[發明專利]一種多尺度信息融合的地熱異常區提取方法

有效

• 申請號: 202110372417.0
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113192007B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 付佳妮;管勇;何鵬;徐美君;董杰;解永健;趙鋒;徐銳
• 申請（專利權）人: 青島地質工程勘察院（青島地質勘查開發局）
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/10;G06T7/136;G06T3/40
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周科技

1.一種多尺度信息融合的地熱異常區提取方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：獲取研究區域不同時期的遙感影像并進行預處理，所述預處理包括輻射定標、大氣校正、幾何校正、鑲嵌裁剪；

步驟2：使用全約束最小二乘混合像元分解和亞像元空間引力模型提高遙感影像的分辨率，得到亞像元地物分布圖；

步驟3：采用基于地表類型權重疊置法獲得高分辨率熱紅外波段的熱輻射值，并在此基礎上使用單窗算法反演地表溫度；

步驟4：分別使用全局閾值、局部分塊和高程分區三種方法提取溫度異常范圍，計算三種方法所得結果的交集作為最終提取的溫度異常區；

其中，使用高程分區方法提取溫度異常，確定高溫異常區和低溫異常區的閾值，公式如下：

T_H＝M^T+F′(1-α_H)σ^T

T_L＝M^T-F′(1-α_L)σ^T

其中T_H為高溫異常區閾值，T_L為低溫異常區閾值；F是概率論中的F-分布，F′(a)表示分布函數值為a時所對應的標準化溫度值；M^T和σ^T分別是研究區域地表溫度的均值和方差；α_H和α_L分別是研究區域中高、低溫異常區所占比例；

使用全局閾值方法提取溫度異常時，全局閾值設置為T_th＝M^T+eσ^T；1≤e≤2；

使用局部分塊方法提取溫度異常時，將整個研究區域分割成大小一致的子塊，然后使用全局閾值T_th分別去提取每個子塊中的溫度異常；

步驟5：結合研究區域的地質斷裂和步驟4所提取的溫度異常區圈定地熱異常范圍；

步驟6：根據研究區域先驗知識采用無人機熱紅外對地熱異常區進一步提取。

2.根據權利要求1所述的多尺度信息融合的地熱異常區提取方法，其特征在于：所述步驟2中，采用的全約束最小二乘混合像元分解包含兩個約束條件：一個像元內每種端元的豐度圖的像元亮度值范圍在0～1之間，并且和為1；首先使用最小噪聲分離變換MNF實現數據降維，然后計算純凈像元指數PPI，該指數越大代表像元的純度越高，接著通過設置閾值選擇純凈的像元投影到MNF變換主成分空間，最后結合n維可視化工具確定端元類型。

3.根據權利要求1所述的多尺度信息融合的地熱異常區提取方法，其特征在于：所述步驟2中，使用亞像元空間引力模型SPSAM進行亞像元制圖，通過計算像元內各個亞像元和其對應的鄰域像元間空間引力大小，確定各亞像元的類別；具體如下：

記p_ij為像元P_ab內的一個亞像元，i,j＝1,2,…,S；a＝1,2,…,L_a；b＝1,2,…,L_b；L_a和L_b分別為低分辨率圖像的行數和列數；S為放大比例值；則亞像元p_ij受到其鄰域像元中第c類分量的引力之和D_c,ij為：

其中d_k為亞像元p_ij幾何中心和像元P_k的幾何中心的歐氏距離，c＝1,2,…,C,C是類別數目，N_A是領域像元個數，w_k是各個鄰域像元的空間相關性權值，F_c(P_k)是第k個領域像元P_k中第c類的分量值；最后根據D_c,ij的大小來確定像元P_ab內屬于類c的亞像元，對應引力值最大的D_c,ij亞像元歸于c類。

4.根據權利要求1所述的多尺度信息融合的地熱異常區提取方法，其特征在于：所述步驟3中，計算地表溫度時，根據不同的地物對熱輻射的貢獻差異確定權重；從亞像元地物分布圖中選取相應類別的樣本，選取同種類別聚集的區域作為樣本，以其中一種地物作為參考，采用比值法確定各類型的權重，然后使用疊置法進行像元分解；提高分辨率的熱紅外波段的熱輻射值表示如下：

其中w(i,j)為分割的子像元(i,j)所對應的低空間分辨率像元的權重，I為低分辨率影像中熱紅外波段像元的輻亮度值，I(i,j)為對應高空間分辨率中子像元(i,j)的輻亮度值；S為放大比例值；

然后使用單窗算法反演地表溫度信息，公式如下：

C＝ετ，D＝(1-τ)[1+(1-ε)τ]

其中T_S為地表溫度，T_sensor為傳感器上的亮度溫度，T_a為大氣平均溫度，ε為比輻射率，τ為大氣透射率，a，b為常數。