一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法技术

本发明专利技术涉及一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、基于可替代性准则从多源Landsat影像集中筛选待反演影像，并进行数据预处理；步骤S2、采用辐射传输方程法依次对预处理后的待反演影像对进行地表温度反演，得到对应的地表温度数据；步骤S3、采用SVM算法对待反演影像进行地表覆盖类型分类，构建多源Landsat映射模型，将待反演影像中的多源Landsat影像对应的地表温度反演结果映射到同一传感器基准下；步骤S4、基于同一传感器基准下的地表温度反演映射结果，引入相对温度，对热岛强度按阈值进行等级划分与现有技术相比，本发明专利技术的方法降低了不同源遥感数据的偏差对热岛等级划分的影响，可靠性更高。可靠性更高。可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法


[0001]本专利技术涉及热红外遥感和热岛效应监测
，尤其是涉及一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法。

技术介绍

[0002]随着城市人口急速增加和城镇规模不断扩大，以城市热岛效应(Urban heat island effect，UHI effect)为代表的热环境变化，逐渐成为影响城市环境质量和人们生活质量的重要因素。因此，定量分析城市及其周边地区热岛效应的长时序时空演变特征，对于城市规划具有重要的科学指导意义。
[0003]Landsat遥感影像因其较高的空间分辨率及长时序数据的可获取性，被广泛应用于城市热岛、地表温度反演、城市扩张等研究领域。Landsat为美国陆地卫星计划的卫星，目前仍在轨正常运行的包括Landsat
‑
7和Landsat
‑
8两颗卫星。
[0004]目前，受限于卫星重访周期、影像质量等，长时序城市热岛效应研究不可避免地要用到多源Landsat遥感影像。然而，由于Landsat
‑
7、Landsat
‑
8等多源传感器的差异性，同一地区同一时间不同源遥感数据的地表温度反演结果可能存在较大的偏差，由此对长时序城市热岛效应分析产生不利影响，从而无法保证分析结果的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种可靠性更高、可定量分析的用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供了一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1、基于可替代性准则从多源Landsat影像集中筛选待反演影像，并进行数据预处理；
[0009]步骤S2、采用辐射传输方程法依次对预处理后的待反演影像对进行地表温度反演，得到对应的地表温度数据；
[0010]步骤S3、采用SVM算法对待反演影像进行地表覆盖类型分类，构建多源Landsat映射模型，将待反演影像中的多源Landsat影像对应的地表温度反演结果映射到同一传感器基准下；
[0011]步骤S5、基于同一传感器基准下的地表温度反演映射结果，引入相对温度，对热岛强度按阈值进行等级划分。
[0012]优选地，所述步骤S1中从多源Landsat影像集中提取待反演影像具体为：从多源Landsat影像集提取同一区域、日期相邻、天气条件相似、且在卫星过境时刻近地面气温相近的待反演影像。
[0013]优选地，所述步骤S1中的可替代性准则具体为：将相邻年份相同季节、相同年份不
同季节之间的映射关系视为可替代。
[0014]优选地，所述步骤S1中的数据预处理还包括：对待反演影像中的Landsat
‑
7影像进行条带修复和辐射定标，对待反演影像中的Landsat
‑
8影像进行辐射定标。
[0015]优选地，所述步骤S2中采用辐射传输方程法依次对预处理后的待反演影像对进行地表温度反演过程包括大气校正、归一化植被指数计算、地表比辐射率计算、黑体辐射亮度计算以及地表温度计算。
[0016]优选地，所述黑体辐射亮度计算表达式为：
[0017][0018]式中，L
T
为相同温度下的黑体辐射亮度，L
λ
、L
μ
、L
d
分别为卫星传感器接收到热红外辐射亮值、大气向上辐射亮度、大气向下辐射亮度；τ为大气透过率；ε为地表发射率。
[0019]优选地，所述步骤S3包括以下子步骤：
[0020]步骤S31、随机选取地物样本数据，当数据间的可分离度达到预设阈值时，采用SVM算法进行地表覆盖类型分类，否则重新选取地物样本数据，直至满足阈值条件；
[0021]步骤S32、基于地表覆盖类型分类结果，构建包含Landsat
‑
7和Landsat
‑
8的多源Landsat映射模型，将待反演影像中的Landsat
‑
7影像对应的地表温度反演结果映射到Landsat
‑
8基准下。
[0022]优选地，所述步骤S3中的地表覆盖类型包括建筑、裸地、植被和水体。
[0023]优选地，所述步骤S4具体为：基于相对温度计算区域的热岛强度，对热岛强度按阈值进行等级划分；
[0024]所述热岛强度表达式为：
[0025]R＝T
i
/T
a
[0026]式中，R为计算得到的热岛强度等级；T
i
为影像中第i个像素的地表温度值；T
a
为研究区域的平均地表温度。
[0027]优选地，所述热岛强度等级从低到高依次为：绿岛、弱热岛、中等热岛以及强热岛阈值，对应的阈值分别为1.0、1.1和1.2。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0029]1)本专利技术首次考虑了异源传感器的地表温度反演产品差异问题，利用相邻年份相同季节、相同年份不同季节之间的映射关系为可替代的可替代性准则，将多源Landsat反演结果统一到同一传感器基准下，利用统计的数学方法消除了异源Landsat传感器差异对长时序热岛效应分析的不利影响，使后续分析结果更具可靠，为多源遥感数据的联合使用、融合应用提供了可靠思路和方法，大大提高多源遥感数据的利用率以及拓展应用场景等；
[0030]2)本专利技术采取更通用于多源Landsat影像集的辐射传输方程法进行地表温度反演，排除了外界条件以及算法效果差异等因素对地表温度反演结果及热岛效应造成的影响，最大程度地确保异源Landsat数据反演结果的差异是由于各Landsat传感器之间的差异性造成的，便于进行单一变量分析，使得得到的映射模型更具客观性；
[0031]3)本专利技术将地表覆盖类型进行分类，并基于多源Landsat传感器之间的一致性关系，构建日期相近、成像条件相似的Landsat
‑7‑
8地温反演结果之间的各地类映射模型，并且通过单一变量对比实验得出相邻年份相同季节、相同年份不同季节之间的映射关系具有
可替代性的可替代性准则，可靠性更高；
[0032]4)本专利技术通过引入相对温度对热岛强度进行等级划分，实现了对热岛效应的定量分析；便于后续从时间分布特征、空间分布特征以及其与路网密度相关性等方面对热岛效应进行长时序分析，从而对缓解城市热岛效应提出建设性意见。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的方法流程图；
[0034]图2为A市城市热岛效应强度分布图示例，其中，(a)为2017年10月31日的Landsat
‑
7影像反演得到的热岛效应强度分布图；(b)为2017年10月23日的Lands本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、基于可替代性准则从多源Landsat影像集中筛选待反演影像，并进行数据预处理；步骤S2、采用辐射传输方程法依次对预处理后的待反演影像对进行地表温度反演，得到对应的地表温度数据；步骤S3、采用SVM算法对待反演影像进行地表覆盖类型分类，构建多源Landsat映射模型，将待反演影像中的多源Landsat影像对应的地表温度反演结果映射到同一传感器基准下；步骤S4、基于同一传感器基准下的地表温度反演映射结果，引入相对温度，对热岛强度按阈值进行等级划分。2.根据权利要求1所述的一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，所述步骤S1中从多源Landsat影像集中提取待反演影像具体为：从多源Landsat影像集提取同一区域、日期相邻、天气条件相似、且在卫星过境时刻近地面气温相近的待反演影像。3.根据权利要求1所述的一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，所述步骤S1中的可替代性准则具体为：将相邻年份相同季节、相同年份不同季节之间的映射关系视为可替代。4.根据权利要求1所述的一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，所述步骤S1中的数据预处理还包括：对待反演影像中的Landsat
‑
7影像进行条带修复和辐射定标，对待反演影像中的Landsat
‑
8影像进行辐射定标。5.根据权利要求1所述的一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，所述步骤S2中采用辐射传输方程法依次对预处理后的待反演影像对进行地表温度反演过程包括大气校正、归一化植被指数计算、地表比辐射率计算、黑体辐射亮度计算以及地表温度计算。6.根据权利要求5所述的一种用于多源Landsat影像的长时序城市热岛效应分级方法，其特征在于，所述黑体辐射亮度...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雄，裴浩阳，谢欢，童小华，冯永玖，金雁敏，王超，柳思聪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：