[發(fā)明專利]一種遙感地表溫度數(shù)據(jù)的時(shí)空一體化融合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510557427.6
• 申請(qǐng)日: 2015-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN105184076B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳鵬海;沈煥鋒;劉紫涵;曾超;鄒照旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 合肥順超知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)34120
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定量遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種遙感地表溫度數(shù)據(jù)的時(shí)空一體化融合方法。

背景技術(shù)

地表溫度(LST，Land Surface Temperature)是研究地-氣間物質(zhì)與能量交換的重要參數(shù)，廣泛應(yīng)用于城市熱島效應(yīng)、土壤濕度估算、森林火災(zāi)監(jiān)測、氣候變化等領(lǐng)域。衛(wèi)星熱紅外遙感是獲取地表溫度的重要手段，然而，遙感觀測系統(tǒng)需要在空間分辨率和時(shí)間分辨率之間進(jìn)行權(quán)衡與取舍，難以同時(shí)獲得高時(shí)間和高空間分辨率的溫度數(shù)據(jù)，極大限制了其應(yīng)用的廣度與深度。例如：靜止衛(wèi)星地表溫度數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率最高達(dá)到15分鐘，卻具有至少3千米的低空間分辨率；而極地衛(wèi)星提供的地表溫度數(shù)據(jù)雖然具有較高的空間分辨率(約100米-1000米)，但其時(shí)間分辨率一般都較低。另一方面，現(xiàn)有發(fā)布的地表溫度數(shù)據(jù)由于云、氣溶膠等不利天氣的影響往往出現(xiàn)空值現(xiàn)象，導(dǎo)致空間不連續(xù)。因此，如何在不改變現(xiàn)有觀測系統(tǒng)的條件下，實(shí)現(xiàn)遙感地表溫度數(shù)據(jù)空間無縫的同時(shí)提高遙感LST的空間分辨率和時(shí)間分辨率，成為熱紅外遙感應(yīng)用中的關(guān)鍵問題之一。

為了提高遙感LST數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了一些研究。早期的研究主要有遙感LST空間降尺度/時(shí)間擴(kuò)展：在空間降尺度方面，李小文院士提出將傳統(tǒng)地學(xué)趨勢(shì)面用于遙感尺度轉(zhuǎn)換研究，其主要原理都是引入更高空間分辨率的地理要素構(gòu)造趨勢(shì)面，通過建立趨勢(shì)面與LST間的關(guān)系完成降尺度轉(zhuǎn)換。而對(duì)于遙感LST時(shí)間尺度擴(kuò)展，一般是對(duì)多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)相濾波、諧波分析等方法重建出中間時(shí)間的數(shù)據(jù)。以上針對(duì)單一遙感參量來提高時(shí)空分辨率的方法，對(duì)輔助數(shù)據(jù)質(zhì)量或長時(shí)序性要求較高，且提高的分辨率程度有限，在某些應(yīng)用也顯得無能為力。因此，需發(fā)展一種新的LST時(shí)空降尺度方法。

多傳感器遙感LST時(shí)空融合技術(shù)正是為了滿足這種需求而發(fā)展起來的一種新技術(shù)。與上述針對(duì)單一遙感參量的空間降尺度、時(shí)間擴(kuò)展方法不同的是，遙感LST時(shí)空融合是通過對(duì)具有不同空間尺度和時(shí)間尺度的LST進(jìn)行融合處理，生成時(shí)間相對(duì)密集的高空間分辨率LST數(shù)據(jù)；其優(yōu)勢(shì)在于無需其它輔助數(shù)據(jù)條件，同時(shí)生成的數(shù)據(jù)具有輸入數(shù)據(jù)中最高空間分辨率和最高時(shí)間分辨率。

然而，無論是傳統(tǒng)時(shí)空降尺度還是時(shí)空融合，在算法實(shí)施過程中都假設(shè)所輸入數(shù)據(jù)空間無縫，這個(gè)假設(shè)對(duì)于地表溫度數(shù)據(jù)(由于受云等影響)經(jīng)常不能滿足；此外，在基于多時(shí)相、多尺度溫度數(shù)據(jù)時(shí)空融合時(shí)，很少顧及參量晝夜變化規(guī)律、遙感觀測條件等的差別，直接影響了融合影像的求解精度。因此如何利用多時(shí)相、多尺度時(shí)空互補(bǔ)信息實(shí)現(xiàn)遙感地表溫度數(shù)據(jù)空間無縫同時(shí)提高其時(shí)空分辨率，需要研究新的時(shí)空一體化融合方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：針對(duì)現(xiàn)有觀測系統(tǒng)的技術(shù)限制和遙感地表溫度數(shù)據(jù)時(shí)空不連續(xù)現(xiàn)象，提供一種遙感地表溫度數(shù)據(jù)的時(shí)空一體化融合方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種遙感地表溫度數(shù)據(jù)的時(shí)空一體化融合方法，設(shè)有一個(gè)空間無縫的極軌衛(wèi)星地表溫度數(shù)據(jù)M和同一地區(qū)的多時(shí)相靜止衛(wèi)星地表溫度數(shù)據(jù)Gt_p，p＝0,1,…n且n>10；進(jìn)一步假設(shè)在時(shí)間序列t₀、t₁…t_n-1、t_n上有一景地表溫度數(shù)據(jù)G與極軌衛(wèi)星地表溫度數(shù)據(jù)M獲取時(shí)間上對(duì)應(yīng)，則實(shí)現(xiàn)時(shí)空一體化融合包括以下步驟:

步驟一、對(duì)地表溫度數(shù)據(jù)M和Gt_p，p＝0,1,…n進(jìn)行預(yù)處理，包括幾何配準(zhǔn)、裁剪、溫度單位轉(zhuǎn)換、空值標(biāo)記、重采樣；

步驟二、基于晝夜變化模型的空間修復(fù)：根據(jù)當(dāng)前時(shí)相待修復(fù)像元在其它時(shí)相對(duì)應(yīng)有效像元值的數(shù)量分如下兩種情況求解所述晝夜變化模型的參數(shù)，并進(jìn)行空值修復(fù)；

情況1)若當(dāng)前時(shí)相的待修復(fù)像元在其它時(shí)相上有足夠非空值像元，直接利用這些有效值與對(duì)應(yīng)時(shí)間構(gòu)成的數(shù)據(jù)對(duì)按需求分白天和晚上進(jìn)行所述晝夜變化模型參數(shù)擬合；