[发明专利]基于热红外遥感数据的城市中高温热异常检测方法

说明书

本发明公开了一种基于热红外遥感数据的城市中高温热异常检测方法，包括以下步骤：通过大气校正，得到可见光波段反射率和热红外波段光谱辐亮度；通过水体掩膜剔除影像中的水体；计算各波段的亮温；计算热异常指数；提取热异常点；对照高分辨率影像，进行精度验证。本发明的方法能快速地提取温度范围在400K以上的热异常点，并且提取得到的点能确定存在热异常的置信度为90％以上。该指数准确性高，简单便捷，尤其在夜间提取的精度更高，可用于夜间数据的快速热异常提取。

技术领域

本发明涉及一种城市中高温热异常检测方法，具体地涉及一种基于热红外遥感数据的城市中高温热异常检测方法。

背景技术

对于地球表面而言，热异常这个概念，从宏观上可以理解为是相对于背景温度，该处的温度异常高的现象。地球表面的热异常现象主要包括火山活动、地震活动前的热异常、生物燃烧、工业热源、人为热等。这些热异常现象对人类的生活都有不同程度的影响。对于地球表面的热异常的研究，有针对城市热岛，讨论极热现象对突发性死亡的影响；或者讨论城郊热异常的时空分布特征；也有研究探索热异常在地震板块、火山岩中的分布规律；较为广泛的研究是在全球尺度或者区域尺度寻找热异常点，包括生物燃烧、火山喷发、工业热源、火灾等。

热异常的含义众多，涉及的方面也很广，但是针对城市热异常的研究依然较少。人们倾向于将城市热岛引起的城郊温差当做热异常，该部分的热异常只能反映整体的城市热环境，无法明确地指出热异常的原因以及具体位置。因此对于热异常的识别及提取需要有明确的定位，即找出温度异常高的点。由于热红外波段的传感器饱和问题，很多高温点无法被识别，因此中红外和短波红外逐渐被应用于热异常的识别中。对于高温的探测，最早是由Dozier提出，通过中红外和热红外通道来测量子像元温度。经过三十多年的发展，热异常检测从双谱段探测到高光谱探测，发生了许多变化。起初，人们用中红外和热红外波段来探测高温，后来，短波红外也被应用到高温的探测中。

随着卫星事业的发展，越来越多的遥感数据可以拿来进行热异常的研究。而通过遥感手段提取热异常点，是对热异常现象进行分析研究的基础。现有的方法中较为普遍应用的是双谱段和多谱段法，很多火点产品都是用这类方法来提取高温点。该类方法利用高温在中红外和热红外增加的辐亮度来检测热异常，但其候选的热异常点的阈值的确定需要通过移动窗口，联系上下文进行判断，过程繁琐复杂，并且能探测的温度下限在500-600K左右，对于城市中很多热异常点(例如在400-500K之间的工业热源)无法识别和监测。

因此，需要一种城市中高温热异常检测方法，其能够简单、快速、高效地进行地表热异常信息的提取，并且能够提取出一些温度较低的热异常点。

发明内容

为了解决上面提出的技术问题，本发明提供了一种基于热红外遥感数据的城市中高温热异常检测方法，包括以下步骤：

步骤一：将ASTER数据中的可见光和热红外数据进行大气校正，可见光波段经过大气校正得到反射率数据，热红外波段经过大气校正得到辐亮度数据。

步骤二：根据可见光波段的反射率数据，对水体进行掩模。

步骤三：在大气校正得到的热红外波段的辐亮度数据的基础上，根据普朗克定律，计算各波段的亮温。

步骤四：基于各波段的亮温，计算热异常指数，其计算公式如下：

式中，T₁₀，T₁₁，T₁₂，T₁₃，T₁₄分别为ASTER第10，11，12，13，14波段的亮温。

步骤五：提取热异常点，热异常点的提取通过以下条件进行判断：

TAI＞0

当计算得到的TAI的值大于0时，即判定存在热异常。