[發明專利]一種基于單窗算法和PredRNN的遙感影像熱島效應預測方法

有效

• 申請號: 202010972149.1
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112200349B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 羅培韜;呂新杰;姜崢超;李君;王玲霞
• 申請（專利權）人: 平衡機器科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06V20/13;G06K9/62;G06N3/04;G06F17/11;G06V10/82;G06V10/774
• 代理公司: 北京天江律師事務所 11537
• 代理人: 任崇

本發明公開了一種基于單窗算法和PredRNN的遙感影像熱島效應預測方法，包括：影像下載；影像預處理；單窗算法；將每個時刻的單窗算法處理后的衛星遙感圖像按照一定大小切成若干個小的圖片并標記每張圖片的區域以及時間序列數，構造PredRNN模型；將切分后的圖片集處理為序列集的形式，將圖片序列集按照訓練集與測試集的比例8:2進行切分，并使用PredRNN進行訓練，用測試集作為模型的參數調優的評估，最終確定模型，得到模型關于歷史衛星遙感圖片與未來衛星遙感圖片的變化關系。本發明一方面對衛星影像缺失的時間點的地表溫度反演結果進行補充，保證了時間的規律性、連續性；另一方面實現了對城市未來熱環境進行預測的效果。

技術領域

本發明涉及一種熱島效應預測方法，屬于地球科學技術領域，尤其涉及一種基于單窗算法和PredRNN的遙感影像熱島效應預測方法。

背景技術

地表溫度對地球表面和大氣的能量交換起著至關重要的作用，對氣候、環境變化以及人類生產生活均具有重要影響。任何溫度超過熱力學溫度0K的物體均會不斷地向外發射熱紅外輻射。熱紅外遙感基于星載或機載的熱紅外傳感器獲取目標地物3-5μm以及8-14μm兩個大氣窗口的熱紅外信息來識別地物以及定量反演地表參數信息，如地表溫度和地表發射率的遙感反演。

單窗算法適用于只有一個熱波段的遙感數據,主要用于TM6和ETM+數據進行地表溫度反演。該算法利用大氣窗口內單一熱紅外通道所觀測的輻射值?，F有技術僅基于單窗算法對遙感影像進行溫度反演，獲得城市地表溫度數據。從而對城市歷年地表溫度進行監測，分析城市熱島效應發展動態。

但是由于大多數免費獲取的衛星影像時間分辨率較低，時間連續性較差。因此大多數研究僅能對已有的衛星影像進行研究分析，利用合適的算法計算地表溫度，從而對城市熱島效應進行監測、分析規律。

發明內容

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種基于單窗算法和PredRNN的遙感影像熱島效應預測方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于單窗算法和PredRNN的遙感影像熱島效應預測方法，包括以下步驟：

步驟1，影像下載，即根據研究需求，下載指定研究區域歷年遙感影像；

步驟2，影像預處理，即對影像進行幾何校正、鑲嵌、裁剪、輻射定標、大氣校正等預處理操作；

步驟3，單窗算法，即利用公式1對影像熱紅外波段DN值進行光譜輻射值計算，利用公式2對影像熱紅外波段進行亮度溫度的計算，利用影像紅外和近紅外波段計算NDVI值，利用NDVI和公式3計算地表比輻射率，估算大氣透射率，利用單窗算法計算地表溫度；

步驟4，將每個時刻的單窗算法處理后的衛星遙感圖像按照一定大小切成若干個小的圖片并標記每張圖片的區域以及時間序列數，構造PredRNN模型，PredRNN通過在上一個序列的最頂層建立一個通道連接到下一個序列的第一層作為隱層輸入，實現了網絡能夠結合利用最靠近輸出層特征的效果；

步驟5，將步驟4切分后的圖片集處理為序列集的形式，將圖片序列集按照訓練集與測試集的比例8:2進行切分，并使用PredRNN進行訓練，用測試集作為模型的參數調優的評估，最終確定模型，得到模型關于歷史衛星遙感圖片與未來衛星遙感圖片的變化關系；

步驟6，通過訓練好的PredRNN模型對未來城市地表溫度進行外推預測。

進一步地，公式1為：

L₁₀＝gain*DN+bias

式中：L₁₀為光譜輻射值；gain為增益量；bias為偏移量。

進一步地，公式2為：