(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 202211314489.0 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 中国科学院地理科 学与资源研究所 地址 100101 北京市朝阳区大屯路甲1 1号 申请人 苏州中科天启遥感科技有限公司 (72)发明人 吴骅　李秀娟　倪丽　李召良　 周成虎　 (74)专利代理 机构 北京正华智诚专利代理事务 所(普通合伙) 11870 专利代理师 代维凡 (51)Int.Cl. G06F 17/11(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06N 20/00(2019.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种高光谱热红外地表温度和发射率波谱 协同反演方法 (57)摘要 本发明公开了一种高光谱热红外地表温度 和发射率波谱协同反演方法， 本发 明通过星上辐 亮度对地表温度变化的灵敏性， 选出对地表温度 敏感的通道作为特征通道， 减少未知数个数； 采 用机器学习找到星上辐亮度与地表和大气参数 之间复杂的对应 关系， 得到地表和大气参数的初 始值， 结合线性化后的辐射传输模型， 降低计算 复杂度， 并通过构建代价函数找到最优的增量 值， 准确得到反演值， 提高了反演准确度； 本发明 解决了现有高光谱热红外地表温度反演方法存 在反演准确度低的问题。 权利要求书4页 说明书8页 附图1页 CN 115374390 A 2022.11.22 CN 115374390 A 1.一种高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1、 根据地表发射率模拟数据、 地表温度模拟数据和大气参数模拟数据， 通过辐射传输 方程， 得到星上辐亮度数据； S2、 根据星上辐亮度对地表温度变化的灵敏性， 选择出对地表温度敏感的通道作为地 表温度和地表发射 率反演的特 征通道； S3、 采用机器学习将星上辐亮度数据与特征通道 的地表和大气参数数据进行拟合， 得 到特征通道的地表和大气参数估计值； S4、 线性化辐射传输方程， 根据地表和大气参数估计值， 及构建的代价函数， 迭代得到 特征通道的最优增量 值； S5、 根据特征通道的最优增量值和初始地表温度、 初始地表发射率和初始大气参数， 得 到特征通道的参数反演值； S6、 采用机器学习方法拟合特征通道与剩余通道参数之间的关系， 根据特征通道的参 数反演值和机器学习模型， 得到全部通道的反演值。 2.根据权利要求1所述的高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征 在于， 所述 步骤S1中辐射传输方程 为： 其中， 为星上亮温， 为黑体在星上亮温 和高光谱通道 处对应的星上光谱辐 亮度数据， 为高光谱通道 的地表发射率模拟数据， 为高光谱通道 的大气透过率， 为地表温度模拟数据， 为黑体在地表温度模拟数据 和高光谱通道 处对应的地表光 谱辐亮度， 为高光谱通道 处对应的大气下行辐亮度， 为高光谱通道 处对应的大气 上行辐亮度。 3.根据权利要求1所述的高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征 在于， 所述 步骤S4包括以下分步骤： S41、 构建辐射传输方程的线性 化形式， 并改写成矩阵形式； S42、 根据地表和大气参数的估计值， 计算矩阵形式的线性化辐射传输方程中的星上亮 温残差矩阵和权 重系数矩阵； S43、 根据星上亮温的残差矩阵和权 重系数矩阵， 得到反演值的增量； S44、 根据反演值的增量， 求 解代价函数， 得到代价 值； S45、 采用最小二乘优化算法对反演值的增量进行迭代优化， 更新地表和大气参数的估 计值， 重复步骤S42至步骤S45， 直到代价值小于阈值， 结束迭代， 得到特征通道的最优增量 值。 4.根据权利要求3所述的高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征 在于， 所述 步骤S41中线性 化后的辐射传输方程形式为： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115374390 A 2其中， 为星上亮温的残差值， 为地表发射率的残差， 为地表温度的残差， 为 大气透过率的残差， 为大气下行辐亮度的残差， 为大气上行辐亮度的残差， 为地 表发射率的权重系数， 为地表温度的权重系数， 为大气透过率的权重系数， 为 大气下行辐亮度的权 重系数， 为大气上 行辐亮度的权 重系数。 5.根据权利要求4所述的高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征 在于， 将线性化后的辐 射传输方程形式写成矩阵形式， 得到矩阵形式的线性化辐 射传输方 程： 其中， 为星上亮温的残差矩阵， 为地表和大气参数的反演值的增量矩阵， 为线 性化辐射传输方程的权 重系数矩阵， 和 的构成如下： 。 6.根据权利要求5所述的高光谱热红外地表温度和发射率波谱协同反演方法， 其特征 在于， 所述 步骤S42中星上亮温的残差矩阵 具体值的计算公式为： 其中， 为星上亮温的估计值， 由地表和大气参数的估计值代入辐射传输方程计算得 到， 为星上亮温观测值； 权重系数矩阵 的计算公式为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115374390 A 3