專利名稱：起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)虛擬方法
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)于借助計(jì)算機(jī)虛擬構(gòu)建起伏地面上太陽折射光歸一化分布圖像的方法。
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，從而改變了地物遙感信息，影響了遙感數(shù)字圖像的質(zhì)量和定量研究，應(yīng)用的精度。地形對衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像的影響和山體陰影、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。現(xiàn)有衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像處理與應(yīng)用技術(shù)與正射影響處理技術(shù)，都沒有從根本上解決這個重要的問題。

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折射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)虛擬方法。
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直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)虛擬方法，其步驟包括在GIS(地理信息系統(tǒng))支持下，虛擬不同的太陽位置參數(shù)(太陽高度角、太陽方位角)和數(shù)字地形圖(數(shù)字地面模型)以及各點(diǎn)的地理坐標(biāo)(經(jīng)緯度)，計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)，最后將獲得的各點(diǎn)太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為太陽直射光分布圖。
進(jìn)一步，所說的計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)虛擬的太陽高度角、方位角；系為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
θ，A、δ衛(wèi)片注記中星下點(diǎn)太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、φ分別為星下點(diǎn)地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點(diǎn)對星下點(diǎn)的經(jīng)度增量。
以及還模擬數(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(jìn)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(diǎn)的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點(diǎn)的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點(diǎn)為陰影；反之則不是陰影。
所述的虛擬是指計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)地面(坡面)太陽直射光地形照射系數(shù)，并還轉(zhuǎn)化為虛擬太陽直射光分布圖是指對于數(shù)字地形圖上陰影和非陰影的點(diǎn)，分別計(jì)算其太陽直射光地形照射系數(shù)數(shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)太陽直射光地形照射系數(shù)的計(jì)算因?yàn)閿?shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)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；數(shù)字地形圖上非陰影的點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算數(shù)字地形圖上非陰影點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算，如下Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij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)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出。再對起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)生成與可視化將獲得的各點(diǎn)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(diǎn)實(shí)施線性拉伸計(jì)算，實(shí)現(xiàn)太陽直射光地形照射歸一化系數(shù)的成圖和可視化。
其中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)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)與積極效果根據(jù)本發(fā)明方法所生成地太陽直射光分布圖，表達(dá)了地形影響下自然地面各點(diǎn)的太陽直射光相對照度計(jì)算機(jī)生成的太陽直射光分布?xì)w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；本發(fā)明方法在遙感圖象的太陽直射光的地形影響修正，雷達(dá)探測效果的預(yù)測和數(shù)字仿真，遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)仿真和虛擬，暈染地圖的計(jì)算機(jī)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為中國福建省龍巖地區(qū)1∶10萬數(shù)字地形圖(立體、1024×1024)；圖2為太陽直射光地形分布變換系數(shù)的線性拉伸，表達(dá)成像瞬間太陽直射光輻射在起伏地面上的真實(shí)歸一化(水平地面上太陽直射光輻射照度為1)分布圖像。
圖3為本發(fā)明的一個實(shí)施例的程序流程圖；圖4為本發(fā)明虛擬太陽直射光地形分布變換系數(shù)的線性拉伸，表達(dá)成像瞬間虛擬太陽直射光輻射在起伏地面上的歸一化(水平地面上太陽直射光輻射照度為1)分布圖像。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖1～圖4給出本發(fā)明一個較好實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地說明本發(fā)明的特征和功能特點(diǎn)，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。
請參閱圖1，其示出了本實(shí)施例所要研究地區(qū)，即中國福建省龍巖地區(qū)的1∶10萬數(shù)字地形圖(1024×1024)。
請參閱圖2，其示出了中國福建省龍巖地區(qū)太陽直射光地形分布圖像(1024×1024，太陽方向東南)。
請參閱圖3，它是本發(fā)明的一個實(shí)施例的計(jì)算機(jī)虛擬程序300的流程圖，其駐留在GIS中，運(yùn)行步驟如下步驟3000，啟動程序，步驟3001，先案常規(guī)操，配準(zhǔn)研究地區(qū)的衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像與數(shù)字地形圖，并分成網(wǎng)格，步驟3002，選取數(shù)字地形圖上第一點(diǎn)(即第一個網(wǎng)格)，步驟3003，在數(shù)字地形圖上虛擬該點(diǎn)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(diǎn)太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、φ分別為星下點(diǎn)地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點(diǎn)對星下點(diǎn)的經(jīng)度增量。
步驟3004，模擬數(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(jìn)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(diǎn)的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點(diǎn)的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點(diǎn)為陰影；反之則不是陰影；步驟3005，虛擬計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)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(diǎn)，分別計(jì)算其太陽直射光地形照射系數(shù)數(shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)太陽直射光地形照射系數(shù)的計(jì)算因?yàn)閿?shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)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數(shù)字地形圖上非陰影的點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算數(shù)字地形圖上非陰影點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算，如下Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij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)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出。
步驟3006判斷數(shù)字地形圖上所有點(diǎn)是否計(jì)算完畢，若來未完畢，執(zhí)行步驟3007，對蝦一各點(diǎn)返回執(zhí)行步驟3003；否則執(zhí)行步驟3008，步驟3008，3009對起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)生成與可視化將獲得的各點(diǎn)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(diǎn)實(shí)施線性拉伸計(jì)算，實(shí)現(xiàn)太陽直射光地形照射歸一化系數(shù)的成圖和可視化，如圖4所示，其中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3010，程序完畢。
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(jì)算機(jī)虛擬方法，包括步驟在地理信息系統(tǒng)的支持下，虛擬不同的太陽位置參數(shù)和利用數(shù)字地形圖以及數(shù)字地形圖上各點(diǎn)的地理坐標(biāo)，由計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)的虛擬太陽直射光地形照射系數(shù)，最后將獲得的各點(diǎn)虛擬太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為虛擬太陽直射光分布圖，所述的太陽位置參數(shù)是指太陽的高度角和方位角；所述的數(shù)字地形圖是指與衛(wèi)片遙測數(shù)字地形圖配準(zhǔn)的數(shù)字地面模型；所述的各點(diǎn)的地理坐標(biāo)是指數(shù)字地形圖上各點(diǎn)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像的計(jì)算機(jī)虛擬方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)虛擬的太陽高度角、方位角，是指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虛擬衛(wèi)片注記中星下點(diǎn)太陽高度角、方位角和太陽赤角；λ、φ分別為星下點(diǎn)地理經(jīng)緯度。Δλ為像元點(diǎn)對星下點(diǎn)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(jì)算機(jī)虛擬方法，其特征在于，還包括模擬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(jìn)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(diǎn)的最大地形(云層)高度角等于或者大于該像元點(diǎn)的太陽高度角即DH(i，j)≥θij，則該像元點(diǎn)為陰影；反之則不是陰影。
4.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(jì)算機(jī)虛擬方法，其特征在于，所述的虛擬計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)地面(坡面)太陽直射光地形照射系數(shù)；包括對于數(shù)字地形圖上陰影和非陰影的點(diǎn)，分別計(jì)算其太陽直射光地形照射系數(shù)數(shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)太陽直射光地形照射系數(shù)的計(jì)算因?yàn)閿?shù)字地形圖上陰影中的點(diǎn)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；數(shù)字地形圖上非陰影的點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算數(shù)字地形圖上非陰影點(diǎn)的太陽直射光地形照射系數(shù)計(jì)算，如下Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωijωij＝ALij-Aij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)DTM(數(shù)字地形圖生成的數(shù)字地面模型)給出。
5.根據(jù)權(quán)利一凹秋所述起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)虛擬方法，其特征在于，所述對起伏地面上太陽直射光歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)生成與可視化。是將獲得的各點(diǎn)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(diǎn)實(shí)施線性拉伸計(jì)算，實(shí)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)。
全文摘要
一種起伏地面上太陽光直射歸一化分布圖像的計(jì)算機(jī)虛擬方法，包括步驟虛擬不同的太陽位置參數(shù)，(太陽高度角太陽方位角)和利用數(shù)字地形圖(數(shù)字地面模形)以及各點(diǎn)的地理坐標(biāo)(經(jīng)偉度)，計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算數(shù)字地形圖上各點(diǎn)的虛擬太陽直射光地形照射系數(shù)最后將獲得的各虛擬太陽直射光地形照射系數(shù)轉(zhuǎn)化為虛擬太陽直射光分布圖。本發(fā)明具有定量、直觀、可視地反映了虛擬太陽直射光照度在自然地表的相對分布的特點(diǎn)。
文檔編號G01S17/00GK1869970SQ20061002622
公開日2006年11月29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)