[发明专利]一种基于单窗算法下的无人机红外水面测温精度校正方法

说明书

本发明公开一种基于单窗算法下的无人机红外水面测温精度校正方法，(1)通过无人机上搭载的红外热像仪进行水域水面温度的瞬时测量；(2)在红外热像仪镜头前加置10.4‑12.5um的滤光片，用以获取该波段下的红外辐射通道；(3)建立起大气校正模型；(4)将步骤(3)中相关参数、大气平均作用温度及红外热像仪获得的温度输入大气校正模型中，反演出水面温度；(5)利用真实水面温度与步骤(4)中反演出的温度建立线性回归，修改确立大气校正模型的参数，使其反演达到真实温度。该方法可以显著提升远距离红外测量水面温度的精度，保证了水面温度数据利用的可靠性。

技术领域

本发明属于水面测温技术领域，尤其涉及一种基于单窗算法下的无人机红外水面测温精度校正方法。

背景技术

当今时代的各种生产生活都与水息息相关，在开发和利用水体资源的过程中，人类的活动不可避免的会对水体带来污染和破坏。随着社会环保意识的提高，人们对水体的保护要求也越来越高，无论是水库、湖泊以及近海岸水体。而精确地水体温度则为环保、科研、经济等部门提供了有效地帮助及决策。

目前水面的温度接触式测量有使用船只进行水面采集监测或投放浮标且测量区域比较盲目需测取大量的数据进行分析，这两种方式的成本均较大，耗时长且需考虑被测水域的实际情况。利用无人机进行非接触式的测量时是近几年来新兴的测量方式，可有效规避接触式测量带来的问题，但随之的负面问题也出现了，即制约该方法的最大瓶颈为测量精度问题。而本文提出的校正方法可以有效消除大气辐射等因素带来的测温误差问题，大大提高了无人机红外测量水面温度的精度，具有很大的社会实用价值。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的不足，提出一种基于单窗算法下的无人机红外水面测温精度校正方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于单窗算法下的无人机红外水面测温精度校正方法，包括如下步骤：

(1)通过无人机上搭载的红外热像仪进行水域水面温度的瞬时测量；

(2)在红外热像仪镜头前加置10.4-12.5um的滤光片，用以获取该波段下的红外辐射通道；

(3)建立起大气校正模型：

T_s＝{a·(C+D-1)+[b·(C+D)+c]·T_r-D·T_a}/C

其中T_s为水面反演温度，a,b,c为相关系数，C＝ε·τ,ε为水面发射率，τ为大气透过率，D＝(1-ε)·[1+(1-ε)·τ]，T_r为红外热像仪测得温度，T_a为大气平均作用温度；

(4)将步骤(3)中参数C,D,a,b,c、大气平均作用温度T_a及红外热像仪获得的温度T_r输入大气校正模型中，反演出水面温度T_S；

(5)利用真实水面温度T₀与步骤(4)中反演出的温度T_S建立线性回归，修改确立大气校正模型a,b,c的参数，使其反演T_s达到真实温度T₀。

进一步的，所述水面发射率可用下式进行估算：

其中υ,θ分别为水体介电常数和红外热像仪的入射角。

进一步的，大气透过率τ利用大气实时温度t以及地面到无人机的高度Z的大气含水量w进行计算：

τ＝0.974290-0.08007w,w＝0.4-1.6

τ＝1.031412-0.11536w,w＝1.6-3.0，其中