基于多旋翼无人机的热红外地表温度场反演系统设计

对当前城市热岛效应研究所采用的三类主要方法进行了分析,分别得出其优势和存在的不足,提出了一种基于微小型多旋翼无人机平台开发小尺度高分辨率地表温度场观测系统的创新思路,并通过对红外测温原理的研究,设计了热红外无人机地表温度场反演系统,开发了B/S架构的地表温度场反演软件,实现了红外图像实时传输、自动拼图、米级网格化地表温度场反演、实景地图叠加、历史数据回放和数据导出等功能。经多次飞行实践应用表明,该系统运行稳定、数据准确、投资少,机动灵活,使用方便,可弥补传统卫星遥感等观测手段的不足,为开展城市区域热环境精细化观测提供了一种新的技术平台与工具,也为气象无人机的应用开辟了一个新的方向。     

土壤—植被混合地表红外辐射温度场的耦合建模方法*

目前混合地表温度场的数学模型忽略了地表内部各组分间的热通量交互,致使温度场模拟结果不够准确、真实.针对已有独立求解模型的不足,结合土壤-植被混合地表的材质组成及空间分布特点,建立温度场的耦合求解模型,通过在热平衡方程中引入组分间热通量的交互项,对土壤-植被-大气耦合的能量平衡过程进行描述.实验结果表明,利用耦合模型求解的混合地表的温度场分布和热图像特征与自然地表红外辐射特性的真实分布规律具有更好的一致性,从而验证了温度场耦合建模方法的有效性.     

高寒山区地表温度反演算法对比——以疏勒河上游流域为例

针对高寒山区地表温度遥感反演误差较大的问题,对比了三种地表温度算法在疏勒河上游流域的适用性。利用2009~2011年9景Landsat-5TM影像和气象数据,对疏勒河上游高寒山区的地表温度进行了反演。地表实测数据与三种地表温度算法及三种比辐射率计算方案下的反演结果进行对比检验的结果表明:辐射传输方程和普适性单通道算法的反演结果均高于实测值,单窗算法的误差最小,采用单窗地表温度算法结合覃志豪等的比辐射率计算方案反演的地表温度与实测结果的一致性最好。对2010年6月9日的不同下垫面类型的地表温度的空间分布分析结果表明,优化组合的地表温度算法反演的地表温度能够反映疏勒河上游山区不同地物的地表温度差别。     

基于劈窗算法的Landsat 8影像地表温度反演

陆地表面温度（LST）是表征地表能量交换和地面特征的重要指标,目前遥感技术逐渐成为区域和全球尺度上LST反演的一种便捷工具,而采样不同算法及不同影像的热红外遥感LST反演研究层出不穷,其中基于Landsat数据的反演成果尤为突出。文章利用劈窗算法对Landsat 8遥感影像进行地表温度反演,对比探讨了根据经验值与借助MODIS热红外数据两种不同方式的LST反演结果,并进行北京市热红外波段辐射亮度温度比较,针对地表温度分级进行统计,分析了当地地表温度分布趋势。结果表明：劈窗算法下Landsat 8数据的反演温度更接近实际温度,精度较高且优于MODIS产品;北京市地表温度空间分布格局受地物结构与反射率所制约,高温区主要集中分布于中东部,中低温区分布与林地及水体分布结构较为吻合。     

基于MODIS数据的黑河流域土壤热惯量反演研究

热惯量法在土壤水分反演中有着广泛的应用。以MODIS数据为基础,选用真实热惯量模型,反演得到了黑河流域的土壤热惯量,为进一步研究流域土壤水分提供可靠的方法和数据。利用地面实测数据对模型参数及反演结果进行了验证,并分析了地表昼夜最大温差、地表反照率及土壤热惯量的季节性变化规律,同时对比了真实热惯量模型与表观热惯量模型反演结果与土壤水分的相关性。结果表明：地表温差、地表反照率及土壤热惯量都具有明显的季节性变化特征;真实热惯量模型相对于表观热惯量模型更有利于土壤水分的反演,且具有广泛的适用性。     

天宫二号数据地表温度反演及其在城市群热环境监测中的应用

根据天宫二号宽波段成像仪热红外谱段的特点,提出了一种适用于天宫二号数据的劈窗算法,并以苏南城市群为研究区,进行了地表温度的反演。在此基础上,通过SUHI(Surface Urban Heat Lsland)指标分析了苏南城市群热环境空间分布特征。结果表明:劈窗算法可以有效地应用于天宫二号热红外数据,地表温度反演结果的均方根误差在1K以内;研究区地表温度结果与土地利用类型有较好的一致性,建筑用地温度最高,水体最低,苏锡常城市群形成一个整体热岛效应,SUHI指标能有效监测城市群的热岛强度及其空间分布。     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

基于遗传算法和雷达后向散射模型的地表参数反演研究

在地表自然裸露条件下,利用雷达后向散射系数反演地表粗糙度及地表土壤含水量已经开展了很多的研究,许多学者提出了很多相关的模型及反演技术。在已有散射模型的基础上,利用遗传算法反演地表参数,并且对反演效果进行了验证;然后分别基于AIEM模型和Oh模型对SIR-C雷达图像进行了反演计算,并对反演结果作了统计分析,从而为利用雷达图像反演地表信息提供了新的研究思路。     

作物蒸散发模型研究中的地表温度反演

针对美国加州Merced县2002年8月9日的ETM+影像,利用单窗温度反演算法反演了遥感蒸散发模型S SEBI中的地表温度参数。选用了ETM+热红外的高增益61波段,对热红外波段反射率较低的植被覆盖研究区进行了地表温度反演,并反演地表温度所需要的几个参数：亮度温度、地表比辐射率、大气透射率。最后得出了研究区域地表温度分布结果：水体地表温度低于植被作物,建筑或道路的地表温度最高。不同地物间地温是不同的,作为蒸散发反演的重要参数,这将影响不同地物蒸散发估算。因此精确反演地表温度,将为今后蒸散发的研究打好基础。     

TM热红外波段等效比辐射率估算

地表比辐射率是热红外遥感获取地表温度必不可少的参数。目前,实验室或野外实际测量的都是8~14um热红外波段范围内的地表比辐射率,这与Landsat 5 TM热红外波段10.4~12.5um范围内的地表比辐射率还存在着一定的差异。本文将着重探讨TM热红外范围内地表比辐射率的估算方法,然后根据估算出的地表比辐射率,利用覃志豪等提出的单窗算法[1~2],对北京城八区进行地表温度反演。结果表明,该方法能获得较为合理的地表温度反演结果。     

基于TM6数据的成都市地表温度反演

本利用Landsat5的TM6热红外数据，利用实时的地表温度对不同温度演算算法进行了回归检验，根据统计的原理对各种方法做出评价，并优先了一种方法进行成都市地面温度场的分布分析。本也就同一大气条件下的地温和气温之间的关系作了分析，认为用卫星影像的DN值代替气温研究热岛效应是不合适的。     

利用TM6数据反演陆地表面温度新算法研究

陆地表面温度(LST)反演一直是热红外遥感研究中的一大难题。虽然TM 6数据具有较高的空间分辨率(120 m),但由于只有一个热通道,要得到地表真实温度,原来需要利用辐射传输方程的方法,实时资料的缺乏限制了该方法的应用。因而由TM 6数据得到的通常都是星上亮度温度,而星上亮度温度与实际地表温度差距较大,因此,其反演的温度精度不高。而单窗算法和普适性单通道算法的提出为从TM 6数据较高精度地反演陆地表面温度提供了可能。分析和研究了这两个新的单通道温度反演算法,并针对北京市的实际情况,利用2005年5月6日的TM数据对北京市的陆地表面温度进行了反演,并用实地测量数据进行了比较验证。结果表明这两种温度反演算法都取得了较高的精度,它们的rm sd值分别为1.38°和2.18°。     

使用单窗算法研究北京城区热岛效应

随着全球变暖和城市化进程的加快,大城市城区的热岛效应日益严重。城市下垫面对地表能量交换的影响巨大,引起地表温度分布的不均一性。遥感技术的发展为地表温度的反演提供了可能。近年来人们使用劈窗算法对均一的海面温度的反演很成功,但是受空间分辨率的限制以及陆面的不均一性,陆面温度的反演一直是一个没有解决好的问题。覃志豪提出了一种TM热红外波段单窗算法,可以利用辅助气象资料快速计算出地表温度。本文以北京市城区为研究区,采用LandsetETM第6波段的单窗算法,反演了亮度温度和地表实际温度,分析了城市下垫面情况下NDVI与地表温度的相关关系,并解释了北京城区热岛在空间上的分布及其可能的原因。结果表明:北京市城区热岛效应显著;地表温度与NDVI相关性显著;城区绿地和水体在区域的温度分布中起到重要作用。     

遥感图像在土地覆盖和温度分布之间对应关系研究中的应用(英文 )

利用遥感手段探讨土地覆盖类型和温度之间的对应关系有新意。以日本东京地区１９９８年１０月１４日接收的ＴＭ遥感图像为主要数据，在地面实际调查的基础上，利用图像处理方法，进行了土地覆盖类型和温度分布之间关系的探讨。以该区几种代表性的土地覆盖类型作为训练区，利用ＴＭ图像的第１，２，３，４，５五个波段数据进行分类处理，获得了很好的分类结果，ＴＭ图像第６波段（１０．４０～１２．５μｍ）是探测地面温度分布最佳波段，利用第６波段数据通过一系列的转换，获得了该区温度分布。温度分布和土地覆盖类型之间具有很好的对应性，如：白天的城区温度与郊区相比普遍偏高，但城区中植被覆盖率高的居民区和公园，温度偏低；城区的商业区（新宿、银座等）、机场和大型工厂等温度偏高。     

A C++ program for retrieving land surface temperature from the data of Landsat TM/ETM+ band6

A C++ language-based software tool for retrieving land surface temperature (LST) from the data of Landsat TM/ETM+ band6 is developed. It has two main functional modules: (1) Three methods to compute the ground emissivity based on land use/cover classification image, NDVI image and the ratio values of vegetation and bare ground and (2) Converting digital numbers (DNs) from TM/ETM+ band6 to LST. In the software tool, Qin et al.'s mono-window algorithm and Jiménez-Muňoz and Sobrino's single channel algorithm are programmed to retrieve LST. It will be a useful software tool to study the thermal environment of ground surface or the energy balance between the ground and the bottom atmosphere by using the thermal band of Landsat TM/ETM+.     

基于Landsat TM图像的北京城市地表温度遥感反演研究

利用北京地区Landsat TM热红外波段数据，采用单通道算法反演得到北京地区地面温度分布图。从反演结果可以看出，北京城区地面温度比郊区地表温度高，郊区地表温度较低，密云水库、官厅水库等水体的温度最低，总体上北京城市热岛效应显著。地表比辐射率是通过Van经验公式反演得到，通过对比分析，表明该方法对自然地表的比辐射率反演效果较好。     

A mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from Landsat TM data and its application to the Israel-Egypt border region

Remote sensing of land surface temperature (LST) from the thermal band data of Landsat Thematic Mapper (TM) still remains unused in comparison with the extensive studies of its visible and near-infrared (NIR) bands for various applications. The brightness temperature can be computed from the digital number (DN) of TM6 data using the equation provided by the National Aeronautics and Space Administration (NASA). However, a proper algorithm for retrieving LST from the only one thermal band of the sensor still remains unavailable due to many difficulties in the atmospheric correction. Based on thermal radiance transfer equation, an attempt has been made in the paper to develop a mono-window algorithm for retrieving LST from Landsat TM6 data. Three parameters are required for the algorithm: emissivity, transmittance and effective mean atmospheric temperature. Method about determination of atmospheric transmittance is given in the paper through the simulation of atmospheric conditions with LOWTRAN 7 program. A practicable approach of estimating effective mean atmospheric temperature from local meteorological observation is also proposed in the paper when the in situ atmospheric profile data is unavailable at the satellite pass, which is generally the case in the real world especially for the images in the past. Sensitivity analysis of the algorithm indicates that the possible error of ground emissivity, which is difficult to estimate, has relatively insignificant impact on the probable LST estimation error i T, which is sensible to the possible error of transmittance i 6 and mean atmospheric temperature i T a . Validation of the simulated data for various situations of seven typical atmospheres indicates that the algorithm is able to provide an accurate LST retrieval from TM6 data. The LST difference between the retrieved and the simulated ones is less than 0.4°C for most situations. Application of the algorithm to the sand dunes across the Israel-Egypt border results in a reasonable LST estimation of the region. Based on this LST estimation, spatial variation of the interesting thermal phenomenon has been analysed for comparison of LST difference across the border. The result shows that the Israeli side does have significantly higher surface temperature in spite of its denser vegetation cover than the Egyptian side where bare sand is prevalent.     

基于ETM数据的佳木斯市地热预测研究

热红外遥感技术是地热资源调查的有效途径之一。在佳木斯市地热调查研究中,利用ETM热红外波段数据和相应的气象资料,采用单窗算法,反演佳木斯地表温度,分析了地表温度的空间分布特征和热异常状况。研究结果表明,佳木斯市区北东东约30km处存在明显的地表温度异常区,且异常区分布与隐伏断裂构造的分布有较好的对应关系,此区域为寻找地热资源的有利区域。     

针对TM6有效波长的计算方法及其对地温反演的影响研究

相对NOAA-AVHRR及MODIS的热波段而言,Landsat TM6有更高的空间分辨率;因而更适合于地面热力场分布特征及微环境研究的准确分析需要。有效波长的确定对反演地表温度有重要影响。本文根据Landsat5及Landsat7 TM6对波长的光谱响应函数(RSR),推导出相应的有效波长值并分析其对地温反演的影响。分析结果表明,一般情况下,就Landsat5而言,用中心波长反演地表温度不会有太大影响;但利用Landsat7反演地表温度时则必须使用有效波长,因为中心波长可能会导致较大的地表温度反演误差。