热红外遥感图像模拟中异质异构地表像元辐射计算方法研究

基本信息
批准号:41501402
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:赵利民
学科分类:
依托单位:中国科学院空天信息创新研究院
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:谢勇,李玲玲,刘苗,王靓,殷亚秋
关键词:
城市热环境计算机仿真模拟热红外遥感遥感数据模拟
结项摘要

Thermal infrared (TIR) remote sensing imagery simulation is a significant pre-guiding procedure required by the future TIR sensors’ prototyping and performance evaluation. Precisely estimation of heterogeneous land surface thermal radiance (LSTR) is a key factor that determines the TIR image simulation. This proposal, based on the combination of techniques of the land surface energy balance (SEB), the heat transfer and the spectral mixing analysis, the origination and the mixing mechanism of LSTR at pixel scale are analyzed. Firstly, the feature distributions of land thermophysical property (LTPD) are retrieved from the visible and near infrared (VNIR) multispectral remote sensing imageries, by extracting the exponent of endmembers of typical materials and calculating the coverage ratio of endmembers in each pixel. The shape factor of heterogeneous components is calculated using statistical parameters of land buildings. Secondly, the dynamic variations of LSTR is simulated by establishing a surface temperature model using the SEB equation and the LTPD. The multiple scattering radiance within heterogeneous non-isothermal components is calculated using the shape factor. The surface radiance at pixel scale is subsequently simulated through linear combination of the effective radiance of each component. Finally, the proposed approach is validated and evaluated using the acquired airborne TIR remote sensing imageries. This research is expected to build an effective approach for the LSTR simulation over urban surfaces, and to further improve the accuracy and reliability of TIR image simulation. Of greater importance, the results of this research will provide the sensor designers and the end-users with future images in an operational context.

热红外遥感图像模拟是提高红外载荷应用效能的重要先导性研究,难点在于像元尺度异质异构地表有效辐射强度的精确计算。项目基于能量平衡、辐射换热和光谱混合分析理论,构建像元尺度热辐射计算方法,提高复杂地表热红外遥感图像模拟的精度与可靠性。以城市下垫面为研究对象,分析地表覆盖模式,通过可见-近红外多光谱图像解混以提取组分异质信息,利用结构参数计算异构组分间辐射换热可视因子。继之,由地表能量平衡方程分析地表热辐射变化特征,并建立基于可视因子的热红外多次散射估算方法,实现组分有效辐射精确计算。在此基础上,通过组分有效辐射的线性组合,建立像元尺度地表辐射计算模型,藉此模拟不同时相地表热红外辐射图像,并利用热红外航空遥感数据分析评价模拟精度。通过项目研究,将厘清异质异构地表热辐射变化与相互作用特征,建立物理原理可靠、模拟精度高、计算简便的复杂地表像元辐射计算方法,为热红外遥感图像模拟提供准确有效的技术支持。

项目摘要

热红外遥感图像模拟是认识红外遥感系统规律与数据特点重要基础手段,对于提高新型红外遥感系统应用效能和数据处理分析水平具有重要意义。项目基于能量平衡、辐射换热和光谱混合分析理论,构建像元尺度热辐射计算方法,提高复杂地表热红外遥感图像模拟的精度与可靠性。通过研究,项目在以下3个方面取得成果:1)以城市下垫面为例分析地表覆盖模式,对可见-近红外多光谱图像解混获取到组分异质信息,并利用结构参数计算了异构组分间辐射换热可视因子。2)利用地表能量平衡方程分析地表热辐射产生机理与变化规律,并利用可视因子解析计算出组分间多次散射,建立了像元尺度地表有效辐射计算模型,模拟生成地表热红外辐射图像。3)利用热红外航空遥感数据对图像模拟精度进行分析了评价。通过项目研究,厘清了异质异构地表热辐射产生与相互作用规律,建立物理原理可靠、模拟精度高、计算简便的复杂地表热红外图像模拟方法,为新型热红外遥感系统性能优化与应用模型研发提供技术支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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