热红外数据反演地表温度.pptx

分类号密级UDC 编号中国科学院研究生院博士学位论文热红外辐射定标及地表温度反演研究朱利指导教师顾行发研究员中国科学院遥感应用研究所申请学位级别理学博士学科专业名称地图学与地理信息系统论文提交日期 2008-5-10 论文答辩日期2008-6-6培养单位中国科学院遥感应用研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席中国科学院遥感应用研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解中国科学院遥感应用研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，研究所可以公布论文的部分或全部内容。

（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要为了满足遥感定量化应用需求，需要开展热红外辐射定标研究和地表温度反演研究，这具有重要的意义。

论文以辐射传输模拟为主要手段，通过多场地、多时相场地辐射定标和无场地交叉辐射定标手段，开展高精度热红外辐射定标研究，再对劈窗和单窗通道设置下地表温度反演精度进行论证分析，最后进行海表温度的定量反演和真实性检验研究。

论文主要包括以下四个部分：第一部分：2004年8月至2007年9月在青海湖和达里湖进行了四次同步场地实验，对TERRA星MODIS传感器进行热红外场地辐射定标研究。

研究方法是在卫星过境时利用定标好的红外辐射计CE312测量水体向上的辐亮度，同时进行气象探空观测获取当时当地大气温湿压廓线，探空数据输入到辐射传输模型MODTRAN计算出大气透过率和向上程辐射，从而推算出卫星入瞳处的通道表观辐亮度。

热红外遥感（Infrared Remote Sensing）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。

即利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。

目前有很多的卫星携带了热红外传感器，包括ASTER、AVHRR、MODIS、TM/ETM+/ TIRS等。

目前，地表温度反演算法主要有以下三种：大气校正法（也称为辐射传输方程：Radiative Transfer Equation——RTE）、单通道算法和分裂窗算法。

本实例是基于大气校正法，利用Landsat8 TIRS反演地表温度。

基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。

具体实现为：卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射亮度L↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下辐射到达地面后反射的能量。

卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ的表达式可写为（辐射传输方程）：Lλ = [εB(T S) + (1-ε)L↓]τ+ L↑（1.1）式中，ε为地表比辐射率，T S为地表真实温度(K)，B(T S)为黑体热辐射亮度，τ为大气在热红外波段的透过率。

则温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(T S)为：B(T S) = [Lλ - L↑- τ(1-ε)L↓]/τε（1.2）T s可以用普朗克公式的函数获取。

T S = K2/ln(K1/ B(T S)+ 1) （1.3）对于TM，K1 =607.76 W/(m2*µm*sr)，K2 =1260.56K。

对于ETM+，K1=666.09 W/(m2*µm*sr)，K2 =1282.71K。

对于TIRS Band10，K1= 774.89 W/(m2*µm*sr)，K2 = 1321.08K。

地表温度反演目录一：单窗算法 (3)1.1实验原理 (3)1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程： (3)1.1.2化简后最终的单窗体算法模型为： (3)1.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计 (3)1.1.4大气透射率t6的估计 (3)1.1.5地表比辐射率的估计 (4)1.1.6像元亮度温度计算 (4)1.1.7遥感器接收的辐射强度计算 (4)1.2操作步骤 (5)1.2.1研究区示意图 (5)1.3实验结果 (7)1.3.1灰度图像 (7)1.3.2密度分割后图像 (7)二：单通道算法 (8)2.1实验原理 (8)2.1.1单通道算法模型为： (8)2.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计 (8)2.1.3大气透射率t6的估计 (8)2.1.5像元亮度温度计算 (8)2.1.6遥感器接收的辐射强度计算 (9)2.2操作步骤 (9)研究区示意图 (9)2.2.1计算L6 (10)2.2.2T6e6的求算 (10)2.2.3计算R (10)2.2.4计算t (10)2.3实验结果 (11)2.3.1温度反演灰度图像 (11)2.3.2密度分割后的图像 (11)三：辐射方程 (12)3.1实验过程 (12)3.1.1数据准备 (12)3.1.2地表比辐射率的估计 (12)3.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值 (12)3.1.4反演地表温度 (13)3.2温度反演结果 (13)一：单窗算法1.1实验原理1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程：B6(T6)=t6(q)[ ε6B6(Ts)+(1-ε6)I6~]+I6_Ts是地表温度；T6是TM6的亮度温度；t6是大气透射率；ε6是地表辐射率。

B6(T6)表示TM6遥感器所接收到的热辐射强度；B6(Ts)是地表在TM6波段区间内的实际热辐射强度，直接决取于地表温度；I6~和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。

1.1.2化简后最终的单窗体算法模型计算Ts（地表温度）：Ts={a(1-C-D)+[b(1-C-D)+C+D]T6-DTa}/C式中C6=τ6ε6(ε6为比辐射率，τ6为透射率）D6=(1-τ6)[1+t6(1-ε6)]a =-67.355351，b=0.4586061.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计温度换算：T＝t＋273.15本图为9月份拍摄，对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0取平均气温为25摄氏度时Ta = 312.157531.1.4大气透射率τ6的估计τ6=0.974290-0.08007w，0.4≤w≤1.6。

可见光J 於L 外朋速大气^正地表真实温度反演魁1地表温度真实分布團Landsat TM 数据数据预处理可见光数据定标 热红外数抿定标工程区矢量数据地表正式温度反演熟红外液段辐射定标大气上行辐射热红外波段辐射亮度值四、具体步骤4.1、打开数据选择后缀为MTL的文件Eriiter Laridsdi MeLdDdt<± -ilendn es«Lang5flt4-1 7M • JOiOuglO导入后截图:3 Avaihbk Bard? list *=^ 回.File OptionsTM OddE T£t?lfFh|.rH4!?maO0t 1 JW1X 讣t9 Qiray Scal«RGB C□>!or■EM栄Mup Inf*同L51210J4_0 2 4201MSL i _HTL tztU TN IUI 削(B wid 1) (0. -labJ)口TN' Heta Osdl 凸(0 &&□□)口TN Ne-tn 3> OQ G5Q3]■- □ TW IU5 CBwid 4) OD 63035--□ TN Neia CBgdl 5J 〔1. G5EDJ-口TN Nftis. Ottj L d 7.) C2 2203)；；l 斷Nltp Txfvad BedridW 也让®^id 63 fLl 4509):1^1211134,Mg 01T1 K 7061 (JJytsJ LBSQJ4.2、数据辐射定标:Q Landsaft Calibration Input FileFile InformationFile ： FALan^at4-5 rM\£010Q910\L51?1034 Diifes ： 61T1 K 7061 x. B Si^: [Md 65,535 bytts Fil« Typ« : Luiditt Mtttctt*Sumnqr Typp ： Linds Tf Byte Order : Hast (Intel)Proj ection : ITU 」50 Hat thFinal: X Me i.ci >Datum ；帕S-&4Wavelength : 0- 4ES to E-茲 MicrcfnetersUpper Left Coa.ii.ei-:1, 1Bescriptioii ： GEOTIFF File Imf ortsd into ENVI LSur. Hw 30 21; 18: 49EOK]. <3E0W - LI METAIATA.FILE, ACQWISITTO1I_IWTE = SMCbDAll,SPACESRAfT_n )= Lands atS, SEESM_ID -TN, SUW_ELSVATION - El.366773^Spitid Sublet Full SctnsSpectral Subset6/6 Bands3K ] C&hcd. | hr ・vimai~| [“如―]Select Iiqyut File ：15121034 03^20100511 MTL. tit ISJ21034 03^01000.11 MTL. txt4.3、裁剪数据:定标后的数据需要进行影像裁剪处理， 选择需要分析的区域。

遥感技术专题——热红外遥感(TM数据反演地表温度，转自邓老师博客)2011-08-14 21:12:55| 分类：RS | 标签：|字号大中小订阅热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段，可以获取地球表面温度，在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。

由于热红外遥感涉及知识多而且深，特别是地表温度反演，需要大气传输、几个定律等方面的知识，本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法，能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。

本文主要包括：●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感（infrared remote sensing ）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。

这是一个狭义的定义，只是说明的数据的获取。

另外一个广义的定义是：利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。

热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。

如下图为黑体的辐射光谱曲线（不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线），常温的地表物体（300K 左右）发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，即地表热辐射。

热辐射不仅与物质温度的表面状态有关，物质内部组成和温度对热辐射也有影响。

在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm 两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。

热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。

2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深，下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。

●辐射出射度单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是wm-2●辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度(Radiance)，单位是瓦/平方米*微米*球面度()。

高光谱热红外数据反演地表温度与比辐射率方法研究王新鸿1,2,4,　邱　实3,　姜小光4,　欧阳晓莹1,2,　李召良1,3(1　中国科学院地理科学与资源研究所,北京　100101;　2　中国科学院研究生院,北京　100039;3　L S I I T/E N S P S,5B l d S e b a s t i e nB r a n t,67400,I l l k i r c h,F r a n c e;　4　中国科学院光电研究院,北京　100190)摘　要:　地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性和相关遥感应用的有效性。

多光谱热红外反演温度和比辐射率受到陆地表面类型复杂而观测信息不足的限制,很难同时反演出精确的地表温度数值和地表比辐射率数值。

高光谱热红外传感器的出现,为更好地解决这一难题带来了机遇。

利用高光谱热红外数据的优势和特性,提出了一种基于大气下行辐射残余指标(D R R I)的方法,实现了地表温度与地表比辐射率的准确分离。

通过高光谱热红外模拟数据的反演实验表明D R R I方法具有运算速度快、结果精度高、抗噪声干扰能力强等优点。

该方法能够应用于野外测量的高光谱热红外数据以及经准确大气校正后的星载高光谱热红外数据。

关键词:　高光谱;热红外;地表温度;比辐射率;大气下行辐射残余指标(D R R I);遥感中图分类号:　T P751 文献标识码:A 文章编号:1000-6060(2010)03-419-08(419～426) 地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们在城市热岛效应与绿洲冷岛效应、遥感干旱指数、地震红外辐射异常等环境生态监测评价研究中发挥着举足轻重的作用〔1-4〕。

地表温度与比辐射率反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性,从而对后续应用能否取得成功起决定性作用。

在利用多光谱热红外遥感数据提取地表温度和比辐射率的过程中,由于受制于问题本身的不确定性和观测通道数量的限制,很难做到将这两个数据同时准确反演。

度反演算法2023-11-06•引言•高分五号热红外数据介绍•地表温度反演算法原理•高分五号热红外数据地表温度反演算法设计•高分五号热红外数据地表温度反演算法实现与目应用•结论与展望录01引言研究背景与意义地表温度信息的重要性地表温度信息对于气候变化研究、生态环境监测、城市热岛效应等方面都具有重要的应用价值。

现有方法的不足现有的地表温度反演算法存在一些问题，如精度不够高、处理时间较长等，因此需要研究一种新的地表温度反演算法。

遥感技术的发展遥感技术已经成为了获取地表信息的重要手段，高分五号卫星的热红外数据对于地表温度的反演具有重要的意义。

国内外研究现状目前，国内外已经有一些关于地表温度反演的研究，主要集中在利用遥感数据和气象数据等方面。

研究发展趋势随着遥感技术的发展，利用高分五号热红外数据的地表温度反演算法将会越来越受到关注，未来的研究将会更加注重数据的精度和处理速度。

研究现状与发展研究目标本研究的目标是利用高分五号热红外数据，研究一种新的地表温度反演算法，提高反演精度和效率。

研究内容本研究将首先对高分五号热红外数据进行预处理，包括辐射定标、大气校正等，然后利用神经网络等机器学习方法进行地表温度反演，并对比不同算法的反演结果和精度。

研究目标与内容02高分五号热红外数据介绍•高分五号卫星是我国自主研发的先进地球观测卫星，具有高空间分辨率、宽光谱覆盖和多遥感数据获取能力。

该卫星搭载了热红外成像仪、短波红外成像仪、中波红外成像仪等先进仪器，可对地球表面进行高精度监测和观测。

高分五号卫星简介热红外数据特点与优势高分五号的热红外成像仪可以获取地表温度信息，具有以下特点高空间分辨率：能够获取高分辨率的热红外图像，有助于准确识别和定位地表温度异常区域。

宽光谱覆盖：可以覆盖短波、中波和长波红外波段，实现对地表温度的多角度观测。

高测量精度：能够准确测量地表温度，为地表温度反演算法提供可靠的数据基础。

数据采集与处理流程1. 卫星过境时，热红外成像仪获取地表温度信息。