[发明专利]多通道热红外数据地表温度反演方法、装置及电子设备

说明书

本发明属于遥感技术领域，涉及多通道热红外数据地表温度反演方法、装置及电子设备，该方法根据大气顶部热辐射的表达式得到地表温度的第一表达式；将亮度温度转换为热红外通道的辐亮度；根据观测天顶角和大气水汽含量以及地表温度的第二表达式，得到地表温度的第三表达式；根据地表发射率之间与可见光‑近红外通道观测值的函数关系，得到地表温度的目标表达式。本发明通过拟合可见光‑近红外通道观测值、热红外通道辐亮度与地表温度之间的函数关系，结合观测天顶角与大气水汽含量数据将目标区域的多通道热红外数据应用于训练好的深度神经网络模型，反演得到目标区域的地表温度，提高了地表温度反演的精准度。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，具体而言，涉及多通道热红外数据地表温度反演方法、装置及电子设备。

背景技术

地表温度是描述区域及全球水热变化的重要物理量，也是驱动陆地与大气之间能量交换的关键因素。精确的地表温度产品不仅能够反映能量平衡状态下地表辐射的时空动态变化信息，而且有助于土壤湿度、大气温度等水热参数的估算，对研究全球或区域能量平衡、气候变化、环境监测等都具有重要意义。

卫星遥感技术提供了一种大范围获取地表温度数据的手段，具有传统野外测量方法所不具备的高效、廉价等优势。目前，地表温度反演算法主要包括单通道算法、多通道算法、多角度算法、昼/夜算法、温度发射率分离算法，其中多通道算法中的SW算法(Split-Window Algorithm，劈窗算法)是应用最广泛的。现有技术根据先验知识对VZA(ViewingZenith Angle，观测天顶角)和WVC(water vapor content，大气水汽含量)进行范围划分，得到对应范围内的线性函数来优化SW算法，但在该过程中并没有将VZA和WVC作为变量加入到函数中，从而导致构建的函数关系精度不足，影响地表温度的反演精度。

地表发射率是地表温度反演的一个重要参数，地表发射率估算的准确性直接影响地表温度反演结果。目前，获取地表发射率的方法主要有两种方法：第一种是半经验算法，建立地表发射率的半经验查找表，根据查找表进行地表发射率的反演；第二种是多通道温度发射率分离算法，基于地表发射率光谱特征或基于假设条件利用多/高光谱卫星数据特征从一个或多个通道的地表发射率中直接进行地表发射率的反演。以上方法都直接或间接通过VIS-NIR(visible near infrared spectrophotometer，可见光-近红外)通道的观测值来反演地表发射率，这个过程会对地表发射率的反演带来误差，进而给地表温度反演带来误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供多通道热红外数据地表温度反演方法、装置及电子设备。

第一方面，本发明提供了多通道热红外数据地表温度反演方法，包括：

根据大气辐射传输方程，得到大气顶部热辐射的表达式；

根据所述大气顶部热辐射的表达式，得到地表温度的第一表达式；

根据所述地表温度的第一表达式以及两个相邻热红外通道对大气吸收不同的特性去除大气影响，将所述地表温度表示为相邻热红外通道的亮度温度与发射率的函数，将所述亮度温度转换为所述热红外通道的辐亮度，得到所述地表温度的第二表达式；

根据观测天顶角和大气水汽含量以及所述地表温度的第二表达式，得到所述地表温度的第三表达式；

根据地表发射率之间与可见光-近红外通道观测值的函数关系，代替所述地表发射率，得到所述地表温度的目标表达式；

构建深度神经网络模型，对所述地表温度的目标表达式中的各个变量进行拟合，并对所述深度神经网络模型进行模型训练；

将训练好的所述深度神经网络模型应用于目标区域多通道热红外数据的地表温度反演，得到地表温度反演结果。