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申请/专利权人：中国电力科学研究院有限公司;国家电网公司

摘要：本发明涉及一种输电通道积雪范围提取方法及系统，根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的高程数据图像；根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围。本发明结合冰雪的微波散射特性分析以及冰雪的多极化特性和相干性提取积雪面积。

主权项：1.一种输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于：根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的高程数据图像；根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围；所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围，包括：对几何校正后的极化合成孔径雷达图像进行辐射定标和滤波预处理；获取处理后极化合成孔径雷达图像的基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像；计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数；根据后向散射系数对基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围；所述根据后向散射系数对基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围，包括：根据基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DN1确定选定区域的湿雪区域冰雪范围；根据基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围；通过湿雪区域冰雪范围和干雪区域冰雪范围得到总体冰雪范围；所述根据基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DN1确定选定区域的湿雪区域冰雪范围包括：若第一图像像元灰度DN1值为1，则该图像像元对应区域为湿雪区域，若第一图像像元灰度DN1值为0，则该图像像元对应区域为无雪或干雪区域，其中，按下式确定所述第一图像像元灰度DN1： 式中：σHH表示基准水平HH极化图像的后向散射系数，σHV表示基准垂直发射水平接受的HV极化图像的后向散射系数；所述根据基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围包括：若第二图像像元灰度DN2值为1，则该图像像元对应区域为干雪区域，若第二图像像元灰度DN2值为0，则该图像像元对应区域为无雪区域，其中，按下式确定所述第二图像像元灰度DN2： 式中：σHV表示基准垂直发射水平接受的HV极化图像的后向散射系数；DEM表示数字高程模型。

全文数据：一种输电通道冰雪范围提取方法及系统技术领域[0001]本发明涉及输电通道覆冰技术领域，具体涉及一种输电通道冰雪范围提取方法及系统。背景技术[0002]早期的输电通道覆冰检测主要依靠国家电网在各个输电线路设立的观冰站，可是这种观测方法极大的受到地理环境的约束，无法对高海拔的山区和偏远地区进行全面的监测。通过遥感技术检测冰雪信息，进而提取积雪面积是冰雪监测的有效手段，遥感技术具有高分辨率、实时性、大面积等优势。最早被用于积雪监测的是光学遥感技术，光学遥感发展比较早，具有多光谱、高分辨率、周期性等优势，对于世界各个国家已经发射的光学遥感卫星，已经有不少国内外学者提出了基于光学遥感卫星的冰雪制图方法。然而积雪地区，尤其是高海拔和偏远地区通常气候恶劣，经常有大量云层覆盖，这给光学遥感成像带来了很大困难，受云雨天气的影响比较大。后来被动微波遥感技术也被用来进行冰雪信息研究，主要用来进行雪水当量的检测，但被动微波遥感分辨率较低，很难提供精确的测量结果。[0003]冰雪直接影响着人类的工程设施、交通运输、电力、生产等各个方面，给人类的正常生活造成的影响和灾难是巨大的，而电网是受到冰灾影响最严重的领域之一。电网是现代社会正常运行的保障，而电网覆冰灾害较为严重，大面积冰雪灾害在各地时有发生。之前发生的大面积覆冰灾害百年罕见，影响范围覆盖了国家的大部分省区。发明内容[0004]为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种输电通道冰雪范围提取方法及系统，本发明结合冰雪的微波散射特性分析以及冰雪的多极化特性和相干性提取积雪面积。[0005]本发明的目的是采用下述技术方案实现的：[0006]本发明提供一种输电通道冰雪范围提取方法，其改进之处在于：[0007]根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的高程数据图像；[0008]根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围。[0009]进一步地:所述根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的高程数据图像，包括：[0010]通过合成孔径雷达传感器提取选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像；[0011]基于选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像，利用干涉合成孔径雷达技术提取高程数据图像。[0012]进一步地:在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之前，还包括:利用所述高程数据图像对所述极化合成孔径雷达图像进行几何校正。[0013]进一步地:所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围，包括：[0014]对几何校正后的极化合成孔径雷达图像进行辐射定标和滤波预处理；[0015]获取处理后极化合成孔径雷达图像的基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像；[0016]计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数；[0017]根据所述后向散射系数对基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围。[0018]进一步地:所述计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数的表达式如下：[0020]式中，σϋ是后向散射系数，Ks为辐射定标系数，IdnI2是基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像上的像素强度值，NEBN是噪声等效功率，0!是本地入射角。[0021]进一步地:所述根据后向散射系数对基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围，包括：[0022]根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围；[0023]根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围；[0024]通过湿雪区域冰雪范围和干雪区域冰雪范围得到总体冰雪范围。[0025]进一步地:所述根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围包括：[0026]若第一图像像元灰度DNl值为1，则该图像像元对应区域为湿雪区域，若第一图像像元灰度DNl值为0,则该图像像元对应区域为无雪区域，其中，按下式确定所述第一图像像元灰度DNl:[[0028]式中：Ohh表示基准水平HH的后向散射系数，〇HV表示基准垂直发射水平接受的HV极化图像的后向散射系数。[0029]进一步地:所述根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围包括：[0030]若第二图像像元灰度DN2值为1，则该图像像元对应区域为干雪区域，若第二图像像元灰度DN2值为0,则该图像像元对应区域为无雪区域，其中，按下式确定所述第二图像像元灰度DN2:3900m3111-30^〈取〈-14^”为判断条件，使用逻辑运算，满足条件的设为灰色，表示干雪覆盖范围，反之则以黑色表示无雪范围。这样就实现了冰雪范围的提取。[0088]根据各像元点的后向散射系数dB值对基准HH和HV极化图像进行二值化处理，并进行逻辑与运算，从而得到冰雪信息结果；[0089]基于光学高分数据，提取其中的冰雪覆盖范围作为真实数据，验证基于合成孔径雷达图像冰雪覆盖范围的精度。精度达到85%以上即表示方法可行。[0090]实施例二、[0091]基于同样的发明构思，本发明还提供本发明还提供一种输电通道冰雪范围提取系统，包括：[0092]获取模块，用于根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像和高程数据图像；[0093]提取模块，用于根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围。[0094]进一步地:还包括纠正模块，用于在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之前，利用所述高程数据图像对所述合成孔径雷达图像进行几何纠正。[0095]进一步地:所述提取模块，包括：[0096]第一处理子模块，用于对几何纠正后的极化合成孔径雷达图像进行辐射定标和滤波预处理；[0097]第一计算子模块，用于获取处理后极化合成孔径雷达图像的基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像；[0098]第二计算子模块，用于计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数；[0099]第一处理子模块，根据各像元点的后向散射系数dB值对基准HH和HV极化图像进行二值化处理，并进行逻辑与运算，从而得到冰雪范围。[0100]进一步地:所述第一处理子模块包括：[0101]第一确定单元，用于根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围；[0102]第一确定单元，用于根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围；[0103]第三确定单元，用于通过湿雪区域冰雪范围和干雪区域冰雪范围得到总体冰雪范围[0104]进一步地:还包括验证模块，用于在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之后，基于光学高分数据，提取包括输电通道和其周围环境光学高分影像中冰雪覆盖范围作为真实数据，验证基于合成孔径雷达图像冰雪覆盖范围的精度。[0105]本发明结合冰雪的微波散射特性分析以及冰雪的多极化特性和相干性提取积雪面积。本发明选用冰雪的极化特性和后向散射强度信息实现了输电通道的冰雪面积提取，得到最终的积雪范围图，并结合高分光学卫星数据进行精度验证，为防灾减灾工作的开展提供数据支撑。[0106]本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。[0107]本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和或方框图中的每一流程和或方框、以及流程图和或方框图中的流程和或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0108]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0109]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0110]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

权利要求：1.一种输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于：根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的高程数据图像；根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围。2.如权利要求1所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像和高程数据图像，包括：通过合成孔径雷达传感器提取选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像；基于选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像，利用干涉合成孔径雷达技术提取高程数据图像。3.如权利要求1所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之前，还包括:利用所述高程数据图像对所述极化合成孔径雷达图像进行几何校正。4.如权利要求3所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围，包括：对几何校正后的极化合成孔径雷达图像进行辐射定标和滤波预处理；获取处理后极化合成孔径雷达图像的基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像；计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数；根据所述后向散射系数对基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围。5.如权利要求4所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数的表达式如下：式中，是后向散射系数，Ks为辐射定标系数，IdnI2是基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像上的像素强度值，NEBN是噪声等效功率，0,是本地入射角。6.如权利要求4所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述根据后向散射系数对基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像进行二值化处理，得到冰雪范围，包括：根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围；根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围；通过湿雪区域冰雪范围和干雪区域冰雪范围得到总体冰雪范围。7.如权利要求6所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围包括：若第一图像像元灰度DNl值为1，则该图像像元对应区域为湿雪区域，若第一图像像元灰度DNl值为0,则该图像像元对应区域为无雪区域，其中，按下式确定所述第一图像像元灰度DN1:式中：σΗΗ表示基准水平HH的后向散射系数，〇HV表示基准垂直发射水平接受的HV极化图像的后向散射系数。8.如权利要求6所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:所述根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围包括：若第二图像像元灰度DN2值为1，则该图像像元对应区域为干雪区域，若第二图像像元灰度DN2值为0,则该图像像元对应区域为无雪区域，其中，按下式确定所述第二图像像元灰度DN2:式中：〇HV表示基准垂直发射水平接受的HV极化图像的后向散射系数;DEM表示数字高程模型。9.如权利要求1所述的输电通道冰雪范围提取方法，其特征在于:在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之后，还包括：提取包括输电通道和其周围环境光学高分影像中冰雪覆盖范围作为真实数据，验证基于合成孔径雷达图像冰雪覆盖范围的精度。10.—种输电通道冰雪范围提取系统，其特征在于：获取模块，用于根据选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像获取选定区域内输电通道的极化合成孔径雷达图像和高程数据图像；提取模块，用于根据极化算法提取所述极化合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围。11.如权利要求10所述的输电通道冰雪范围提取系统，其特征在于:还包括纠正模块，用于在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之前，利用所述高程数据图像对所述合成孔径雷达图像进行几何纠正。12.如权利要求10所述的输电通道冰雪范围提取系统，其特征在于:所述提取模块，包括：第一处理子模块，用于对几何纠正后的极化合成孔径雷达图像进行辐射定标和滤波预处理；第一计算子模块，用于获取处理后极化合成孔径雷达图像的基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像；第二计算子模块，用于计算基准水平HH极化图像和基准垂直发射水平接受的HV极化图像中的后向散射系数；第一处理子模块，根据各像元点的后向散射系数dB值对基准HH和HV极化图像进行二值化处理，并进行逻辑与运算，从而得到冰雪范围。13.如权利要求12所述的输电通道冰雪范围提取系统，其特征在于:所述第一处理子模块包括：第一确定单元，用于根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第一图像像元灰度DNl确定选定区域的湿雪区域冰雪范围；第一确定单元，用于根据基准水平HH和基准垂直发射水平接受的HV极化图像的第二图像像元灰度DN2确定选定区域的干雪区域冰雪范围；第三确定单元，用于通过湿雪区域冰雪范围和干雪区域冰雪范围得到总体冰雪范围。14.如权利要求10所述的输电通道冰雪范围提取系统，其特征在于:还包括验证模块，用于在所述根据极化算法提取所述合成孔径雷达图像和高程数据图像中的冰雪范围之后，基于光学高分数据，提取包括输电通道和其周围环境光学高分影像中冰雪覆盖范围作为真实数据，验证基于合成孔径雷达图像冰雪覆盖范围的精度。

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