无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法及系统。该方法包括：获取无人机的实时位置；获取无人机的实时高度；获取地表的热红外图像；获取地表的多光谱图像；将无人机的实时位置、实时高度、热红外图像及多光谱图像融合为热红外影像图，利用地表温度反演模块，将热红外影像图反演为地表温度分布图，并将地表温度分布图回传至控制终端。本发明专利技术提供的无人机搭载红外遥感的地表热一场探测方法及系统能够在控制终端实时获取数据，并进行快速预处理及地温解释，将解释结果与实际测量温度对比，实时检查数据质量，对解释效果欠佳的区域及时调整数据观测方案，从而实现高效实时地表热异常探测。

【技术实现步骤摘要】
无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法及系统
本专利技术涉及热红外遥感
，特别是涉及一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法及系统。
技术介绍
地热资源是可再生、可持续、受外部环境干扰小的清洁能源，在生态文明建设及“碳达峰碳中和”战略目标的部署下，应充分发挥我国地热资源储量巨大、应用范围广、各地区易于开展因地制宜开发的优势，加大勘查与评价力度，促进地热产业合理有序发展。传统地热地质调查、地球物理及地球化学勘查工作量大、成本高、工作效率低，不适于在地热广域勘查的初始阶段开展工作。热红外遥感技术可进行地表温度的反演成像，覆盖面积广、效率高、经济性高，且相对卫星及航空遥感，无人机搭载遥感数据采集具有灵活性高、作业效率高、数据分辨率高、易用性及适宜性强的特点，能够在地热资源高效勘查中发挥更突出的作用。利用多旋翼无人机平台搭载热红外传感器，在地热勘查初期完成对地面热异常的面积性探测，实现地表温度的实时快速成像，圈定地热异常区，缩小普查及详查面积，为高效找热、探热提供技术支撑。基于无人机平台的热红外遥感地表热异常探测系统集成度高、模块化程度高,具有快速成像、数据回传、实时监测及成像反馈的主要功能，其中关键技术在于快速成像解释，涉及到数据实时回传、处理与地表温度反演成像。在无人机平台和操控系统基础上搭建数据传输模块，提供最大15km安全控制距离、最高30Mbps速率的稳定传输，回传数据经过位置差分解算、图像格式转换形成热红外影像图。通过热红外影像及热红外辐射亮度的处理，结合大气透射率、植被覆盖指数及比辐射率等辅助数据，估算地表温度，并与同时段获取的地面实测温度对比校正，提高计算精度，实现数据质量控制与反馈作用，进一步优化地热异常探测效果。随着热红外技术的发展，无人机搭载红外热像仪的应用也越来越广泛，利用无人机搭载热红外测温型热像仪，结合实测点温度，即可进行温度反演，从而得到整个区域的温度分布图，目前主要用于公共安全、环境污染、精准农业及电网检测等领域，在数据采集、处理与解释方面应用成熟，取得了良好效果[张宏鸣,王佳佳,韩文霆,李书琴,王红艳,付振宇,基于热红外遥感影像的作物冠层温度提取.农业机械学报,2019(04):203-210；张元敏,无人机航测技术在入海排污口排查中的应用.测绘通报,2020(01):146-149+153；韩文霆,张立元,牛亚晓,史翔,无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展.农业机械学报,2020(02):1-14；闫佰忠,邱淑伟,肖长来,梁秀娟,长白山玄武岩区地热异常区遥感识别.吉林大学学报(地球科学版),2017(06):1819-1828]。以提取作物冠层温度的应用为例，张宏鸣等(2019)以拔节期的玉米为研究对象，利用六旋翼无人机搭载热红外成像仪获得热红外影像及正射影像，基于高分辨率正射影像，提取玉米冠层区域，将结果进行二值化处理后，在热红外影像中以此生成掩膜提取玉米冠层温度[张宏鸣,王佳佳,韩文霆,李书琴,王红艳,付振宇,基于热红外遥感影像的作物冠层温度提取.农业机械学报,2019(04):203-210]，其技术流程如图1所示。无人机热红外成像技术目前基本未在地热资源探测中开展工程应用，地热领域的遥感技术应用主要集中在卫星与航空领域，一般基于Landsat卫星数据，采用单窗算法及地表辐射率、大气透射率和大气平均温度3个参数进行地表温度计算[周桃勇,王正海,秦昊洋,曾雅琦,地形效应校正的遥感地热异常提取.遥感学报,2020(03):265-276]。以最新发射的Landsat8号卫星为例，其热红外传感器的空间分辨率为100m级(详见表1)。胡德勇等(2015)提出了一种专门用于Landsat8陆地卫星热红外传感器TIRS1通道接收到数据的单窗算法，在区域尺度地热资源调查中发挥了指示作用[胡德勇,乔琨,王兴玲,赵利民,季国华.单窗算法结合Landsat8热红外数据反演地表温度.遥感学报，2015,19(06):964-976]。表1Landsat8卫星传感器参数目前，应用于地热资源探测的遥感技术集中在卫星和航空领域，覆盖面积大，但从地热资源探测的应用效果评价，该项技术主要存在以下不足之处：(1)灵活性不高：卫星与航空遥感局限于大尺度观测，对具体区域的勘查匹配度与适宜性不足，无法从大尺度数据中有针对性地获取目标异常信息，也不支持根据地质条件与探测目标自定义遥感数据观测模式，只能作为前期辅助手段提供参考。(2)数据分辨率不足：卫星与航空遥感观测高度大，从而易于获取更广的数据覆盖范围，同时也限制了数据分辨率，如表1所示，遥感红外成像系统的波段为10μm级，分辨率仅有100m，欠缺对地表热异常细节信息的反映，解释结果容易产生较大偏差。(3)欠缺对局部地热异常的反映：由于遥感数据分辨率较低，卫星与航空观测数据对局部热异常特征的精细化反映不足，局部细节信息容易淹没在区域背景中，而目前尚无有效的遥感信号增强与提取技术，该项技术的总体效果有待改进。(4)无人机热红外成像技术未在地热勘查应用中取得良好成效：一方面，当前基于无人机平台的热红外成像技术多用于公共安全、环境污染、精准农业及电网检测等领域，在地热勘查领域的应用实践较少；另一方面，为实现地表热异常的快速精细探测，需进行现有技术的优化升级，增加数据实时回传与预处理等功能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法及系统，能够在控制终端实时获取数据，并进行快速预处理及地温解释，将解释结果与实际测量温度对比，实时检查数据质量，对解释效果欠佳的区域及时调整数据观测方案，从而实现高效实时地表热异常探测。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，所述方法包括：无人机获取无人机的实时位置；无人机获取无人机的实时高度；无人机获取地表的热红外图像；无人机获取地表的多光谱图像；无人机将无人机的实时位置、实时高度、热红外图像及多光谱图像融合为热红外影像图，利用地表温度反演模块，将热红外影像图反演为地表温度分布图，并将地表温度分布图回传至控制终端；控制终端将获取到的地表温度分布图与实测的温度数据进行比对，实现高效实时地表热异常探测。在一些实施方式中，热红外传感器型号包括：FLIRVueProR640/336。在一些实施方式中，多光谱传感器型号包括：AURedEdge。在一些实施方式中，无人机搭载平台的型号包括：DN19-G6长航时版六旋翼无人机。在一些实施方式中，还包括：在无人机获取无人机的实时位置之后，无人机对获取到的实时位置进行坐标解算、几何校正。在一些实施方式中，几何校正包括：利用地面可以精确定位的控制点进行几何精校正。在一些实施方式中，还包括：在无人机获取地表的热红外图像，以及无人机获取地表的多光谱图像之后，无人机对获取到的热红外图像及多光谱图像进行格式转换及预处理。在一些实施方式中，还包括：制定无人机飞行测量方案，包括航向、航线部署、飞行高度、飞行架次、无人机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，包括：/n无人机获取无人机的实时位置；/n无人机获取无人机的实时高度；/n无人机获取地表的热红外图像；/n无人机获取地表的多光谱图像；/n无人机将无人机的实时位置、实时高度、热红外图像及多光谱图像融合为热红外影像图，利用地表温度反演模块，将热红外影像图反演为地表温度分布图，并将地表温度分布图回传至控制终端；/n控制终端将获取到的地表温度分布图与实测的温度数据进行比对，实现高效实时地表热异常探测。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，包括：
无人机获取无人机的实时位置；
无人机获取无人机的实时高度；
无人机获取地表的热红外图像；
无人机获取地表的多光谱图像；
无人机将无人机的实时位置、实时高度、热红外图像及多光谱图像融合为热红外影像图，利用地表温度反演模块，将热红外影像图反演为地表温度分布图，并将地表温度分布图回传至控制终端；
控制终端将获取到的地表温度分布图与实测的温度数据进行比对，实现高效实时地表热异常探测。


2.根据权利要求1所述的无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，热红外传感器型号包括：FLIRVueProR640/336。


3.根据权利要求1所述的无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，多光谱传感器型号包括：AURedEdge。


4.根据权利要求1所述的无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，无人机搭载平台的型号包括：DN19-G6长航时版六旋翼无人机。


5.根据权利要求1所述的无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，还包括：
在无人机获取无人机的实时位置之后，无人机对获取到的实时位置进行坐标解算、几何校正。


6.根据权利要求5所述的无人机搭载红外遥感的地表热异常探测方法，其特征在于，几何校正包括：利用地面可以精确定位的控制点进行几何精校正。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张代磊，袁文真，周文纳，邢一飞，朱瑞杰，吴文建，
申请(专利权)人：中国地质科学院，
类型：发明
国别省市：北京;11