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短波红外遥感高温目标温度反演模型研究

于一凡  
【摘要】:高温目标温度显著高于常温地物,包括煤层自燃、土法炼焦、林火、草原火、油井火炬、火山喷发等,高温目标识别及温度反演方法研究对遥感资源调查、环境监测、灾害预警等具有重要的理论意义和实用价值。 相较于热红外数据,短波红外波段数据更能精确识别和定位高温目标。本文以地表为朗伯体、常温地物与高温目标成分和温度是均一的、常温地物与高温目标的辐射能量为线性叠加为前提,并基于普朗克函数、能量守恒等原理,建立地表处短波红外混合像元温度反演模型并进行敏感性分析及参数估算,在此基础上采用马氏距离、因子分析法进行高温目标的识别,对识别结果进行温度反演来验证模型的可行性并与热红外温度反演结果相对比。主要研究成果如下: 1.由短波红外高温目标温度反演模型,确定了大气透过率Tθ、常温背景反射率ρ、高温目标发射率ε、高温目标面积百分比S和温度T共5个关键参数,并采用控制变量法对各参数进行敏感性分析。对参数的估算及求解中,大气透过率Tθ可以通过辐射传输模型MODTRAN反演出来,常温背景反射率ρ是由背景像元估算法获取的,对于土法炼焦高温目标发射率ε是通过对野外采集的煤、炭、焦炭样品的反射率反算获取的,而其它类高温目标的发射率用近似黑体辐射代替,这些参数的求解及估算为温度反演奠定了基础。 2.短波红外高温目标识别与温度反演的模型的适用性研究结果表明:可识别的最低温度为525K(高温目标充满整个像元时)、最小面积百分比为0.0003。也就是说,即使高温目标面积很小,但当温度达到一定程度,仍可被识别出来。 3.高温目标识别结果表明:马氏距离多元截尾法、马氏距离多类判别法和因子分析法用于高温目标识别,识别精度分别为82%、79%和85%,能够将高温目标有效的识别出来。 4.对典型高温目标土法炼焦、林火、油井火炬的温度反演,结果表明:短波红外温度反演结果与实际温度(500K±)相吻合,而基于辐射传输方程法的热红外温度反演结果与背景较为相近,易混淆,即热红外遥感数据并未能较好地反映出高温目标特性。


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