HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法技术

本发明专利技术涉及定量遥感技术领域，尤其是一种HJ‑1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，包括如下步骤，（1）对卫星影像数据预处理，得到卫星入瞳辐射亮度数据、大气水汽含量和气溶胶光学厚度；（2）构建基于多维参数查找表的中红外地表反射太阳辐射反演，得到中红外地表反射太阳辐射反演产品；（3）利用植被覆盖度与地表比辐射率经验统计关系进行地表比辐射率反演，得到地表比辐射率；（4）利用（1）的大气水汽含量，（3）的地表比辐射率，对中红外和热红外数据进行地表温度反演，得到地表温度反演产品；有效提高了数据的利用率，解决了地表温度反演的不稳定性问题，提高了温度反演精度。

【技术实现步骤摘要】
HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法
本专利技术涉及定量遥感
，尤其是一种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法。
技术介绍
地表温度遥感反演一直是定量红外遥感研究的热点与难点，目前热红外（8μm~14μm）与中红外（3μm~5μm）联合地表温度反演算法主要是基于温度无关光谱指数算法、日夜算法、基于中红外太阳角度纠正因子的中红外和热红外多通道地表温度反演算法。温度无关光谱指数算法和日夜算法都需要中红外和热红外两个通道的白天和夜间配套数据，十分不便；中红外太阳角度纠正因子的中红外和热红外多通道地表温度反演算法尽管考虑了太阳影响因素，但该方法难以精确剔除中红外地表反射太阳辐射影响，反演模型精度较低，因此，中红外和热红外通道联合地表温度反演时需要解决大气校正、太阳辐射、地表比辐射率反演和地表温度反演问题。
技术实现思路
为了解决现有技术所存在的不足，本专利技术提供了一种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，该专利技术有效提高了数据的利用率，解决了地表温度反演的不稳定性问题，提高了温度反演精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，包括以下四个步骤：步骤一、对HJ-1B卫星影像数据预处理，得到HJ-1B卫星入瞳辐射亮度数据、HJ-1B大气水汽含量和HJ-1B气溶胶光学厚度；步骤二、利用步骤一的HJ-1B大气水汽含量、HJ-1B气溶胶光学厚度，结合地表高程DEM、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、地表比辐射率，构建基于多维参数查找表的中红外地表反射太阳辐射反演，得到中红外地表反射太阳辐射反演产品；步骤三、利用植被覆盖度与地表比辐射率经验统计关系进行地表比辐射率反演，得到地表比辐射率；步骤四、利用步骤一的HJ-1B大气水汽含量、气溶胶光学厚度，步骤三的地表比辐射率，对HJ-1B中红外和热红外数据进行地表温度反演，得到HJ-1B地表温度反演产品。一种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，包括数据预处理模块，地表比辐射率反演模块，中红外地表反射太阳辐射反演模块，地表温度反演模块；数据预处理模块与外界输入数据相连；中红外地表反射太阳辐射反演模块和地表比辐射率反演模块分别与数据预处理模块相连；地表温度反演模块分别与数据预处理模块、中红外地表反射太阳辐射反演模块和地表比辐射率反演模块均相连。本专利技术的有益效果是，一种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，解决了现有技术方案中采用中红外和热红外通道反演地表温度时需要中红外和热红外两个通道、且白天和夜间两次观测数据的限制，有效提高了数据的利用率；解决了现有技术方案中采用单通道热红外数据反演地表温度时需要大气廓线或大气底层温度作为先验知识的限制；降低了现有利用两个相邻热红外通道由于通道间的相关性导致地表温度反演的不稳定性问题；通过基于大气水汽含量、气溶胶光学厚度、地表高程、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角的高精度估算太阳辐射，利用中红外和热红外通道对大气水汽吸收的差异实现大气效应校正，构建基于气溶胶、水汽综合要素分段拟合的地表温度反演模型，并最终反演地表温度，避免了现有地表温度反演产品中未考虑气溶胶影响导致反演方法精度在较高气溶胶条件时温度反演精度低的问题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术HJ-1B中红外和热红外通道联合的地表温度反演流程示意图。图2是本专利技术基于多维参数查找表的HJ-1B中红外地表反射太阳辐射流程示意图。图3是本专利技术HJ-1B中红外和热红外地表比辐射率反演流程示意图。图4是本专利技术HJ-1B地表温度反演模型系数拟合流程示意图。图5是本专利技术HJ-1B中红外和热红外通道联合的地表温度反演流程图。表1是用于地表反射太阳辐射反演的多维参数查找表。图中1.HJ-1B遥感影像，2.可见光-近红外影像，3.中红外和热红外影像，4.可见光近红外辐亮度，5.中红外和热红外辐亮度，6.数据预处理模块，7.HJ-1B大气水汽含量，8.HJ-1B气溶胶光学厚度，9.地表比辐射率反演模块，10.中红外地表反射太阳辐射反演模块，11.地表比辐射率，12.地表温度反演模块，13.地表温度反演产品，14.太阳辐射，15.TIGR大气廓线数据库，16.HJ-1B中红外和热红外光谱响应函数，17.地表高程DEM，18.观测天顶角，19.太阳天顶角，20.相对方位角，21.HJ-1B星上亮温，22.大气辐射传输模型MODTRAN5.0，23.可见光-近红外光谱响应函数，24.地物波谱库，25.HJ-1B可见光-近红外地表反射率，26.归一化植被指数，27.植被覆盖度，28.地表温度。具体实施方式参照附图，HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，包括以下四个步骤：步骤一、对HJ-1B遥感影像1经过数据预处理模块6进行预处理，得到HJ-1B可见光近红外辐亮度4、中红外和热红外辐亮度5、HJ-1B大气水汽含量7和HJ-1B气溶胶光学厚度8；步骤二、利用步骤一的HJ-1B大气水汽含量7、HJ-1B气溶胶光学厚度8，结合地表高程DEM17、太阳天顶角19、观测天顶角18、相对方位角20和地表比辐射率11，构建基于多维参数查找表的中红外地表反射太阳辐射反演，得到中红外地表反射太阳辐射反演产品；步骤三、利用植被覆盖度27与地表比辐射率11经验统计关系进行地表比辐射率反演模块反演9，得到地表比辐射率11；步骤四、利用步骤一的HJ-1B大气水汽含量7、气溶胶光学厚度8，步骤三的地表比辐射率11，对HJ-1B中红外和热红外数据进行地表温度反演模块反演12，得到HJ-1B地表温度反演产品13。一种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，包括数据预处理模块6，地表比辐射率反演模块9，中红外地表反射太阳辐射反演模块10，地表温度反演模块12；数据预处理模块6与外界输入数据相连；中红外地表反射太阳辐射反演模块10和地表比辐射率反演模块9分别与数据预处理模块6相连；地表温度反演模块12分别与数据预处理模块6、中红外地表反射太阳辐射反演模块10和地表比辐射率反演模块9均相连。工作流程，本专利技术各个模块的原理如下：本实施例的数据预处理模块6由辐射亮度转换、空间尺度聚合、大气水汽含量获取与气溶胶光学厚度获取四部分组成（如图1所示）：（1）辐射亮度转换HJ-1B遥感影像1为灰度值，HJ-1B可见光-近红外影像2、中红外和热红外影像3灰度值转换为可见光-近红外影像辐亮度4、中红外和热红外影像辐亮度5：（2）空间尺度聚合HJ-1B中红外和热红外数据的空间分辨率不同（MIR：150m，TIR：300m），因此需要进行空间尺度聚合，使得两个通道观测数据具有相同的空间分辨率。采用的聚合公式如下：（2）（3）大气水汽含量获取直接采用MODISMOD05大气可降水量产品，空间分辨率为1km，为了尽可能提高计算精度，利用MODIS和HJ-1B卫星数据经纬度对应关系，双线性插值求得对应于每个HJ-1B数据像元的HJ-1B大气水汽含量7。（4）气溶胶光学厚度获取直接采用MODISMOD04大气气溶胶产品，空间分辨率为1km，为了尽可能提高计算精度，利用M本文档来自技高网...

【技术保护点】
种HJ‑1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，其特征在于，包含以下四个步骤：步骤一、对HJ‑1B遥感影像数据预处理；其过程如下：（1）将HJ‑1B遥感影像灰度值转换为辐射亮度；（2）将HJ‑1B遥感影像数据进行空间尺度聚合；（3）将MODIS MOD05大气可降水量产品双线性插值求得对应于每个HJ‑1B数据像元的HJ‑1B大气水汽含量；（4）将MODIS MOD04大气气溶胶产品双线性插值求得对应于每个HJ‑1B数据像元的HJ‑1B气溶胶光学厚度；步骤二、基于多维参数查找表的HJ‑1B中红外地表反射太阳辐射反演，具体过程如下：根据HJ‑1B大气水汽含量、HJ‑1B气溶胶光学厚度、观测天顶角、太阳天顶角、相对方位角、地表高程DEM，建立多维参数与中红外地表反射太阳辐射之间的查找表，反演中红外地表反射太阳辐射；步骤三、利用HJ‑1B地表反射率，反演得到HJ‑1B中红外和热红外地表比辐射率；具体过程如下：（1）根据地表反射率计算归一化植被指数，并计算植被覆盖度；（2）根据归一化植被指数和植被覆盖度，计算地表比辐射率；步骤四、利用HJ‑1B中红外和热红外通道数据，结合上述步骤，基于气溶胶、水汽综合要素分段拟合的HJ‑1B地表温度反演模块，反演HJ‑1B数据夜间和白天地表温度；具体过程如下：（1）利用步骤一的HJ‑1B大气水汽含量、HJ‑1B气溶胶光学厚度，步骤三的地表比辐射率，构建基于气溶胶、水汽综合要素分段拟合的夜间地表温度反演模型，对HJ‑1B夜间遥感影像数据进行地表温度反演，得到HJ‑1B夜间地表温度；（2）利用步骤一的HJ‑1B大气水汽含量、HJ‑1B气溶胶光学厚度，步骤二的中红外地表反射太阳辐射，步骤三的地表比辐射率，构建基于气溶胶、水汽综合要素分段拟合的白天地表温度反演模型，对HJ‑1B白天遥感影像数据进行地表温度反演，得到HJ‑1B白天地表温度。...

【技术特征摘要】
1.种HJ-1B卫星中红外和热红外通道联合的地表温度反演方法，其特征在于，包含以下四个步骤：步骤一、对HJ-1B遥感影像数据预处理；其过程如下：（1）将HJ-1B遥感影像灰度值转换为辐射亮度；（2）将HJ-1B遥感影像数据进行空间尺度聚合；（3）将MODISMOD05大气可降水量产品双线性插值求得对应于每个HJ-1B数据像元的HJ-1B大气水汽含量；（4）将MODISMOD04大气气溶胶产品双线性插值求得对应于每个HJ-1B数据像元的HJ-1B气溶胶光学厚度；步骤二、基于多维参数查找表的HJ-1B中红外地表反射太阳辐射反演，具体过程如下：根据HJ-1B大气水汽含量、HJ-1B气溶胶光学厚度、观测天顶角、太阳天顶角、相对方位角、地表高程DEM，建立多维参数与中红外地表反射太阳辐射之间的查找表，反演中红外地表反射太阳辐射；步骤三、利用HJ-1B地表反射率，反演得到HJ-1B中红外和热红外地表比辐射率；具体过程如下：（1）根据地表反射率计算归一化植被指数，并计算植被覆盖度；（2）根据归一化植被指数和植被覆盖度，计算地表比辐射率；步骤四、利用HJ-1B中红外和热红外通道数据，结...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥生，钱永刚，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37