摘 要

本文通过对风云四号卫星在不同时间段、不同下垫面的云检测方法进行对比，采用物理阈值法，纹理特征法，神经网络法分别对其做云检测得到的结果与从风云四号卫星直接获得的云检测产品对比分析。根据对比结果，分析其中误差率和漏判率的差异原因，所得结果对于风云四号卫星云检测具有重要的指导意义。

论文主要研究了风云四号卫星在三个时段，分别从6时30分，12时30分，和8时30分，通过使用4KM分辨率的中国区域全盘遥感影像，在三种方法下处理后对云像元和非云像元的的判别效果，将其与目视解译得到的真值检验结果比较，得出各种方法的适用情况和方法需要改进之处。

研究结果表明：物理阈值法针对风云四号卫星在三个不同时段对云检测的结果精度较高且符合云检测产品的精度要求，在三种方法中较为简单，在建立云像元在不同波段反射率波谱库就能够进行高效率的处理单一卫星的多幅遥感影像。而神经网络法和纹理特征在保证高精度进行云检测的同时，需要较为复杂的操作流程，尤其是在神经网络法中需要人工输入训练样本时，对用户的先验知识要求较高。虽然在三种方法中，神经网络法的云检测效果精度最高，但是无法高效的去实现多幅遥感影像的处理。

本文的特色：采用了多种方法，多个时段的比较，详细的分析出各种方法的优劣之处以及在适用的不同情况，给需要风云四号卫星云检测产品的用户提供较好的意见。

关键词：风云四号卫星；云检测；物理阈值；纹理特征

Abstract

In this paper, the cloud detection methods of FY-4 satellite in different time periods and different underlying surfaces are compared. The physical threshold method, texture feature method and neural network method are used to compare the cloud detection results with the cloud detection products directly obtained from FY-4 satellite. The results are of great significance for the detection of FY-4 satellite nebula.

This paper mainly studies the three periods of fengyun-4 satellite, from 6:00 in the morning, 12:00 in the afternoon and 8:00 in the evening, through the use of 4km resolution of the whole regional remote sensing image of China, the discrimination effect of cloud pixel and non cloud pixel after processing under three methods, and compares it with the truth value test results obtained by visual interpretation, and obtains the applicability and method needs of various methods Improvements.

The results show that the physical threshold method has high accuracy and meets the accuracy requirements of cloud detection products in three different periods of time for FY-4 satellite. Among the three methods, the physical threshold method is relatively simple, and it can efficiently process multiple remote sensing images of a single satellite by establishing the reflectance spectrum library of cloud pixels in different wavebands. While the neural network method and texture features ensure high-precision cloud detection, they need more complex operation flow, especially when the neural network method needs to input training samples manually, which requires higher prior knowledge of users.

The characteristics of this paper: it uses a variety of methods, the comparison of multiple periods, and analyzes the advantages and disadvantages of various methods in detail, as well as the different situations applicable, to provide better opinions for users who need cloud detection products of FY-4 satellite.

Key Words：FY-4 satellite; cloud detection; physical threshold; texture features

目 录

第1章 绪论 1

1.1 风云四号卫星简介 1

1.2 研究背景及意义 3

1.3 国内外云检测研究现状 3

第2章 物理阈值法云检测 5

2.1 物理阈值法 5

2.2数据获取及处理 5

第3章 纹理特征法云检测 9

3.1 纹理特征法 9

3.2 数据收集及处理 10

第4章 神经网络法云检测 11

4.1 神经网络法 11

4.2 数据收集及处理 12

第5章 实验结果对比 13

5.1 风云四号卫星云检测真值 13

5.2 神经网络法云检测结果对比 15

5.3 物理阈值法云检测结果对比 17

5.4纹理特征云检测结果对比 18

5.5总结 19

第1章 绪论

本章开始介绍关于风云四号卫星的相关设备及运行服务，其次针对本课题所研究的气象卫星云检测方法，阐述了目前国内外的在云检测方向上的研究现状。依据现有的气象卫星的经常使用的云检测方法提出各种方法的优缺点和设计方式，进行一定程度的总结。文章最后结合本次关于风云四号卫星云检测的一些方法内容和文章架构进行概括。

1.1 风云四号卫星简介

风云四号是我国新一代静止气象卫星，装载多种观测仪器，这颗卫星中包含着很多仪器类似于针对闪电的成像仪器，以及包含多个通道的扫描成像辐射计，干涉式大气垂直探测仪。风云四号卫星也是采纳多面的柱体型结构，而且重量的位置相当低、对地的观测面积较大等长处。它采纳的是使用太阳能为能源这类方案，并且预留完整的对应一侧用作载荷辐射制冷器的散热面。采用三轴稳定姿态控制，与自旋稳定方式平台相比可显著提高对地观测效率，这也是对大气进行垂直面探测和针对闪电发生的探测的前提条件。该颗卫星是将双总线体质作为基础，将卫星管理采用速度不高的1553B来运作，载荷观察数据采取Space-Wire总线传输，设置装备摆设机动、可靠性高。卫星平台中一般会有着轨道姿态控制系统、结构分系统、热力控制系统、推进系统、电源管理系统、总体电路分系统、数管分系统、测控分系统以及类似于卫星信息收集、数据信息转发、数据传送等多个系统。风云四号卫星计划的使用年限是7年，发射的总体质量约为5400kg。

不同与中国前期发射的风云二号卫星，现如今发射的风云四号卫星在增加了大气的垂直面观测和针对闪电的遥测功能的基础上，还搭配有高效率改良后的多通道扫描成像辐射计和气候探测仪器。而其中的多通道扫描成像辐射计的成像观测通道从刚开始只有五个波段发展到现如今含有十四个不同波段，全圆盘图像观测时间也大幅度缩减，相较于原来观测时间减少了十五分钟。最高空间分辨率从1.25km提高到500米。

和目前国内外相同技术条件下的卫星相比较而言，风云四号A星装载的多通道扫描成像辐射计，在这之中的十四个波段成像水平与目前的国内外水平一致。它搭配的干涉式大气垂直探测仪是历史上第一个突破性获得了在静止轨道外红外高光谱遥感的探测，它也是能够取得地球大气圈层温湿度的3D模型结构，在国际上处于领跑地位。

和上一代的静止轨道气象卫星比较，风云四号的源数据量有了显著的增加，在其中包括云检测产品，大气温度产品等在内也是成倍增长，每天获取的信息都有4TB。由于数据量的成倍增长，如何处理这些大量的卫星遥感数据来获取有用的信息成为目前国内在气象方面服务的用户痛点所在。该颗科研的实验卫星系统计划了四种面向用户提供信息服务的方案，第一种是将对气象学者或工作者内部发送，第二种是将数据通过不加密信号广播，第三种是作为网络的信息服务，第四种是利用CMACAST数据来传送。

表1.1 国内外新一代静止轨道气象卫星对比表

风云四号卫星是中国第一颗地球同步轨道三轴稳定的定量遥感卫星，同时作为中国第一颗卫星从风云二号卫星向最新一代静止轨道卫星做出巨大升级。该颗卫星已经走在世界前列，它搭载着高效先进的仪器，拥有着如微振动和抑制测量技术等核心技术，遥遥领先其他同类卫星。

该卫星装载有多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器包等四种先进有效载荷。扫描辐射计空间分辨率0.5～1.0km（可见光），2.0～4.0km（红外）；成像时间15min（全圆盘），3min（1000km×1000km）。干涉式大气垂直探测仪空间分辨率2.0km（可见光），16.0km（红外）；光谱分辨率700～1130cm^-1，0.8cm^-1，1650～2250cm^-1，1.6cm^-1；其中闪电成像仪的空间分辨率为7.8km，成像时间2ms（4680km×3120km）。