基于天空可视因子的城市热辐射解析方法及模型

本公开涉及热红外遥感，尤其涉及一种基于天空可视因子的城市热辐射解析方法及模型。

背景技术：

1、城市地表温度在观测和理解城市环境中的能量交换中起着至关重要的作用。热红外遥感是获取区域或全球尺度上地表温度和地表发射率的最有效方法之一。卫星热红外传感器接收到的辐射亮度是反演地表温度的重要物理。

2、城市下垫面具有复杂的三维结构和辐射传递过程。对于平坦表面，可以通过普朗克函数从材料发射率和表面温度中计算得到辐射亮度。然而，由于复杂的城市几何形状和材料组成，辐射传输在具有三维结构的城市冠层内会发生多次散射，使得城市组分表面比二维平面吸收更多的能量，最终导致城市表面温度升高。自然地表和城市地表的热辐射具有很强的方向性特征，通常表示为方向的函数。城市的热各向异性与复杂的城市地表几何形状和材料发射率的异质性有关。方向性热辐射的研究可以用来校正遥感城市地表温度观测的角度效应。对城市热辐射的正确理解有利于提高城市地表温度、发射率反演的精度。

3、然而现有的城市热辐射的解析模型还存在城市辐射亮度估算中对大气效应的忽略、对于城市三维结构参数对城市冠层内热辐射传输过程描述的复杂性以及周围环境辐射描述的不清晰等技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，本公开提供了一种基于天空可视因子的城市热辐射解析方法及模型。

2、为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

3、根据本公开一个方面的实施例，提供了一种基于天空可视因子的城市热辐射解析方法，包括：操作s10：计算基于不同建筑组分的城市表面发射率；操作s20：对入瞳辐射亮度进行大气校正，并得到大气效应参数；操作s30：基于解算的dsm数据得到不同建筑组分的城市区域天空可视因子；操作s40：基于天空可视因子预构建城市热辐射解析模型，将城市地表温度、城市表面发射率、城市天空可视因子、大气效应参数作为输入参数，计算得到卫星入瞳城市辐射亮度。

4、根据本公开实施例，操作s10包括：获取地表温度卫星数据，利用城市建筑组分材料的发射率光谱，结合卫星传感器的热红外波段的通道响应函数，采用卷积运算，得到城市不同建筑组分的表面发射率。

5、根据本公开实施例，操作s10还包括：取常用建筑材料的通道等效发射率的平均值赋值给不同建筑组分表面；不同建筑组分包括屋顶、墙面以及地面。

6、根据本公开实施例，操作s20中，根据城市区域的大气廓线数据和卫星传感器热红外波段的通道响应函数，对入瞳辐射亮度进行大气校正，得到大气效应参数。

7、根据本公开实施例，大气效应参数包括大气透过率、大气上行辐射亮度、大气下行辐射亮度。

8、根据本公开实施例，操作s30中包括：根据卫星立体像对影像解算得到的dsm数据；使用天空可视因子自动计算处理软件，对输入的dsm数据处理得到天空可视因子影像。

9、根据本公开实施例，对于高空间分辨率的卫星热红外遥感影像，搜索半径为10个像元，搜索方向为32个方位角时，可以获取高精度的天空可视因子。

10、根据本公开实施例，入瞳城市辐射亮度li计算公式表达为： ；

11、式中，τ为大气透过率；εi为遥感影像中像元i的发射率，εw为墙面的发射率，b(ti)为像元i的黑体辐射亮度；b(twi)为像元i邻近的墙面的黑体辐射亮度；svfi为像元i的天空可视因子；为大气下行辐射亮度，为大气上行辐射亮度。

12、根据本公开实施例，不同建筑组分的城市区域天空可视因子，描述了各组分受到来自周围环境辐射的辐射分量组成，包括墙面和地面之间，墙面和墙面之间以及屋顶和墙面之间的多次散射，分别表达为：

13、；

14、；

15、；

16、；

17、其中，表示从墙面发射的辐射，被地面反射后最终被传感器所接收的辐射亮度，表示从地面发射的辐射，被墙面反射后再被传感器所接收的辐射亮度，表示周围墙面发射的辐射，被墙面反射后再被传感器所接收的辐射亮度，表示墙面和屋顶之间的辐射传递，b(tg)，b(tw)和b(tr)分别表示地面，墙面和屋顶的黑体辐射亮度，εg, εw和εr分别是地面，墙面和屋顶的发射率，τ表示大气透过率，m表示多次散射的总次数，i表示第i次散射，svfg表示地面的天空可视因子，svfw表示垂直墙面的天空可视因子，svfr表示屋顶的天空可视因子。

18、本公开的另一方面，提供一种执行上述任一项城市热辐射解析方法的城市热辐射解析模型，适用于卫星或机载遥感数据的城市区域热辐射的解析、校正。

1.一种基于天空可视因子的城市热辐射解析方法，包括：

2.根据权利要求1所述的城市热辐射解析方法，操作s10包括：获取地表温度卫星数据，利用城市建筑组分材料的发射率光谱，结合卫星传感器的热红外波段的通道响应函数，采用卷积运算，得到城市不同建筑组分的表面发射率。

3.根据权利要求2所述的城市热辐射解析方法，操作s10还包括：取常用建筑材料的通道等效发射率的平均值赋值给不同建筑组分表面；不同建筑组分包括屋顶、墙面以及地面。

4.根据权利要求1所述的城市热辐射解析方法，操作s20中，根据城市区域的大气廓线数据和卫星传感器热红外波段的通道响应函数，对入瞳辐射亮度进行大气校正，得到大气效应参数。

5.根据权利要求4所述的城市热辐射解析方法，所述大气效应参数包括大气透过率、大气上行辐射亮度、大气下行辐射亮度。

6.根据权利要求1所述的城市热辐射解析方法，操作s30中包括：

7.根据权利要求6所述的城市热辐射解析方法，对于高空间分辨率的卫星热红外遥感影像，搜索半径为10个像元，搜索方向为32个方位角时，可以获取高精度的天空可视因子。

8.根据权利要求1所述的城市热辐射解析方法，入瞳城市辐射亮度li计算公式表达为：

9.根据权利要求3所述的城市热辐射解析方法，不同建筑组分的城市区域天空可视因子，描述了各组分受到来自周围环境辐射的辐射分量组成，包括墙面和地面之间，墙面和墙面之间以及屋顶和墙面之间的多次散射，分别表达为：

10.一种执行上述权利要求1-9中任一项所述的城市热辐射解析方法的城市热辐射解析模型，适用于卫星或机载遥感数据的城市区域热辐射的解析、校正。