[發明專利]一種基于GWDM的地表溫度降尺度方法

在審

• 申請號: 202210492139.7
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114972986A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 申曉群;羅小波
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發明請求保護一種基于地理加權杜賓模型(Geographically WeightedDurbin Model,GWDM)的地表溫度空間降尺度方法。高時空分辨率的地表溫度在環境生態和氣候系統的研究中至關重要。但由于技術上的限制，衛星熱傳感器無法同時提供高時間分辨率和高空間分辨率的熱紅外圖像。空間降尺度方法在假設尺度不變性的前提下，結合低空間分辨率LST和來源于其他衛星傳感器的具有高空間分辨率的輔助數據來提高溫度圖像的時空分辨率。但是空間非平穩和空間自相關并存于大多數空間變量中，在降尺度過程中應充分考慮地表溫度的空間特征作為空間變量。然而，以往對地表溫度降尺度的研究僅考慮了空間非平穩，忽略了自變量和因變量間的空間自相關。

技術領域

本發明屬于遙感圖像處理技術領域，細分為地表溫度降尺度方向，涉及一種基于GWDM(Geographically Weighted Durbin Model地理加權杜賓模型)的地表溫度降尺度算法。

背景技術

地表溫度是影響環境生態和氣候系統的關鍵物理參數之一，被廣泛應用于各種科學研究，包括從局部到全球尺度的環境建模、土壤水分研究、地表城市熱島與環境監測、環境生物地球化學過程模擬和氣候變化評估。近年來，LST的重要性得到了越來越多的關注。

目前較大范圍的地表溫度獲取方式仍主要是通過衛星搭載的熱傳感器來獲取，其能夠從宏觀和動態兩方面探測和描述地表溫度的空間差異和時間差異)，而常規的地面站點觀測方式難以獲得區域和全球尺度的地表溫度時空分布。然而受到衛星遙感成像技術的制約，目前常用的熱紅外傳感器所提供的熱紅外數據通常存在空間分辨率與時間分辨率的矛盾，無法在單一衛星或傳感器上同時獲取高空間分辨率的地表溫度數據。同時熱混合效應和云層覆蓋的影響也進一步減少了可用的熱紅外影像。為了獲得高分辨率的時空數據，需要采用選定的方法對熱紅外數據進行處理，地表溫度降尺度就是其中一種有效且常用的方法。

雖然研究人員通過各種統計回歸方法，從線性到非線性，從全局到局部，努力提高LST降尺度算法的準確性和可靠性，但仍有一些問題需要進一步研究。其中最關鍵的問題是，這些統計降尺度算法主要是解決地表溫度與尺度因子之間的空間非平穩性，而沒有考慮地表溫度與地表溫度之間，以及地表溫度與尺度因子之間的空間自相關。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種基于GWDM的地表溫度降尺度方法。本發明的技術方案如下：

一種基于GWDM的地表溫度降尺度方法，其包括以下步驟：

將空間杜賓模型SDM引入地理加權回歸，同時考慮地區間的空間非平穩和地表溫度數據間以及地表溫度與尺度因子之間的空間自相關，用于描述地表溫度和尺度因子之間的關系；地理加權杜賓模型GWDM是對地理加權回歸模型GWR的擴展，將空間杜賓模型SDM引入地理加權回歸模型GWR，用于描述地理變量的地理非平穩性和地表溫度間的空間自相關性，以及地表溫度與尺度因子間的空間自相關性；空間自相關性是指地理變量可能呈現出空間依賴效應，氣流和地表存在熱傳遞現象，使得熱運動產生，LST在空間上會互相影響，可能會存在自相關性，權重矩陣是基于兩個觀測點之間的地理空間距離來計算。

進一步的，所述GWDM模型表示如下：

式中，(u_i,v_i)表示點i在地理空間坐標中的位置信息；y_i和x_ik是GWDM方法點i處的因變量和第k個自變量；β₀(u_i,v_i)和β_k(u_i,v_i)分別為自變量x_k在點i處的截距和局部回歸系數；ρ(u_i,v_i)是因變量的自回歸系數；是第k個自變量的自回歸系數；ε_i是點i的回歸殘差；是空間鄰接矩陣，大小為(u×v)×(u×v)；Y是因變量矩陣；n是像素總數。