高对各种灾害的预警能力；

第三、利用互联网技术实时下载遥感数据，实时处理并计算区域蒸散发信息，通过互联网媒介将计算结果进行实时发布。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的获取信息模块采集原始数据的示意图；

图3是本发明实施例提供的筛选信息模块标准化存储气象数据的示意图；

图4是本发明实施例提供的参考作物蒸散发量计算模型；

图5是本发明实施例提供的河套区域2018年8月20日平均气压反距离权重插值图；

图6是本发明实施例提供的全国范围et0分布图；

图7是本发明实施例提供该系统的遥感影像基础处理显示界面；

图8是本发明实施例提供的该系统的信息发布系统显示界面；

图9是本发明实施例提供的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统获取外部数据的示意图；

具体实施方式

实施例一，如图1至图9所示：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

1、气象数据采集系统，该系统每日定时从指定网站采集指定的气象数据文件，其采集的数据包括：中国气象数据网以及中国天气网的部分气象数据：

中国气象数据网：每日全国2170个基本气象站的每小时气象数据，共计15种气象指标，包括：气压、最高气压、最低气压、最大风速、极大风速、2分钟平均风速、气温、最高气温、最低气温、相对湿度、最小相对湿度、降水量、总云量、云量(低云或中云)、低云量；

中国天气网：每日全国2862个区县的7天天气预报数据，共计6种气象指标，包括最高气温、最低气温、相对湿度、风力、降水量、云量；

系统模拟用户行为，每天上午6点，自动登录对应网站，填写气象数据订单，下订单，并每隔10分钟自动检测订单状态，当订单生成完毕后系统会进行下载，并将下载的气象数据保存于指定位置。

下载完毕，系统会逐行读取气象数据，对数据进行校验，对满足校验条件的数据，按照指定规则进行数学计算，并将计算结果存入系统数据库中。

相对于常用的手动处理方式，本系统优势：

自动处理：每天定时自动下载、计算、处理数据，无需手动干预。

快速处理：全国2170个气象站及2862个区县的数据，系统每天只需1.5个小时即可全部采集并处理完毕；相同的数据量，人为操作，需要至少72个小时。

数据标准化：气象数据全部按照指定的格式存储到数据库中，并且摒弃了异常数据；对于部分数据会自动进行校正，确保入库数据完全符合要求。

2、气象数据处理及图像生成系统

该系统包含：

(1)参考作物蒸散量计算模块：

参考作物蒸散量是蒸散发研究中的基础数据，本发明根据气象数据结合气象站点的经纬度信息，对站点所在位置的蒸散发进行批量计算；其优势在于，高效：区别于一般的用excel进行et0计算的方法，本发明使用c#对et0的计算方法进行了重写，并结合多线程并发技术，大幅缩短了et0的计算时间，每天全国2170个气象站的et0计算，可在3秒内完成。

(2)反距离权重插值模块

对于指定的区域，指定该区域对应的气象站后，系统可以对该区域的15种气象指标，按照该区域边界，进行反距离权重插值(idw)，生成对应的栅格图像。如图5所示：其优势在于，自动化：系统集成了全国的气象数据，只需配置好指定区域的气象站编号，即可自动生成15种气象指标的反距离权重插值图；高效：对于河套区域，生成每天的15种气象指标的反距离权重插值图，只需要10秒钟；

而人工处理这些气象数据的插值，一般需要1-2天的时间来完成。

(3)全国参考作物蒸散量分布处理模块结合et0计算功能以及气象指标插值功能，本系统提供了全国范围et0分布图，每日定时发布。每日9点，系统自动获取前一天的全国气象站气象数据，对所有站点进行et0计算，并将计算结果进行idw插值，得到全国范围et0分布图，如图6所示：

3、遥感数据采集系统

modis(全称为中分辨率成像光谱仪)是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器。

本系统对常用的modis下载流程进行了优化，常用的modis下载需要5步来实现，分别是：

第一步：选择传感器；

第二步：选择产品；

第三步：选择时间段；

第四步：选择行列号；

第五步：查看文件列表，分页分别下载；

本系统不再使用一步一步填写数据的方式来获取modis产品的下载链接，而是通过直接拼接url的方式，一步直接获取到modis提供的json文件，系统通过解析json文件，直接读取所有hdf文件的下载链接。之后启动多个下载进程，同时下载，大幅提高modis数据的下载效率。

本系统每日自动采集的modis数据共包括17种，如表1所示：

系统每日0点自动启动，检查是否有新的modis产品可以采集，采集的产品保存在指定路径，并记录到数据库中。

优势：

自动化：采集流程全部自动化，每日定时采集。

高速下载：优化采集流程，多进程并发采集。

4、遥感数据处理及图像生成系统

本系统当前主要包括两种遥感处理模型：

遥感数据基础处理模块

本系统遥感影像的基本处理流程为：

第一步：遥感影像拼接：调用mrt工具进行遥感影像的拼接。

第二步：遥感影像重采样：按照指定的分辨率，对遥感影像进行重采样。系统再重采样之前，根据设定的边界文件，对重采样配置文件进行校正，缩小重采样的范围，提高重采样的执行效率。

第三步：遥感影像裁剪：重新封装了gdal库，用指定的边界文件对遥感影像进行裁剪。

第四步：遥感影像质量控制：针对17种modis数据，分别编写各自的质量控制算法，得到最终的遥感影像。

通常，上述4步遥感影像处理流程，涉及到4种不同的处理工具，一套流程处理下来至少需要30到60分钟的时间。

本系统对上述4个遥感影像处理步骤进行了优化和封装，并用开源库替换了常见的收费软件，根据边界文件的大小，一套流程只需要3秒-10秒的时间，极大的缩短了遥感影像基础处理的耗时。基础处理系统如图7所示：

遥感et解译模块：

本系统基于modis数据实现了sebs模型的遥感et解译。sebs是一种et遥感解译模型，其最终结果精度较高，常用于区域耗水/需水量的预测工作中。本系统实现的sebs模型依赖于以下数据：

区域每日平均气压分布图

区域每日相对湿度分布图

区域每日日照时长分布图

区域每日最高气温分布图

区域每日平均温度分布图

区域每日最低气温分布图

区域每日平均风速分布图

区域每日mod09ga、mod11a1、mod13q1、mod15a2h、myd11a1共5种modis的遥感解译影像。

本系统通过每天的气象数据采集及处理，遥感影像的采集及处理，每天都可以正确获取相关数据。同时本系统重写了sebs模型的具体执行代码，可以直接读取相关的影像数据，直接计算出对应区域每日的et。

通过对每日et的按月叠加，以及按年叠加，计算出指定区域每月及每年的耗水量，其优势在于，数据无需获取：sebs模型所需数据由系统提供，无需再重新采集和处理；高效：本系统依据sebs模型计算单个区域的年度et，实际耗时在2-4小时左右；人工处理相关数据，一般需要7-15天的时间，本系统大幅压缩了sebs模型年度et的计算时间。

5、信息发布系统

信息发布系统是一组部署于公网服务器上的webservice系统以及对应的前端展示界面。该系统将每日计算和处理的指定区域遥感影像发布出来，供用户查看。同时根据设定的预警值，自动给用户指定邮箱和手机发送预警邮件和预警短信。

信息发布系统当前发布以下内容：

全国每日et0分布图

全国各省份et分布图

全国范围et分布图

指定区域遥感解译的地表温度监测和预警

指定区域遥感解译的ndvi监测和预警

指定区域遥感解译的et监测和预警；

在本技术方案中，如图1所示，laadsdaac为nasa'slevel-1andatmospherearchiveanddistributionsystem(laads)distributedactivearchivecenter(daac)，美国国家航空航天局1级大气数据发布系统；

laads，是美国航空航天宇航局的戈达德航天中心用来存放数据的一个网站接口，存放的数据有modis一级数据、大气和陆地数据、可见红外辐射一级产品和陆地产品。

遥感数据采集系统采集美国国家航空航天局1级大气数据发布的大气数据。

实施例二：

一种区域蒸散发遥感动态监测预警程序，运行于终端，所述一种区域蒸散发遥感动态监测预警程序实现上述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

实施例三：

一种终端，所述终端搭载实现上述区域蒸散发遥感动态监测预警系统的处理器。

实施例四：

一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的一种区域蒸散发遥感动态监测预警系统。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。