[发明专利]一种多时空尺度下城市热环境形成发展主导因素识别方法

说明书

本发明涉及一种多时空尺度下城市热环境形成发展主导因素识别方法，包括：利用Landsat遥感影像数据反演地表温度，并结合MODIS地表温度产品，采用时‑空数据融合算法获得不同时间序列的城市地表温度数据集；利用Landsat遥感影像数据和单通道反演算法获取城市地表温度。本发明的有益效果是：本发明充分考虑了城市热环境与城市三维空间形态之间存在复杂的非线性关系以及二者之间关系对时空尺度的依赖性，充分挖掘多时空尺度下城市三维空间形态对热环境的影响。本发明能够辅助政府相关部门科学有效地制定土地利用规划，并合理规划设计城市景观，避免资源的浪费与不合理分配，为政府相关部门缓解城市热岛效应提供科学的建议。

技术领域

本发明提出了一种多时空尺度下城市热环境形成发展主导因素识别方法。采用不同的时空观测尺度，选取具有区域代表性的城市三维空间形态指标，基于多元原型回归分析(Multiple Prototypal Regression)方法构建多时空尺度下城市地表温度的预测模型，属于热红外遥感和城市生态景观领域。

背景技术

城市热岛效应是城市区域温度高于郊区的现象，是城市化过程中最为显著的气候特征之一。强烈的城市热岛效应不但严重影响了人们的日常工作和生活，还极大地改变了区域的生物多样性、微气候和大气状况，加剧了城市高温天气出现的频率和危害。因此，精确刻画城市热环境的时空格局并探索其形成发展的主导因素，对于提升城市人居环境质量、城市的区域竞争力以及促进城市的可持续发展具有重大意义。

目前，传统的地面气象监测站，其“点”状的监测模式、有限的站点数量和不均衡空间分布导致其无法实现对大范围城市热环境的监测。相比传统方法，遥感技术以其获取信息快、观测范围广、数据更新周期短等特点促进了城市热岛研究领域的发展。众多科研人员借助热红外遥感技术开展了对城市热环境的空间格局、形态、时空演变以及模拟预测等研究工作，并探讨了城市热环境与其众多影响因素之间的关系。然而，前人研究多集中关注城市二维空间结构对热环境的影响，对城市三维空间形态的影响研究较少。已有研究表明，三维空间形态对城市微气候的影响可能更加显著。此外，城市热环境的形成发展是一个自然和人文因素相互作用的复杂过程，在不同观测尺度下分析它与众多影响因素之间复杂的非线性关系，往往会出现不一致的结论，即所谓的“尺度效应”。而以往研究多基于固定的像元尺度或城市街区尺度来研究某一时间点上的城市热岛效应，这种方法仅考虑到了单一时空尺度下城市空间形态与热环境之间的密切联系，未能充分考虑到城市空间形态与热环境之间关系对时空尺度的依赖性。对于复杂的城市热岛现象而言，忽视城市三维空间形态以及尺度效应所带来的影响，会直接干扰对城市热环境成因机制的客观全面考察。

因此，采用不同的时空观测尺度，并选取具有区域代表性的城市三维空间形态指标，基于机器学习的方法构建不同时空观测尺度下城市地表温度的预测模型，有助于深入理解多时空尺度下城市热环境形成发展的主导因素，为城市的科学规划与管理提供新思路和重要科学依据。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提出一种多时空尺度下城市热环境形成发展主导因素识别方法，具体包括如下步骤：

步骤1、利用Landsat遥感影像数据反演地表温度，并结合MODIS地表温度产品，采用时-空数据融合算法获得不同时间序列的城市地表温度数据集：

步骤1.1、利用Landsat遥感影像数据和单通道反演算法获取城市地表温度：

步骤1.2、基于步骤1.1所获取的Landsat遥感影像数据的反演结果，结合MODIS地表温度产品，采用FSDAF时空数据融合算法获得月序列、季节序列和年序列的城市地表温度数据集Landsat-like LST；

步骤2、基于机载LiDAR点云数据和ZY-3遥感影像数据，提取城市数字地表模型DSM和土地覆被信息，进而获取城市三维空间形态信息；