[发明专利]煤田火区的机载热红外高光谱遥感定量探测方法

摘要

本发明属于遥感探测技术领域，具体涉及一种煤田火区的机载热红外高光谱遥感定量探测方法；本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种解决煤田火区复杂危险环境下无法快速准确地定位煤火燃烧位置和燃烧范围的难题的煤田火区的机载热红外高光谱遥感定量探测方法；包括以下步骤：步骤一：数据获取；步骤二：几何校正和图像均色镶嵌；步骤三：煤火探测波段选择；步骤四：地表温度反演模型；步骤五：热异常信息提取；步骤六：基于发射率特征精确提取煤田火区范围；实现了煤田火区的定量化探测，探测煤火区范围准确，采用的方法步骤简洁，完全可用于高光谱热红外遥感技术的煤田火区探测当中，为煤田火区灭火工程提供实时性支撑数据。

主权项

1.一种煤田火区的机载热红外高光谱遥感定量探测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：数据获取采用已知激光发生器和黑体对传感器进行实验室光谱定标和辐射定标，低温黑体参考源设定0℃，高温黑体参考源设定100℃，选择地面线性目标明显的区域进行传感器几何参数校正飞行，获取校正数据；按照设计的飞行航线进行高光谱数据获取，同时，采用高灵敏度的红外辐射点温计进行地面同步温度测量，作为高光谱数据的定标数据；步骤二：几何校正和图像均色镶嵌；将POS定位数据、原始IMU数据、DEM数据和地面GPS基站数据输入ITRES系统数据处理模块，对航空高光谱热红外数据进行系统几何差误校正；在此基础上，从高精度地形图上选取大于30个的控制点进行几何精校正，消除地形起伏引起的航带无规律性几何误差；确定一幅参考航带影像作为输出镶嵌图像的基准，根据相邻航带影像重叠区的统计辐射差异，采用色阶调整方法如公式(1)所示，将具有色差的航带影像调整到参考影像上去，使相邻图像的色调保持一致；最后，采用数据重叠区像元值直方图统计方法进行匀色处理，彻底消除相邻航带辐射差异；其中，X为待调整的航带数据；R为辐射调整系数，根据相邻影像值差异统计确定；n为原数据辐射量化值，m为数据调整后辐射量化值，通常m＝n；步骤三：煤火探测波段选择对高光谱热红外数据进行噪声统计分析，删除条形噪声大、信噪比低、地物辐射亮度差异小的波段，选择背景与热异常辐射亮度值存在明显差异，且中、低、高温异常辐射亮度值差异较大，作为参加地表温度反演的数据；步骤四：地表温度反演模型采用发射率归一化方法初步估算地表温度，利用最小二乘线性回归方法获取估算地表温度与地面同步测温数据间的回归校正参数，利用校正参数对估算温度进行优化校正，提高温度反演精度；(1)假设获取的高光谱热红外数据在某个波段存在发射率最大值εmax，在此不考虑环境辐射，根据Planck定律由公式(2)求得各波长的初步估算温度：式中，L(λ)为传感器获取的辐射亮度值，c1，c2为普朗克常量；εmax由影像中地物的最大发射率赋值；(2)取各波长温度最大值作为目标估算温度：TM＝max(Tλ) (3)(3)基于最小二乘线性回归拟合的方法，利用初步估算温度和地面同步测量温度的拟合系数再对初步估算温度数据进行校正，消除环境辐射的影响；步骤五：热异常信息提取根据反演的温度图像信息进行直方图概率统计分析，寻找高频温度向低频温度过度的拐点位置，作为热异常温度阈值下限；步骤六：基于发射率特征精确提取煤田火区范围传感器接收到的热红外辐射包括地物自身辐射、大气上行辐射和地物对周围环境的反射辐射，在热平衡条件下，地物反射的周围环境辐射主要是大气下行辐射；基于地表朗伯体的条件下，根据基尔霍夫定律可知，地表的反射率与发射率之和为1，热红外高光谱波段范围内传感器接收到的辐射亮度可以表示为：τλ为传感器与目标之间的大气透过率，ελ为地物发射率，Bλ(Tc)为温度为Tc的黑体辐射，可以根据普朗克黑体辐射公式求得；分别为大气的下行辐射和上行辐射；在不具备同步探空数据的情况下，利用Modtran4模拟计算τλ；将(4)式变换得到发射率ελ的计算公式：Bλ(Tc)，τλ均为传感器相应通道带宽内的积分平均值；需要注意的是，基于发射率特征精确提取煤田火区范围，热红外高光谱全部波段数据参与运算，与步骤三中选择的煤火探测波段不同；分析干扰因素与煤火区地物发射率的差异：采用比值法增强发射率波段差异，突出目标煤田火区与干扰因素之间的差异；利用阈值分割的方法在bp图像中将热厂房从热异常中分离出来，生成厂房热异常范围感兴趣区；再选取阈值在bw图像中将水体从热异常中分离出来，生成水体热异常范围感兴趣区；最后将热厂房和水体热异常范围进行合并，生成热厂房、水体非煤火干扰热异常范围感兴趣区；将生成的非煤火干扰热异常范围感兴趣区作为掩膜文件从步骤五中提取的热异常范围中去除，达到准确提取煤田火区的目的。