一种目标地块地表温度的模拟与优化方法技术

本发明专利技术公开一种目标地块地表温度的模拟与优化方法，步骤为：相应地从不同建成地块遥感影像的遥感数据以及矢量数据中获其第一地表温度影响因子平均值、第二地表温度影响因子数据和地表温度平均值，建立地理数据库；利用地理数据库的属性数据建立建成地块的地表温度平均值与其第一地表温度影响因子平均值、第二地表温度影响因子数据之间的多元回归关系；由目标地块的第一、第二地表温度影响因子初始值及上述多元回归关系，得目标地块地表温度初始值，由上述多元回归关系，通过调整目标地块第一地表温度影响因子和／或第二地表温度影响因子初始值将该地表温度初始值调整至建成地块的地表温度优化参考值，获得目标地块优化后地表温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及 遥感图像分析处理与应用，特别涉及目标地块地表温度的模拟与优化 方法，可用于促进城市热环境的改善。
技术介绍
气温作为人类生存环境的基本要素，是衡量城市热环境的重要监测指标，由于传 统地面观测等技术的缺陷，很难获取范围较大的气温栅格数据，并且获得的数据精度也并 不理想。热红外卫星遥感技术的发展，为监测城市热场、获取城市大区域地表温度信息提供 了基本手段，从而减少局部环境人为干扰，能够更加直观、定量地研究城市热环境，且通过 遥感技术获取的观测资料时间同步性好，基本克服了传统地面观测方法的缺陷。地表温度 代表下垫面的表面温度，与气温是不一样的概念，在晴空状态下，可以直接用地表温度表征 城市热环境的分布特征。国外学者早在19世纪初已经开始关注城市热环境问题的研究，然而受到技术方 法的限制，进展不大。随着研究技术的进步，从20世纪80年代，国内外学者对城市热环境 问题做了大量研究，大多数研究认为影响城市地表温度的主要因素是地表反照率和归一化 植被指数(NDVI)。很少有学者引入城市规划学科研究城市热环境，更没有学者将人为收集 的规划数据和提取的遥感数据结合，揭示城市热环境因子的影响程度，使规划设计工作缺 少可行性。城市的开发建设是以目标地块作为基本单位，而对目标地块的开发强度通常用规 划指标如建筑密度、容积率、绿地率和建筑平均高度来衡量，研究规划指标与地表温度的关 系，在城市规划阶段即考虑城市热环境的影响因素，这样既能够有效改善城市热环境，又增 强了城市规划指标建立的科学性以及合理性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是该目标地块地表温度的模拟与优 化方法主要包括如下步骤(1)从建成地块的遥感影像的遥感数据中获得建成地块的第一地表温度影响因子 的平均值，从矢量数据中提取建成地块的第二地表温度影响因子数据，并从所述建成地块 的具有热红外波段的遥感影像的遥感数据中获得建成地块的地表温度平均值；所述建成地 块与目标地块具有同等的自然地理条件；(2)利用所述建成地块的第一地表温度影响因子的平均值、第二地表温度影响因 子数据和地表温度平均值建立建成地块的地理数据库；(3)利用所述建成地块的地理数据库中的属性数据建立建成地块的地表温度平均 值与建成地块的第一地表温度影响因子的平均值、第二地表温度影响因子数据之间的多元 回归关系；(4)利用所述目标地块的第一地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的初始 值，得到目标地块的地表温度初始值，所述目标地块的地表温度初始值与目标地块的第一 地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的初始值之间满足步骤(3)中所述的多元回 归关系； (5)将步骤(4)所得到的目标地块的地表温度初始值与所述建成地块的地表温度 优化参考值进行比较，根据比较结果，通过修改所述目标地块的第一地表温度影响因子和/ 或第二地表温度影响因子的初始值，获得所述目标地块的优化后的地表温度，所述目标地 块的优化后的地表温度为所述建成地块的地表温度优化参考值，且所述目标地块的优化后 的地表温度与目标地块的第一地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的修改后的数 值之间满足步骤(3)中所述的多元回归关系。进一步地，本专利技术所述多元回归关系为多元线性回归关系。进一步地，本专利技术所述第一地表温度影响因子包括所述地块的地表反照率和归一 化植被指数，第二地表温度影响因子包括所述地块的容积率、建筑密度和建筑平均高度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)由于建成地块的第一地表温度影响因子和地表温度平均值通过其遥感影像得 至IJ，实现建成地块的地表温度平均值及其影响因子的快速提取。(2)本专利技术利用建成地块的地表温度平均值与建成地块的第一地表温度影响因子 的平均值、第二地表温度影响因子数据之间的多元线性回归关系来模拟得到目标地块的地 表温度初始值，并以建成地块的地表温度优化参考值为依据对目标地块的地表温度初始值 进行优化。由于在建立所述多元线性回归关系时的数据以及建成地块的地表温度优化参考 值均利用多个不同建成地块的实际数据，因而由该多元线性回归关系所模拟以及优化的结 果可靠性高。(3)由于本专利技术可通过调整目标地块的地表反照率、归一化植被指数、容积率、建 筑密度和建筑平均高度等规划手段来实现目标地块的地表温度优化，因此对目标地块的热 环境改善具有实际指导意义，在规划设计、建筑与小区节能设计中应用前景非常大。附图说明图1是本专利技术目标地块地表温度的模拟与优化方法的流程框图。 具体实施例方式本专利技术以多个不同建成地块的遥感图像的遥感数据和矢量数据作为基本数据。各 建成地块与目标地块具有同等的自然地理条件。所谓同样的自然地理条件是指建成地块 与目标地块具有同等的影响地表温度的自然因素，此处所谓自然因素是指该地块所处的地 理经纬度、气象条件和地形地貌条件。作为本专利技术的具体实施方式，可以从建成地块的具有热红外波段的同一遥感图像 的遥感数据中提取得到建成地块的第一地表温度影响因子的平均值和地表温度平均值；也 可以是从建成地块的不具有热红外波段的遥感图像的遥感数据中提取建成地块的第一地 表温度影响因子的平均值，而从同一建成地块的另一具有热红外波段的遥感图像中提取得 到建成地块的地表温度平均值。各建成地块的遥感图像的遥感数据可从国家遥感中心购买得到。本专利技术中，各建成地块的第二地表温度影响因子数据从矢量数据中提取。各建成 地块的矢量数据可来源于当地规划局的历史数据库。作为本专利技术的优选实施方式，第一地表温度影响因子包括该地块的地表反照率和 归一化植被指数，第二地表温度影响因子包括该地块的容积率、建筑密度和建筑平均高度。本专利技术中，建成地块的地表温度优化参考值可从气象部门的历年气象观测数据获得。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。本实施例选择杭州为研究对象，在杭州城西选取90个建成地块(即地块1至地块 90)作为采样点，各建成地块主要分布在杭州西湖区和拱墅区，它们具有同等的自然地理条 件，地理经纬度、气象条件和地形地貌条件大致相同。对目标地块地表温度的模拟与优化的具体步骤如下(1)本实施例中，各建成地块的遥感数据采用的是包含热波段的LandSat5TM遥 感数据，其热红外波段第六波段分辨率为120m，其他波段为30mX30m，其影像成像时间为 2008年7月5日。从LandSat5TM遥感数据中获得90个建成地块(即地块1至地块90)的第一地表 温度影响因子的平均值，从各建成地块的矢量数据中提取建成地块的第二地表温度影响因 子数据，并从Landsat5TM遥感数据中获得各建成地块的地表温度平均值。具体地说，本实施例中，各建成地块的第一地表温度影响因子包括地表反照率、归 一化植被指数(NDVI)，各建成地块的第二地表温度影响因子包括建筑密度、容积率、建筑平 均高度。1)首先，对包含地块1至地块90的LandSat5TM遥感影像进行图像辐射校正、几何 粗校正以及几何精校正，从校正后的Landsat5TM遥感影像中按下述步骤反演包含各建成 地块的遥感影像的第一地表温度影响因子和地表温度①地表反照率的计算采用Liang建立的大气辐射传输模型，Landsat5TM数据的反演公式为a = 0. 3568!+0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目标地块地表温度的模拟与优化方法，其特征在于包括如下步骤：（１）从不同建成地块的遥感影像的遥感数据中获得建成地块的第一地表温度影响因子的平均值，从所述各建成地块的矢量数据中提取建成地块的第二地表温度影响因子数据，并从所述建成地块的具有热红外波段的遥感影像的遥感数据中获得建成地块的地表温度平均值；（２）利用所述建成地块的第一地表温度影响因子的平均值、第二地表温度影响因子数据和地表温度平均值建立建成地块的地理数据库；（３）利用所述建成地块的地理数据库中的属性数据建立建成地块的地表温度平均值与建成地块的第一地表温度影响因子的平均值、第二地表温度影响因子数据之间的多元回归关系；（４）利用所述目标地块的第一地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的初始值，得到目标地块的地表温度初始值，所述目标地块的地表温度初始值与目标地块的第一地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的初始值之间满足步骤（３）中所述的多元回归关系；（５）将步骤（４）所得到的目标地块的地表温度初始值与所述建成地块的地表温度优化参考值进行比较，根据比较结果，通过调整所述目标地块的第一地表温度影响因子和／或第二地表温度影响因子的初始值，获得所述目标地块的优化后的地表温度，所述目标地块的优化后的地表温度为所述建成地块的地表温度优化参考值，且所述目标地块的优化后的地表温度与目标地块的第一地表温度影响因子和第二地表温度影响因子的调整后的数值之间满足步骤（３）中所述的多元回归关系。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟武，张雍雍，李国梁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]