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1、 本科毕业设计题 目:基于Landsat TM影像的南京地区地表温度反演 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 学生姓名： 指导教师: 职称: 二一 年 月 日基于Landsat TM影像的南京地区地表温度反演摘 要 城市地表温度的监测是当前的热点问题之一，其应用如城市热岛效应和城市冷岛效应。但是传统的技术方法存在较大的缺点 如周期长、效率低等问题而运用热红外遥感，进行城市地表温度监测，具有客观、准确、简便、时效性强的特点。本文利用Landsat5 TM遥感影像，基于其第6波段的然红外数据进行南京地区地表温度的反演。1 遥感影像的预处理，提取研究区。其过程如下，首先经过大气校正、辐射校正的遥
2、感影像，把影像的DN值转换为辐射值，接着基于可见光多光谱数据，提取研究区归一化植被指数（NDVI），然后根据NDVI制作植被覆盖度图，然后计算研究区的地表比辐射率，最后计算相同温度下黑体的辐射亮度值，并转换为地表的真实温度。结果表明:研究区内地表温度分布差异比较明显，且随着地表覆盖类型的变化而呈现不均匀的分布形态，其中道路和城市中心出现温度的高值（大于30)，城市边缘及城乡结合部，江心洲区域温度较高(26-30)，耕地及城市绿化用地温度低(20-26)，植被温度较低（16-20），河流温度更低（10-16），湖水和坑塘的温度最低(低于20)。计算的结果符合地表水热关系。本文设计的方法能较好地反
3、演出城市地表温度的分布状况。关键词：热红外遥感；Landsat TM；植被覆盖度；辐射亮度Surface Temperature Inversion of Nanjing Based on TM Landsat ImageABSTRACTThe monitoring of urban surface temperature is one of the hot issues， such as urban heat island effect and urban cold island effect. But the traditional technology and methods exist
4、 great disadvantages such as long period， low efficiency and the use of thermal infrared remote sensing， monitoring of urban surface temperature， is objective， accurate， convenient， timeliness strong characteristics. In this paper， the TM Landsat5 remote sensing image is used， and the surface temper
5、ature inversion of the Nanjing area is based on the sixth band of the natural data. 1 preprocessing of remote sensing image and extracting research area. The process is as follows， first after atmospheric correction， radiometric correction of remote sensing images， the image of DN value conversion v
6、alue for the radiation， then based on visible multi spectral data， extract the study area normalized difference vegetation index (NDVI)， then according to NDVI vegetation coverage map， and then count to calculate the surface emissivity， finally calculated under the same temperature blackbody radianc
7、e， and converted to the true surface temperature. The results showed that of mainland surface temperature obvious difference in distribution and with land cover type changes showed uneven distribution， the roads and urban center temperature of high value (more than 30 DEG C) and marginal urban and u
8、rban and rural combination， Jiangxinzhou area high temperature (26-30 degrees C)， cultivated land and urban greening in low temperature (20-26 degrees C)， low temperature / vegetation (16-20 DEG C)， River lower temperatures (10-16 DEG C)， the temperature of the water of the lakes and ponds minimum (
9、less than 20 DEG C). The results were in accord with the thermal relationship of surface water. The method of this paper can well show the distribution of urban surface temperature. Key words：Thermal Infrared remote sensing; TM Landsat， Vegetation Coverage; Rradiant brightness目 录1引言- 1 -1.1 选题背景与意义-
10、 1 -1.2 设计内容- 1 -1.3 技术路线- 1 -2 数据与软件- 2 -2.1数据源- 2 -2.1.1数据源分析- 2 -2.1.2研究所用软件简介- 4 -2.2遥感图像预处理- 4 -2.2.1提取研究区- 4 -2.2.2 辐射校正- 5 -2.2.3 大气校正- 7 -3地表比辐射率与辐射亮度值计算- 7 -3.1地表比辐射率的计算- 7 -3.1.1植被覆盖度计算- 8 -3.1.2 地表比辐射率的计算- 10 -3.2辐射亮度值计算- 10 -3.2.1计算方法- 10 -3.2.2获取参数- 11 -3.3辐射亮度值计算- 12 -4反演地表温度与制图- 13 -4
11、.1地表温度反演- 13 -4.2 图的整饰与输出- 14 -结论- 15 -南京林业大学本科生毕业设计1引言1.1 选题背景与意义地表温度的监测地球资源环境动态变化研究的重要内容之一。地表温度的监测对地表水文、地表生态环境和生物地球化学等领域的研究有重要意义。传统的方式获取地表温度比较麻烦，而且不够全面，其常用的做法是采用温度计测量大气温度，所测的结果只是测站点的局部温度。但是遥感不仅可以获取地表二维空间连续的温度分布，并且能够实时快速地获取大面积区域地表温度。因此利用遥感卫星影像反演地表温度，探索卫星热红外波段理论及其实际应用方法，已经逐步成为遥感应用学科的一个重要课题。热红外遥感记录的是
12、地表覆盖类型的热辐射能量，具有不破坏地表热力学状态的特点，用其反演陆面温度早已被科学家重视。随着遥感技术的发展，热红外遥感技术逐步完善和成熟，能很好地克服传统温度监测的不足，它能全面有效地探测，下垫面的温度分布。而且能周期性，动态地监测城市热环境的变化趋势，是研究城市热岛效应的重要手段。并且国内外许多学者利用热红外遥感资料进行温度反演的研究取得了良好的效果。1.2国内外研究概况对地表温度反演的研究主要集中在反演的数学方法上。国内外学者不断探索新的方法，利用TM影像进行温度反演最常用的方法有，基于影像的反演算法、单窗法、单通道法。无论是基于影像的反演算法、单窗法还是单通道法，都要解决的一个问题就
13、是地表比辐射率的计算。地表比辐射率是的计算，经常采用的方法是先对研究区的遥感影像进行监督分类，将研究区遥感影像分为水体、城镇和自然表面3种类型。而水体像元的比辐射率是个固定值，为0. 995，自然表面和城镇的比辐射率需要根据以下公式来确定：surface = 0.9625 + 0.0614FV - 0.0461FV2 building = 0.9589 + 0.086FV - 0.0671FV2 surface为自然表面的比辐射率，building为城镇的比辐射率，FV为植被覆盖度。FV的计算公式如下：FV= (NDVI- NDVIS)(NDVIV- NDVIS) NDVIs为NDVI值得最小
14、值，一般取像元累计5%处的值， NDVIV为NDVI值得最大值，一般取像元累计95%处的值。将大于NDVIV的值赋予1，将小于NDVIs的值赋予0，中间的值根据以下公式来计算得出：（NDVI ge NDVIs and NDVI le NDVIV）*（NDVI - NDVIs)/( NDVIV- NDVIs）。但是这些计算方法都存在着一个缺点，就是把像元看成同温同质体，反演得到的陆面温度只是像元的等效温度或平均温度。对于复杂目标而言，像元内的组分温度才具有实用价值，并且现有传感器的热红外通道间高度相关，不可能获得稳定的高精度解，即使增加通道数也无济于事，而且在目前传感器精度限制的情况下，热红外通
15、道间信息的高度相关会导致温度解不稳定，并限制温度反演精度的提高。因此热红外多角度遥感数据的地表组分温度的反演逐渐发展起来。李小文等向热红外遥感界的传统观点提出了挑战，提出了一个能够描述不同温表面方向性辐射的概念模型（LSF）。在此概念模型中，承认地表不再是同温的物体，而是有不同的组分温度，同时构造了等效发射率。这个等效发射率一部分由地表的二向性反射分布函数BRDF决定，另一部分是由组分温度的差别引起的等效发射率。LSF模型为不同温地表热辐射的方向性建模奠定了基础。徐希孺等提出了有效发射率模型、矩阵表达式等。这些模型从概念上揭示了组分温度和温差的分布对像元热辐射的影响，以及像元内各组分互为光源的特性，真正从原理上
