一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法技术

本发明专利技术公开了一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法，涉及遥感地质领域，基本步骤为：选取相同区域的多时相遥感影像；对遥感影像进行辐射定标和几何配准得到处理后影像；构建用于地表温度反演的背景场；计算各时相的地表温度反演结果；提取出各时相的温度异常区域；得出地热异常区域。本发明专利技术综合考虑常见地物对地表温度反演以及地热异常探测的影响，避免单时相遥感影像进行地热异常探测所带来的误检，具有科学合理、易于实现、精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法
本专利技术涉及遥感地质领域，尤其涉及一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法。
技术介绍
地热资源是一种新型的清洁能源，其具有可再生、分布广泛、蕴藏量丰富、单位成本低等优点。传统地球物理探测方式具有成本高、耗时耗力、破坏性强等缺点，是限制地热资源发展的主要原因之一。热红外遥感可以从宏观上反演地表温度，基于地表温度进行地热异常探测能够有效地探测出地热资源。目前采用热红外遥感技术进行北方地热异常探测，尚有很多弊端，例如茂盛的植被会干扰地表温度反演、不透水面与水体的地表温度反演结果会对地热异常圈定产生误判，故采用单时相遥感影像进行地热探测存在一定的偶然性。而自然界中的地热具有稳定性，在时间维度上能持续性表现为温度异常，基于以上特征，本专利技术提出了一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法，以提高北方地热异常区域的圈定精度。(二)技术方案本专利技术包含以下步骤：(1)选取相同区域的n(n＞2)个时相的遥感影像Gi(i＝1,2,...,n)；其中，影像选取要求：秋冬季植被落叶后的遥感影像，研究区域内无云；(2)对步骤(1)中选取的遥感影像Gi进行辐射定标和几何配准，得到处理后影像Ii(i＝1,2,...,n)；(3)利用步骤(2)中得到的处理后影像Ii计算背景场Fi(i＝1,2,...,n)；其中，背景场的计算步骤如下：3.1)选取步骤(2)中拍摄时间最晚的处理后影像M；3.2)随机选取M中的四个像素点作为四个簇(植被，水体，裸地和不透水面)的质心；3.3)将各像素点分到距离各簇质心最近的一簇中，重新计算每一簇的质心，其中像素点到各簇质心的距离计算公式如下：式中表示像素点(j,k)到第t(1≤t≤4)簇质心的距离，表示像素点(j,k)第p(1≤p≤b)波段的像素值，b表示处理后影像M的全部波段数，Ytp表示第t簇第p波段的质心值，其计算公式如下：式中表示第t簇中第s个像素点(j,k)的第p波段的像素值，Nt表示第t簇中所有像素点的个数；3.4)重复步骤3.3)直到每一簇的质心不再改变，绘制每一簇质心曲线，分别与植被，水体，裸地和不透水面的光谱曲线进行匹配，得到每一簇的类别；3.5)标记步骤3.4)中水体和不透水面的像素点，然后在各处理后影像Ii中删除与标记像素点位置相对应像素点，得到各处理后影像Ii对应的背景场Fi(i＝1,2,...,n)；(4)利用步骤(3)中背景场Fi的热红外波段Di(i＝1,2,...,n)，基于单窗算法进行温度反演，得到n个时相的地表温度反演结果Ti(i＝1,2,...,n)；(5)利用步骤(4)中得到的地表温度反演结果，提取各时相温度异常区域；其中，温度异常区域提取过程如下：5.1)将各时相的地表温度反演结果经过Canny算子处理得到各温度异常区域的边界范围，保留内部温度大于外部温度的温度异常区域；5.2)对各时相的温度异常区域进行聚类处理，将相邻距离小于20倍影像分辨率的温度异常区域合并为一类，得到各时相温度异常区域；(6)利用步骤(5)中得到的各时相温度异常区域，进行地热异常区域判别；其中，地热异常区域判别过程如下：6.1)选取任一时相的温度异常区域作为地热异常区域；6.2)若地热异常子区域与另一时相温度异常子区域存在空间相交情况，则合并该两子区域作为新的地热异常子区域；6.3)重复步骤6.2)，直至遍历剩余n-2时相的温度异常区域，得到最终的地热异常区域。(三)有益效果本专利技术的优点体现在：本专利技术提供一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法，该方法综合考虑地表覆盖物对温度反演和地热异常圈定的影响，克服了单期遥感影像进行地热异常探测具有偶然性的弊端，为北方地热异常区域的精确圈定提供了技术支撑。附图说明图1为本专利技术实施的步骤流程图，图2为地热异常区域选取示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述：参照图1，本专利技术的具体实施步骤为：(1)选取相同区域的n(n＞2)个时相的遥感影像Gi(i＝1,2,...,n)；其中，影像选取要求：秋冬季植被落叶后的遥感影像，研究区域内无云；(2)对步骤(1)中选取的遥感影像Gi进行辐射定标和几何配准，得到处理后影像Ii(i＝1,2,...,n)；(3)利用步骤(2)中得到的处理后影像Ii计算背景场Fi(i＝1,2,...,n)；其中，背景场的计算步骤如下：3.1)选取步骤(2)中拍摄时间最晚的处理后影像M；3.2)随机选取M中的四个像素点作为四个簇(植被，水体，裸地和不透水面)的质心；3.3)将各像素点分到距离各簇质心最近的一簇中，重新计算每一簇的质心，其中像素点到各簇质心的距离计算公式如下：式中表示像素点(j,k)到第t(1≤t≤4)簇质心的距离，表示像素点(j,k)第p(1≤p≤b)波段的像素值，b表示处理后影像M的全部波段数，Ytp表示第t簇第p波段的质心值，其计算公式如下：式中表示第t簇中第s个像素点(j,k)的第p波段的像素值，Nt表示第t簇中所有像素点的个数；3.4)重复步骤3.3)直到每一簇的质心不再改变，绘制每一簇质心曲线，分别与植被，水体，裸地和不透水面的光谱曲线进行匹配，得到每一簇的类别；3.5)标记步骤3.4)中水体和不透水面的像素点，然后在各处理后影像Ii中删除与标记像素点位置相对应像素点，得到各处理后影像Ii对应的背景场Fi(i＝1,2,...,n)；(4)利用步骤(3)中背景场Fi的热红外波段Di(i＝1,2,...,n)，基于单窗算法进行温度反演，得到n个时相的地表温度反演结果Ti(i＝1,2,...,n)；其中，以常见的Landsat-8影像为例，基于单窗算法进行温度反演过程如下：a:计算第i时相的大气平均作用温度Tai，其计算过程如下：式中，为第i时相的当地温度；b:计算第i时相像素点(j,k)的植被覆盖度Pvi(j,k)，其计算过程如下：式中，NDVIi(j,k)为第i时相像素点(j,k)的归一化植被指数，其计算公式如下：式中，NDVIi(j,k)为第i时相像素点(j,k)的归一化植被指数，Niri(j,k)为背景场Fi像素点(j,k)的近红外波段像素值，Ri(j,k)为背景场Fi像素点(j,k)的红波段像素值，c:计算第i时相像素点(j,k)的地表比辐射率，其计算过程如下：εi(j,k)＝0.004×Pvi(j,k)+0.986d:计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)选取相同区域的n个时相的遥感影像G

【技术特征摘要】
1.一种多时相热红外遥感探测北方地热异常方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取相同区域的n个时相的遥感影像Gi(i＝1,2,...,n)，n＞2；
其中，影像选取要求：秋冬季植被落叶后的遥感影像，研究区域内无云；
(2)对步骤(1)中选取的遥感影像Gi进行辐射定标和几何配准，得到处理后影像Ii(i＝1,2,...,n)；
(3)利用步骤(2)中得到的处理后影像Ii计算背景场Fi(i＝1,2,...,n)；
其中，背景场的计算步骤如下：
3.1)选取步骤(2)中拍摄时间最晚的处理后影像M；
3.2)随机选取M中的四个像素点作为四个簇的质心，所述四个簇为植被、水体、裸地和不透水面；
3.3)将各像素点分到距离各簇质心最近的一簇中，重新计算每一簇的质心，其中像素点到各簇质心的距离计算公式如下：



式中表示像素点(j,k)到第t(1≤t≤4)簇质心的距离，表示像素点(j,k)第p(1≤p≤b)波段的像素值，b表示处理后影像M的全部波段数，Ytp表示第t簇第p波段的质心值，其计算公式如下：



式中表示第t簇中第s个像素点(j,k)的第p波段的像素值，Nt表示第t簇中所有像素点的个数；
3.4)重复步骤3.3)直到每一簇的质心不再改变，绘制每一簇质心曲线，分别与植...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘善伟，叶传龙，孙钦婷，段忠丰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37