[发明专利]一种多尺度信息融合的地热异常区提取方法

说明书

本发明公开了一种多尺度信息融合的地热异常区提取方法，首先使用全约束最小二乘混合像元分解和亚像元空间引力模型提高卫星影像中热红外波段的空间分辨率，使用单窗算法反演得到高分辨率的温度信息。然后从全局和局部的角度综合提取研究区内的温度异常，并结合地质资料和已知的先验知识圈定地热异常范围，并通过扩大研究区域根据多处已知的温泉位置验证了结果的可靠性。最后在已知的温泉位置等一些典型的地热异常区使用高分辨率的无人机数据做进一步的精细提取。本发明实现了从粗到精的地热异常提取，为后期的人工开采提供参考价值，实现资源的充分利用。

技术领域

本发明涉及遥感领域，特别涉及遥感影像多种地热异常检测方法，尤其涉及一种基于卫星影像和无人机影像从粗到精的多尺度地热异常圈定方法。

背景技术

地热是地球赋予人类的廉价能源，区域性地热调查的有效方式是热红外遥感。因此常使用热红外遥感数据提取地热异常。传统的方法是使用物探、化探进行地热探测，但是这种方法费时费力，效率低下。后来由于对遥感技术的研究程度不断深入，又开发了多种利用热红外遥感数据来获取地表温度的算法，因此采用提取出来的温度异常信息和其他相关因素相结合的方法来圈定地热异常。现有的提取温度异常的方法最常用的是全局阈值，虽然这种方法简单快捷，但是它可能会忽略掉一些局部的高温异常而导致漏掉一些地热异常区域。提取温度异常后常结合地质断裂和已知的先验知识等来确定最终的地热区域，因为地热常常是沿断裂线方向分布的，但是它缺少更高分辨率的热红外数据进行验证，并对一些典型的异常进行精细化提取。

发明内容

发明目的：针对现有使用全局阈值提取温度异常的方法存在的不足，本发明提出一种多尺度信息融合的地热异常区提取方法，旨在从全局和局部的角度分析温度变化的影响，结合地质断裂和已知的资料圈定研究区域地热异常，并采用高分辨率的热红外数据对一些典型的异常区域进一步精细化探测，实现由粗到精的地热异常圈定。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种多尺度信息融合的地热异常区提取方法，包括以下步骤：

步骤1：获取研究区域不同时期的遥感影像并进行预处理，所述预处理包括辐射定标、大气校正、几何校正、镶嵌裁剪；

步骤2：使用全约束最小二乘混合像元分解和亚像元空间引力模型提高遥感影像的分辨率，得到亚像元地物分布图；

步骤3：采用基于地表类型权重叠置法获得高分辨率热红外波段的热辐射值，并在此基础上使用单窗算法反演地表温度；

步骤4：分别使用全局阈值、局部分块和高程分区三种方法提取温度异常范围，计算三种方法所得结果的交集作为最终提取的温度异常区；

步骤5：结合研究区域的地质断裂和步骤4所提取的温度异常区圈定地热异常范围；

步骤6：根据研究区域先验知识采用无人机热红外对地热异常区进一步提取。

作为优选，所述步骤2中，采用的全约束最小二乘混合像元分解包含两个约束条件：一个像元内每种端元的丰度图的像元亮度值范围在0～1之间，并且和为1；首先使用最小噪声分离变换MNF实现数据降维，然后计算纯净像元指数PPI，该指数越大代表像元的纯度越高，接着通过设置阈值选择纯净的像元投影到MNF变换主成分空间，最后结合n维可视化工具确定端元类型。

作为优选，所述步骤2中，使用亚像元空间引力模型SPSAM进行亚像元制图，通过计算像元内各个亚像元和其对应的邻域像元间空间引力大小，确定各亚像元的类别；具体如下：

记p_ij为像元P_ab内的一个亚像元，i,j＝1,2,…,S；a＝1,2,…,L_a；b＝1,2,…,L_b；L_a和L_b分别为低分辨率图像的行数和列数；S为放大比例值；则亚像元p_ij受到其邻域像元中第c类分量的引力之和D_c,ij为：