[發明專利]一種地基紅外遙感地表溫度的反演方法

有效

• 申請號: 201810835025.1
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108871586B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 鄧小波;王培宇;馬尚昌;張素娟;樊昌元;張升蘭
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G06N3/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發明提供一種地基紅外遙感地表溫度的反演方法，包括步驟1.構建測量系統，并收集影響測量數據的因素，步驟2.通過步驟1中的測量系統，找出影響紅外遙感地表溫度的主要因素，并作為輸入參量，步驟3.通過步驟1中測量的樣本數據搭建BP神經網絡，步驟4.利用測量臺站的測量數據對步驟1中測量的數據進行修正，并通過鉑電阻測量驗證本方法的正確性。本發明提供地基紅外遙感地表溫度的反演方法，能夠利用紅外輻射原理對任何地表進行遙測，克服傳統鉑電阻測量存在的問題。

技術領域

本發明屬于溫度測量領域，尤其涉及一種地基紅外遙感地表溫度的反演方法。

背景技術

目前，我國氣象臺站主要采用的鉑電阻地表溫度觀測方式的局限性日益突顯，存在受環境因素影響大、準確性差，對不同下墊面的適應性差，人工維護強度大等亟待解決的問題，并制約了自動化觀測地表溫度的方向的發展。

地表溫度也稱下墊面溫度，包括土壤溫度、雪面溫度或草面溫度等。地表溫度的維持和變化受到入射的太陽輻射、大氣長波輻射、地球表面出射的紅外輻射、感熱和潛熱通量、以及地面的熱通量等因子的影響。因此，地表溫度是表征地表與大氣之間的能量和水分平衡，地球資源環境動態變化，處理生物與大氣圈之間物質和能量交換的一個重要參數。在農業、氣候、生態、重大自然災害預測和防災減災等許多領域的研究中具有重要的應用價值。

目前，觀測地表溫度的方法為遙感觀測與接觸式觀測兩大類，遙感觀測有衛星遙感觀測和地面輻射觀測。《地面氣象觀測規范》中常規的接觸式地表溫度觀測儀器有玻璃液體溫度表和鉑電阻地溫傳感器。玻璃液體溫度表及其所用人工觀測方法獲取的地表溫度資料的準確性、代表性、比較性等存在一些問題。

當前，鉑電阻傳感器是我國氣象臺站使用的地表溫度測量的方式，測量時將溫度表放置于土地表面呈水平狀，感溫部分一般埋進土壤中，另外一半直接放置于空氣中。但用鉑電阻測到的是土壤表面溫度與其緊挨空氣溫度的平均值，所以不能真正表示地表溫度。并且由它測量地表溫度的過程中，需與被測物體接觸，因而對測量結果產生影響的因素較多，測得的誤差較大，還需要人工進行維護，不能滿足新型自動氣象站的需求。另外，現今氣象觀測中，鉑電阻測地表溫度僅限于裸露地面和草地。但裸露地表僅是地表的一種形式，由于地球上大于70％的表面為水面，因此觀測水表面溫度也是氣象觀測地表溫度的一個重要需求，在城市、公路上的水泥、瀝青、雪面等溫度觀測同樣是重要的需求。

綜上所述，測量地表溫度的一種新型并且有效的方法是利用紅外輻射原理制成的紅外溫度傳感器進行遙感探測，該裝置配置的地基紅外遙感地表溫度的反演方法是亟待研究的問題。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供地基紅外遙感地表溫度的反演方法，能夠利用紅外輻射原理對任何地表進行遙測，克服傳統鉑電阻測量存在的問題。

本發明采用如下技術方案：

步驟1.同區域，在不同地表構建地基紅外遙感地表溫度的測量裝置系統。

基于大氣同化資料收集具有代表性的大氣溫度、濕度輪廓線等數據，采用SCIATRAN大氣輻射傳輸模式進行模擬計算。

優選的是，地基紅外遙感地表溫度的測量裝置中包括一個探頭垂直朝上觀測的SI-111-6545紅外溫度傳感器系統進行大氣下行輻射的測量，用于消除大氣環境輻射的影響，并修正紅外遙感的地表亮溫，三個探頭垂直朝下的SI-111紅外溫度傳感器系統，以及用于測量地表溫度數據的鉑電阻地表溫度傳感器系統。

步驟2.根據步驟1中的結果得到影響地表溫度反演精度的主要因子，確定空氣溫度、各下墊面的地表發射率和太陽輻射值等參量作為神經網絡模型的輸入向量。

步驟3.利用步驟2中選擇的關鍵輸入向量與步驟1中測量裝置系統同步觀測的鉑電阻地表溫度的對應關系，訓練和構建紅外遙感地表溫度的神經網絡計算模型。

其中，步驟3又具體包括以下步驟：