一种城市热岛强度动态变化监测的方法技术

本发明专利技术提供了一种城市热岛强度动态变化监测的方法，利用热红外遥感影像和高分辨率遥感影像的处理和分析技术，通过对多时相的影像处理和变化分析，获取目标区域热岛强度的变化与土地覆盖变化、景观指数之间定性或定量的关系，有助于研究城市建设和更新改造过程中由于土地利用转变而引起的热岛强度格局的变化等方面的认识，为政策的施行提供参考。

A method for monitoring the dynamic change of urban heat island intensity

The invention provides a method for monitoring the dynamic change of urban heat island intensity. By using the processing and analysis technology of thermal infrared remote sensing image and high resolution remote sensing image, the qualitative or definite relationship between the change of heat island intensity in the target area, the change of land cover and landscape index can be obtained through multi-temporal image processing and change analysis. The quantitative relationship is helpful to study the change of heat island intensity pattern caused by land use change in the process of urban construction and renewal, and to provide reference for policy implementation.

【技术实现步骤摘要】
一种城市热岛强度动态变化监测的方法
本专利技术涉及城市规划研究领域，具体涉及一种城市热岛强度动态变化监测的方法。
技术介绍
城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一，它是城市气温比郊区气温高的现象。城市热岛的形成一方面是在现代化大城市中，城市中建筑群密集，人口聚集所排放的热量；另一方面，城市下垫面主要为沥青和水泥路面，与郊区的土壤、植被相比具有更小的蒸腾作用，使得城市白天吸收和存储太阳辐射能多，夜晚城市降温缓慢且比郊区气温高。城市热岛效应产生很多负面影响，在夏季由于空调的大量使用致使电力需求大大提高；又如炎热天气导致市政供水的紧张；因暑热入院的病患者增多等等，城市热岛危害公众健康。因此，有必要对城市热岛效应的变化规律做出研究，对将要施行的行政措施提供效果参考。热红外遥感被用于监测城市热岛效应已有30年的历史，由于城市化进程引起的土地利用与覆盖变化其关联的人口和经济发展等因素，极大地影响到城市气候的形成，诸多的研究论文也报道了利用卫星遥感监测城市建设所引起的热岛扩张现象,但众多的学者研究大都关注于城市扩展导致的热岛的扩张和加剧，而少有关注于热岛消退的监测，也没有研究报道城市更新改造带来的影响。近年来城市更新改造成了热门话题，空间信息技术诸如应用遥感来支撑该领域的工作仍是较新的研究，而利用热红外和光学遥感影像来动态监测城市更新改造更是少有应用实践。对于城市更新改造所采取的措施，例如一系列的土地覆盖变化、空间配置、恢复绿化、控制能耗和污染企业等，能影响到热环境格局的变化，在城市整体格局中能消退热岛效应，此类研究有助于评价土地更新改造后带来的环境效益，这有助于推动城市更新改造事业的健康发展。因此需要专利技术一种综合利用热红外和实景遥感动态监测城市更新改造的方法，通过土地利用变化情况总结出目标区域的城市热岛效应与土地利用情况之间的关系，有助于理解诸类城市更新实践所带来的动态变化，为政策施行提供参考。
技术实现思路
本专利技术利用热红外遥感影像和高分辨率遥感影像的处理和分析技术，通过对多时相的影像处理和变化分析，获取目标区域热岛强度的变化与土地覆盖变化、景观指数之间定性或定量的关系，并以此为基础，对未来政策的施行提供热岛强度变化的参考。相应的，本专利技术提供了一种城市热岛强度动态变化监测的方法，所述方法包括以下步骤：确定目标区域和目标时间段，在所述目标时间段内提取所述目标区域的多时相原始热红外遥感影像和多时相实景遥感影像；对所述多时相原始热红外遥感影像进行预处理，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，计算城市热岛比例系数；基于所述多时相实景遥感影像，生成多时相土地覆盖图；基于所述城市热岛比例系数和所述多时相土地覆盖类型图，建立回归分析得到土地覆盖对热岛强度贡献的多元回归方程。基于ASTER卫星遥感器获取所述多时相原始热红外遥感影像。所述对所述多时相原始热红外遥感影像进行预处理，生成多时相热岛相对强度影像包括以下步骤：基于热红外辐射定标，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相辐射亮度影像；基于所述多时相辐射亮度影像计算多时相原始亮温影像；基于影像直方图匹配处理所述多时相原始亮温影像，生成多时相调整亮温影像；基于所述多时相调整亮温影像，生成所述多时相热岛相对强度影像。所述基于热红外辐射定标，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相辐射亮度影像包括以下步骤：基于辐射定标公式Lsensor＝(DNvalue-1)×U计算星上辐射亮度，其中，Lsensor为星上辐射亮度，DNvalue为原始热红外遥感影像记录的数值，U为转换系数；遍历所述多时相原始热红外遥感影像，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相星上辐射亮度影像。基于所述多时相辐射亮度影像计算多时相原始亮温影像包括以下步骤：基于公式计算星上亮温，其中，K1、K2为系数，Lsensor为星上辐射亮度，Tsensor为星上亮温；遍历所述多时相原始热红外遥感影像，将所述多时相辐射亮度影像转换为对应的多时相原始亮温影像。所述基于所述多时相调整亮温影像，生成所述多时相热岛相对强度影像包括以下步骤：基于公式计算热岛相对强度，其中，Π表征城市热岛的相对强度，Ti是调整亮温，是对应的平均调整亮温；遍历所述多时相调整亮温影像，计算所述多时相热岛相对强度影像。所述基于所述多时相热岛相对强度影像，计算城市热岛比例系数包括以下步骤：基于公式计算热岛比例指数，其中，m为基于所述多时相热岛相对强度影像划分的热岛强度等级，ωi为等级i的权重,p是等级i所占影像空间的范围比例。所述多时相土地覆盖图包括七种土地覆盖类型，分别为高密度植被、低密度植被、道路、工业用地、房地产用地、裸土和阴影/水体/未知物，所述阴影、水体、未知物为同一土地覆盖类型。所述多元回归方程为URI＝a×高密度植被+b×低密度植被+c×工业用地+d×房地产用地+e×道路+f×裸土+g×阴影/水体/未知地物+h其中，URI为城市热岛比例指数，a、b、c、d、e、f、g为各土地覆盖类型对URI的贡献系数，h为常量。所述方法还包括以下步骤：基于景观指数分析所述多时相热岛强度格局图和所述多时相土地覆盖格局图。本专利技术方法利用热红外遥感影像和高分辨率遥感影像的处理和分析技术，通过分析历史多时相遥感影像数据，获取目标区域热岛强度的变化与土地覆盖变化、景观指数之间定性或定量的关系，并以此为基础，对未来政策的施行提供热岛强度变化的参考。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例的热岛强度动态变化监测方法流程图；图2为本专利技术实施例的多时相原始红外遥感影像图；图3为本专利技术实施例的多时相热红外遥感影像直方图匹配后的示意图；图4为本专利技术实施例的目标区域的多时相热岛强度格局示意图；图5为本专利技术实施例的目标区域的城市热岛强度等级比例年际变化柱状图；图6为本专利技术实施例的目标区域的实景遥感影像；图7为本专利技术实施例的六个实地场景的多时相实景遥感影像及分类获得的土地覆盖类型图；图8为本专利技术实施例的六个实地场景所对应的多时相热岛强度格局图；图9为本专利技术实施例的六个实地场景的各土地覆盖类型的变化柱状图；图10为本专利技术实施例的多时相热岛强度格局图的景观指数汇总表；图11为本专利技术实施例的多时相土地覆盖类型图的景观指数汇总表。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例通过对目标区域在目标时间段内因土地覆盖类型和土地覆盖格局所导致的多时相的热岛强度变化，定性和定量的分析出热岛强度的变化规律，从而为目标区域将要施行的土地改造措施提供参考。考虑到城市热岛效应的形成原理，其主要受土地覆盖类型和土地覆盖格局影响，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市热岛强度动态变化监测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：确定目标区域和目标时间段，在所述目标时间段内提取所述目标区域的多时相原始热红外遥感影像和多时相实景遥感影像；对所述多时相原始热红外遥感影像进行预处理，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，计算城市热岛比例系数；基于所述多时相实景遥感影像，生成多时相土地覆盖图；基于所述城市热岛比例系数和所述多时相土地覆盖类型图，建立回归分析得到土地覆盖对热岛强度贡献的多元回归方程。

【技术特征摘要】
1.一种城市热岛强度动态变化监测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：确定目标区域和目标时间段，在所述目标时间段内提取所述目标区域的多时相原始热红外遥感影像和多时相实景遥感影像；对所述多时相原始热红外遥感影像进行预处理，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，生成多时相热岛相对强度影像；基于所述多时相热岛相对强度影像，计算城市热岛比例系数；基于所述多时相实景遥感影像，生成多时相土地覆盖图；基于所述城市热岛比例系数和所述多时相土地覆盖类型图，建立回归分析得到土地覆盖对热岛强度贡献的多元回归方程。2.如权利要求1所述的城市热岛强度动态变化监测的方法，其特征在于，基于ASTER卫星遥感器获取所述多时相原始热红外遥感影像。3.如权利要求2所述的城市热岛强度动态变化监测的方法，其特征在于，所述对所述多时相原始热红外遥感影像进行预处理，生成多时相热岛相对强度影像包括以下步骤：基于热红外辐射定标，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相辐射亮度影像；基于所述多时相辐射亮度影像计算多时相原始亮温影像；基于影像直方图匹配处理所述多时相原始亮温影像，生成多时相调整亮温影像；基于所述多时相调整亮温影像，生成所述多时相热岛相对强度影像。4.如权利要求3所述的城市热岛强度动态变化监测的方法，其特征在于，所述基于热红外辐射定标，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相辐射亮度影像包括以下步骤：基于辐射定标公式Lsensor＝(DNvalue-1)×U计算星上辐射亮度，其中，Lsensor为星上辐射亮度，DNvalue为原始热红外遥感影像记录的数值，U为转换系数；遍历所述多时相原始热红外遥感影像，将所述多时相原始热红外遥感影像转换为对应的多时相星上辐射亮度影像。5.如权利要求4所述的城市热岛强度动态变化监测的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明月，潘灼坤，王广兴，曹斌，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44