(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221079190 3.0 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 中国农业科 学院农业资源与农业区 划研究所 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 12号 (72)发明人 段四波　茹晨　李召良　黄成　 张霄羽　 (74)专利代理 机构 北京恒创益佳知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11556 专利代理师 付金豹 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 考虑城市三维结构影响的地表温度与发射 率同时反演方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑城市三维结构影响 的地表温度与发射率同时反演方法， 利用 ECOSTRESS多波段的热红外数据， 通过引 入天空 可视因子表征城市三维几何结构， 结合分裂窗方 法和温度/发射率分离方法各自的优点， 利用分 裂窗方法进行大气校正， 在此基础上， 利用温度/ 发射率分离方法实现地表温度与发射率分离， 提 出了一种考虑城市三维结构影响的地表温度与 发射率同时反演的方法， 该方法无需输入城市地 表发射率， 并且实现了地表温度与发射率的同时 反演， 从而提高城市地表温度反演精度。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115186339 A 2022.10.14 CN 115186339 A 1.一种考虑城市三维结构影响的地表温度与发射率同时反演方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： (1)下载ECOSTRESS  5个热红外波段的星上辐亮度， 基于辐亮度与温度查找表， 通过线 性插值将星上辐亮度转 换为星上亮温； 通 过公式(6)计算地表亮温Tgi， 再基于辐亮度与温度 查找表， 通过线性插值将地表亮温转换为离地辐射； Tgi＝A0ij+A1ijTbi+A2ij(Tbi‑Tbj)+A3ij(Tbi‑Tbj)2          (6) 式中， A0ij,A1ij,A2ij和A3ij为利用波段i和波段j的星上亮温组合来估算地表亮温时的分 裂窗方法系数； Tbi是波段i的星上亮温,Tgi是波段i的地表亮温， Tbj是波段j的星上亮温,Tgj 是波段j的地表亮温； (2)基于地表平坦的假设， 开始运行温度/发射率分离方法； 在NEM模块中， 将离地辐射 以及计算得到的大气下行辐射代入公 式(7)中， 并根据公 式(8)和公式(9)计算TNEM以及各个 波段的初始地表发射 率 εi； 式中， Tri为波段i的初始地表辐射温度， Bi‑1为波段i的普朗克反函数， εmax为最大发射 率， 取值为0.99； 将初始地表辐射温度在所有 波段的最大值设置为TNEM： TNEM＝max(Tri)                            (8) 根据TNEM计算每个波段的初始地表发射 率： (3)将计算的各个波段的初始地表发射率εi输入到RAT模块中； 随后， 将RAT模块计算得 到的发射率比值βi代入到MMD模块中， 根据公式(12)计算发射率最小值εmin， 并基于发射率 最小值重新估算各个波段的发射 率； εmin＝a‑b×MMDc                  (12) 式中， εmin为地表发射 率在所有 波段的最小值， a,b,c为回归系数； (4)计算地表发射率在所有波段 的最大值 根据公式(15)， 利用最大发射率对应波 段的离地辐射和大气下 行辐射反演平坦 地表温度 式中， 为反演的地表温度， Bb*(Tg,b*)为波段b*的离地辐射， Tg,b*为波段b*的地表亮 温， Ld,b*为波段b*的大气下 行辐射； (5)将重新估算的最大发射率代入到NEM模块中进行迭代， 直到前后 两次地表温度的差 值小于0.1K或者迭代次数 大于12时输出平坦 地表温度与发射 率； (6)考虑城市三维几何结构的影响， 开始运行适用于城市地表的温度/发射率分离方 法； 将计算得到的天空可视因子以及平坦地表温度与发射率代入公式(16)中， 并根据公式 (8)、 (9)、 (10)， 运行常规的NE M和RAT模块；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186339 A 2式中， εmax在第一次 时设置为反演的平坦 地表发射 率的最大值； (7)引入天空可视因子SVF对MMD模块进行改进； 构建SVF范围为0.1 ‑1步长为0.1情况下 的MMD与城市地表发射率最小值 的关系； 根据公式(17)计算城市地表发射率最小值 并基于城市地表发射 率最小值重新估算各个波段的城市地表发射 率 式中， 为城市地表发射 率在所有 波段的最小值， aUTES,bUTES,cUTES为回归系数； (8)计算城市地表发射率在所有波段的最大值 根据公式(20)， 利用城市地表最大 发射率对应波段的离地辐射、 大气下 行辐射和邻近辐射反演城市地表温度 式中， 为反演的城市地表温度， Bc*(Tg,c*)为波段c*的离地辐射， Tg,c*为波段c*的地 表亮温， Ld,c*为波段c*的大气下 行辐射； (9)将重新估算的城市地表发射率最大值代入到NEM模块中进行迭代， 直到前后两次城 市地表温度的差值小于 0.1K或者迭代次数 大于12时输出最终的城市地表温度与发射 率。 2.根据权利要求1所述的反演方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中， 下载搭载在国际空间 站ISS(International  Space Station)上的ECOST RESS(ECOsystem  Spaceborne  Thermal  Radiometer  Experiment  on Space Station)传感器的星上辐亮度产品， 并使用地理定位 数据进行产品的几何校正； 产品下 载网址： ht tps://earthexplorer.usgs.gov/ 。 3.根据权利要求1所述的反演方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中， 利用模拟数据集确定 所述分裂窗方法系 数； 利用模拟数据集中的星上亮温和地表亮温数据， 通过最小二乘法进 行拟合， 得到 ECOSTRESS每个波段的分裂窗方法系数。 4.根据权利要求1所述的， 其特征在于， 所述步骤(2)中， 大气下行辐射获取方法为： 选 取与ECOSTRESS过境时间最近 时刻的ERA5大气廓线数据， 并将ERA5数据输入到大气辐射传 输模型MODTRAN中， 计算每条大气廓线对应的大气下行辐射。 首先， 根据ECOSTRESS像元点的 中心经纬度值， 对像元最近的四个格网点的经纬度进 行空间线性插值； 然后， 根据像元的地 表高程， 对同一高程平面的大气下行辐射进行空间线性插值； 最后， 根据ECOSTRESS的过境 时间， 将空间插值后的大气下行辐射进 行时间插值， 得到ECOSTRESS每个像元对应的大气下 行辐射。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186339 A 3