[发明专利]一种遥感地表温度数据的时空一体化融合方法

摘要

本发明涉及定量遥感数据处理技术领域，公开了一种遥感地表温度数据的时空一体化融合方法，首先对遥感地表温度数据进行预处理，其次，利用多时相温度数据和对应的时间求解地表温度昼夜变化模型参数，实现空间无缝，最后在极轨卫星地表温度影像数据上逐窗口筛选相似像元，结合由多时相静止卫星与上述模型构成的时间差异、尺度差异、相似度差异以及欧氏距离等权重因子，共同构建时空一体化融合模型并求解生成空间无缝的高时空分辨率地表温度数据集。本发明充分利用极轨卫星与多时相静止卫星地表温度数据的时空互补信息和静止卫星地表温度的昼夜变化规律，不需要任何辅助数据，易于实现，实用价值高，可用于时空无缝的遥感地表温度数据业务化运行。

主权项

一种遥感地表温度数据的时空一体化融合方法，其特征在于：设有一个空间无缝的极轨卫星地表温度数据M和同一地区的多时相静止卫星地表温度数据Gtp,p＝0,1,…n且n>10；进一步假设在时间序列t0、t1…tn‑1、tn上有一景地表温度数据G与极轨卫星地表温度数据M获取时间上对应，则实现时空一体化融合包括以下步骤:步骤一、对地表温度数据M和Gtp，p＝0,1,…n进行预处理，包括几何配准、裁剪、温度单位转换、空值标记和重采样；步骤二、基于昼夜变化模型的空间修复：根据当前时相待修复像元在其它时相对应有效像元值的数量分如下两种情况求解所述昼夜变化模型的参数，并进行空值修复；情况1)若当前时相的待修复像元在其它时相上有足够非空值像元，直接利用这些有效值与对应时间构成的数据对按需求分白天和晚上进行所述昼夜变化模型参数拟合；情况2)若待修复像元的其它时相有效像元及其对应时间构成的数据对不足以进行温度昼夜变化模型参数拟合时，则以相邻时相tx对应的非空值像元为中心像元开一个窗口，设窗口大小为wa×wa，wa根据G的特征而定，在窗口内筛选相似像元，筛选条件为：邻域像元与中心像元差的绝对值小于或等于该中心像元相关的函数，用公式表达为：其中G(i,tx)为时间tx时静止卫星地表温度数据G上窗口内邻域像元，G(wa/2,tx)为静止卫星地表温度数据G上窗口内中心像元，da为常量，使得筛选的相似像元满足其它时相上有足够多的有效数据对；利用这些有效数据对进行所述昼夜变化模型参数的拟合数据；步骤三、构建遥感地表温度数据时空一体化融合模型：在地表温度数据M上逐个以像元为中心像元开一个大小为wb×wb的窗口，窗口大小视M特征而定，按以下公式在窗口内筛选相似像元:|M(i,t)‑M(wb/2,t)|≤db×2M(wb/2,t)其中M(i,t)为时间t时M上窗口内邻域像元，M(wb/2,t)为M上窗口内中心像元，db为常量，计算相似像元地表温度数据在当前时间和预测时间间的温度变化值与中心像元所在昼夜变化模型的温度变化值的差异TDi如下，TDi＝|G(i,t)‑G(i,tx)‑(Temp(wb/2,t)‑Temp(wb/2,tx))|其中，G(i,t)为当前时间t的静止卫星地表温度数据G上窗口内第i个邻域像元，G(i,tx)为时间tx时静止卫星地表温度数据G上窗口内第i个邻域像元，i为正整数，其最大值为窗口大小；结合TDi及其它参量构建以下相似像元的权重函数表达式：其中SDi是窗口内相似像元与中心像元的相似度、Vi是由M上窗口内相似像元与中心像元温度变化差异、欧式距离以及不同分辨率地表温度数据间尺度差异共同构成；假设地表温度数据M和Gtn在时间tn时对应，作为基础时间对，其它时间序列tx∈{t0、t1、...tn‑1}作为预测时间，得到时空一体化融合模型：M(wb/2,tx)=ΣwWi×(M(i,tn)+G(i,tn)-G(i,tx))]]>其中，M(wb/2,tx)为融合的空间无缝且高时空分辨率的地表温度数据，具有静止卫星G的时间分辨率和极轨卫星M的空间分辨率。