[发明专利]一种城市地表温度反演方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及环境科学领域，具体涉及一种城市地表温度反演方法及系统。

背景技术

20世纪90年代以来，我国进入城市化加速发展阶段，由此引发了城市高层建筑、机动车辆、人为热源的激增以及城市用地性质的巨大改变，这些因素共同导致了城市热岛、大气污染和生态失衡等诸多环境问题。其中，以热岛效应为代表的城市热环境恶化已成为影响城市生态环境的重要因素，并严重制约了城市人居环境质量。城市地表温度(Land Surface Temperature，LST)是一个重要的地球物理参数，在对影响城市生活舒适度的热岛效应的监测中发挥着重要作用，是城市生态环境效应研究的热点之一。通过城市地表温度场可以了解城市热环境及其热效应，揭示城市空间结构和城市规模的发展变化，其影响因素研究为缓解城市热岛带来的负效应、引导城市可持续发展、进而提高人群居住环境质量提供科学依据。因此，精确获取城市地表温度具有重要的实际意义。

随着遥感基础理论及技术的发展，近年来使用具有热红外通道的卫星传感器反演地表温度的技术得到广泛应用。目前用于获取地表温度的遥感数据主要有NOAA AVHRR、MODIS、Landsat-5TM、ASTER等，受空间分辨率、获取难度及存档数据量限制，在进行城市热环境中等尺度地表温度研究时，Landsat-5TM(热红外通道分辨率为120m)具有明显优势。基于Landsat-5TM遥感数据热红外波段反演地表温度的算法目前主要有辐射传输方程法、单窗算法、普适性单通道算法及基于影像的算法，但受卫星过境大气参数获取困难限制，前三种算法在地表温度提取精度上存在较大争议，而基于影像的算法因对大气参数依赖性较小而得到广泛应用。但由于地表比辐射率的确定方法不统一，导致基于影像的算法在提取地表温度时精度也存在一些问题。

因此，需要提供一种获取城市地表温度的方法，使得基于影像的算法在提取地表温度时能够获得较高的精度，从而为城市热环境监测提供可靠的基础数据。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种城市地表温度反演方法及系统，能够广泛用于城市热环境的监测，具有成本低、精度高、适用范围高的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种城市地表温度反演方法，包括：

S1.获取待测区域的TM影像数据，所述TM影像数据为利用光学对地观测卫星Landsat-5专题制图仪TM所获得的多波段扫描影像数据；所述多波段包括3个可见光波段TM-1、TM-2、TM-3，1个近红外波段TM-4、2个中红外波段TM-5和TM-7，1个热红外波段TM-6；

S2.对所述TM影像数据进行预处理，包括大气校正、几何纠正、图像增强和影像剪裁；

S3.将预处理后的TM影像数据中的热红外波段TM-6的像元灰度值转化为相应的辐射亮度；

S4.根据辐射亮度得到对应的辐射亮温；

S5.利用不同地物的比辐射率将辐射亮温转换为地表温度。

其中，按照下式将预处理后的TM影像数据中的热红外波段的像元灰度值转化为相应的辐射亮度：

L_λ＝gain×DN+offset

其中，L_λ为辐射亮度，DN为TM影像热红外波段的灰度值，gain为传感器增益，offset为偏移量。

其中，按照下式根据辐射亮度得到对应的辐射亮温：

T=k1ln(k2/Lλ+1)]]>

其中，T为辐射亮温，k₁，k₂为发射前预设的常量。

其中，利用不同地物的比辐射率通过下式将辐射亮温转换为地表温度：