一种城市热岛效应监测系统和方法技术方案

本发明专利技术具体涉及一种城市热岛效应监测系统和方法，该城市热岛效应监测系统包括气象数据库、GIS数据库、数据采集模块、数据处理模块和图像处理模块，气象数据库存储有城市气温监测历史数据，GIS数据库存储有城市地理信息和图像信息，数据采集模块收集城市热岛效应的相关数据，数据处理模块用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理从而得出城市热岛效应监测结果，图像处理模块对所述数据处理模块得出的城市热岛效应监测结果结合城市地理信息作出相应的图像演变。本发明专利技术的城市热岛效应监测系统有助于定位城市热岛效应产生(扩张)的原因，为处理热岛效应提供方向。为处理热岛效应提供方向。为处理热岛效应提供方向。

【技术实现步骤摘要】
一种城市热岛效应监测系统和方法


[0001]本专利技术属于气象监测技术
，具体涉及一种城市热岛效应监测系统和方法。

技术介绍

[0002]随着全球范围内城市化的快速发展，城市热岛问题随之而来。城市扩张会造成下垫面性质的改变，原本比热容高的植被、水体被替换成比热容低的柏油、混凝土，密集的建筑物又导致空气流通效率低，从而导致城市局部温度高于其他地区。城市热岛问题严重影响了城市居民的日常生活，政府和群众在时刻关注城市热岛效应的变化，以寻找解决城市热岛效应的办法。因此，对城市热岛效应的监测尤为重要。
[0003]目前城市气象监测系统中缺少对城市热岛效应的监测，对城市热岛效应的监测主要依靠学者们的学术研究，但是学者们的学术研究是滞后于热岛效应的实时变化的，因此，为了能够及时有效的监测城市热岛效应的动态变化，亟需一种城市热岛效应的监测系统。
[0004]GIS又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
[0005]Landsat系列最新的卫星Landsat8，携带有OLI陆地成像仪和TIRS热红外传感器，Landsat8的OLI陆地成像仪主要包括9个波段，OLI包括了ETM+传感器的所有波段，为了避免大气吸收特征，OLI对波段进行了重大调整，其中OLI Band5排除了0.825μm处水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范围较窄，这样更好的区分植被和无植被特征,此外还新增了了两个波段：蓝色波段主要用于海岸带观测，短波红外波段可用于云检测。

技术实现思路

[0006]为了能够及时有效的监测城市热岛效应的动态变化，本专利技术提供了一种城市热岛效应监测系统和方法，利用Landsat影像数据、气象站地面数据和地面高程数据对城市热岛效应进行监测，有助于定位城市热岛效应产生(扩张)的原因，为处理热岛效应提供方向。
[0007]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]一种城市热岛效应监测系统，包括：气象数据库、GIS数据库、数据采集模块、数据处理模块和图像处理模块，所述气象数据库和GIS数据库均与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与图像处理模块连接；
[0009]所述气象数据库存储有城市气温监测历史数据；
[0010]所述GIS数据库存储有城市地理信息和图像信息；
[0011]所述数据采集模块收集城市热岛效应的相关数据；
[0012]所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理从而得出城市热岛效应监测结果；
[0013]所述图像处理模块对所述数据处理模块得出的城市热岛效应监测结果结合城市
地理信息作出相应的图像演变。
[0014]进一步地，上述数据采集模块包括空气温度采集单元和地理信息采集单元；所述空气温度采集单元用来对实时空气温度进行采集，所述地理信息采集单元用于对城市土地覆盖进行采集。
[0015]进一步地，上述数据处理模块用于对空气采集单元和地理信息采集单元采集的数据进行处理，并得到城市热岛质心和城市热岛效应变化结果。
[0016]进一步地，上述图像处理模块用于将得到的城市热岛质心和城市热岛效应变化结果结合城市区划、土地覆盖制作出相应效果图。
[0017]进一步地，上述数据处理模块对于采集到的空气温度数据处理公式为：T＝{a(1
‑
C
‑
D)+[b(1
‑
C
‑
D)+C+D]T6‑
DT
a
}、D＝(1
‑
t)[1+(1
‑
ε)t]、C＝εt；
[0018]式中，T为地表真实温度，a、b为常量，ε为地表比辐射率，t为大气透射率，T
a
是大气平均作用温度，T6是像元亮度温度值。
[0019]进一步地，上述的城市热岛效应监测方法，在研究区温度处于0
‑
70℃之间时，所述常量a和常量b分别为：a＝
‑
67.355351，b＝0.458606；
[0020]所述大气平均作用温度T
a
的计算公式为：T
a
＝16.001+0.9621T0，T0为空气温度；
[0021]所述像元亮度温度值T6的计算公式为：式中，T
S
为像元DN值，K1、K2是卫星发射前预设常量；
[0022]所述地表比辐射率ε的具体计算公式为：建筑用地ε＝P
V
R
V
ε
v
+(1
‑
P
V
)R
m
ε
m
+d
ε
、水体ε＝P
V
R
V
ε
V
+(1
‑
P
V
)R
m
ε
m
+d
ε
、植被ε＝P
V
R
V
ε
V
+(1
‑
P
V
)R
S
ε
S
+d
ε
，式中，ε
v
、ε
s
和ε
m
分别是纯植被、纯裸土和建筑区的发射率，ε
m
＝0.96、ε
v
＝0.986、ε
s
＝0.97，P
v
是植被占混合像元的比例，R
V
、R
m
和R
s
分别是植被的温度比率、建设用地的温度比率和裸土的温度比率，d
ε
为植被和裸土之间相互作用对地表发射率的影响值。
[0023]进一步地，上述植被占混合像元的比例P
v
的计算公式为：
[0024]P
V
＝[(NDVI
‑
NDVI
S
)/(NDVI
V
‑
NDVI
S
)]2；
[0025]式中，NDVI为归一化植被指数，NDVI
V
和NDVI
S
分别是研究区NDVI的最大值和最小值。
[0026]进一步地，上述植被的温度比率R
V
、建设用地的温度比率R
m
和裸土的温度比率R
s
的计算公式为：R
V
＝0.9332+0.0585PV、R
m
＝0.9886+0.1287Pv、R
s
＝0.9902+0.106PV。
[0027]进一步地，上述植被和裸土之间相互作用对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市热岛效应监测系统，其特征在于，包括：气象数据库、GIS数据库、数据采集模块、数据处理模块和图像处理模块，所述气象数据库和GIS数据库均与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与图像处理模块连接；所述气象数据库存储有城市气温监测历史数据；所述GIS数据库存储有城市地理信息和图像信息；所述数据采集模块收集城市热岛效应的相关数据；所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理从而得出城市热岛效应监测结果；所述图像处理模块对所述数据处理模块得出的城市热岛效应监测结果结合城市地理信息作出相应的图像演变。2.根据权利要求1所述的城市热岛效应监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括空气温度采集单元和地理信息采集单元；所述空气温度采集单元用来对实时空气温度进行采集，所述地理信息采集单元用于对城市土地覆盖进行采集。3.根据权利要求2所述的城市热岛效应监测系统，其特征在于，所述数据处理模块用于对空气采集单元和地理信息采集单元采集的数据进行处理，并得到城市热岛质心和城市热岛效应变化结果；所述图像处理模块用于将得到的城市热岛质心和城市热岛效应变化结果结合城市区划、土地覆盖制作出相应效果图。4.根据权利要求3所述的城市热岛效应监测系统，其特征在于，所述数据处理模块对于采集到的空气温度数据处理公式为：T＝{a(1
‑
C
‑
D)+[b(1
‑
C
‑
D)+C+D]T6‑
DT
a
}、D＝(1
‑
t)[1+(1
‑
ε)t]、C＝εt；式中，T为地表真实温度，a、b为常量，ε为地表比辐射率，t为大气透射率，T
a
是大气平均作用温度，T6是像元亮度温度值。5.根据权利要求4所述的城市热岛效应监测系统，其特征在于，在研究区温度处于0
‑
70℃之间时，所述常量a和常量b分别为：a＝
‑
67.355351，b＝0.458606；所述大气平均作用温度T
a
的计算公式为：T
a
＝16.001+0.9621T0，T0为空气温度；所述像元亮度温度值T6的计算公式为：式中，T
S
为像元DN值，K1、K2是卫星发射前预设常量；所述地表比辐射率ε的具体计算公式为：建筑用地ε＝P
V
R
V
ε
v
+(1
‑
P
V
)R
m
ε
m
+d
ε
、水体ε＝P
V
R
V
ε
V
+(1
‑
P
V
)R
m
ε
m
+d
ε
、植被ε＝P
V
R
V

【专利技术属性】
技术研发人员：钱丽，王敏，王秉义，项松林，程瑜，章霄文，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：