一种城市热岛效应分析系统和方法

本发明涉及图像与数据处理，具体涉及一种城市热岛效应分析系统和方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球范围内城市化的快速发展，城市热岛问题随之而来。由于热岛效应愈发显著导致其对城市能耗，人体健康，城市气候等方面都有不利的影响。热岛效应的影响因素与控制手段成为了人们愈发关注的问题。

2、热岛效应的研究着重在土地利用情况分布及各土地利用情况下的热岛强度，对引起热岛效应的影响因子的研究较少，且缺乏系统普遍的高效研究手段。

3、landsat系列中的卫星landsat 8，携带有oli陆地成像仪和tirs热红外传感器，landsat 8的oli陆地成像仪主要包括9个波段，oli包括了etm+传感器的所有波段，为了避免大气吸收特征，oli对波段进行了重大调整，其中oli band 5排除了0.825μm处水汽吸收特征；oli全色波段band8波段范围较窄，这样更好的区分植被和无植被特征,此外还新增了了两个波段：蓝色波段主要用于海岸带观测，短波红外波段可用于云检测。landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2质量相对较差，作为对2012年之前城市研究时的补充。

4、lcz理论是stewart和oke于2012年在《bulletin of the americanmeteorologicalsociety》上提出的，他们将lcz定义为在水平尺度上跨越数百米到数千米的均匀地表覆盖、结构、物质和人类活动的区域。lcz体系根据7个量化的城市几何形态和表面属性指标以及3个量化的热属性指标进行划分，指标依次为天空可视因子、街道高宽比、粗糙元高度、地形粗糙等级、建筑密度、不透水面比例、植被比例、地表热传导率、表面反照率和人为热排放。城市下垫面被划分为17种类型，其中建筑类型的10种分别为密集高层建筑、密集中层建筑、密集低层建筑、开阔高层建筑、开阔中层建筑、开阔低层建筑、轻质低层建筑、大型低层建筑、零散建筑和工业厂房，自然类型的7种分别为茂密树林、稀疏树林、灌木或矮树、低矮植被、裸露岩石或人工地面、裸土或沙地以及水体。

技术实现思路

1、为了能够对引起热岛效应的影响因子进行系统的研究，本发明提供了一种城市热岛效应分析系统和方法，利用landsat影像数据、地理信息数据和wudapt门户的lcz样本数据对城市热岛效应进行系统分析，有助于定位并分析城市热岛效应产生的原因及各因素影响力，为处理热岛效应提供方向。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现。

3、本发明提供了一种城市热岛效应分析系统，所述系统包括：卫星影像数据库，城市地理信息数据库，lcz分类样本数据库，数据采集模块，数据处理模块和图像处理模块，所述卫星影像数据库、城市地理信息数据库和lcz分类样本数据库均与数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与图像处理模块连接。

4、所述卫星影像数据库储存有全国图像信息。

5、所述城市地理信息数据库包含各城市及其包含区、县的划分。

6、所述lcz分类样本数据库包含各城市各lcz类型样本的划分。

7、所述数据采集模块收集所要研究与对比的各城市的城市名并自动从数据库中收集数据。

8、所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集的数据进行处理从而得出城市热岛效应各个情况或不同城市间的对比情况。

9、所述图像处理模块对所述数据处理模块得出的城市热岛效应分析结果作出相应的图像。

10、进一步地，上述数据采集模块包括卫星影像采集单元和地理信息采集单元；所述卫星影像采集单元用来对分析城市的卫星影像信息进行采集，所述地理信息采集单元用于对城市土地数据及其lcz样本划分进行采集。

11、进一步地，上述数据处理模块用于对卫星影像采集单元和地理信息采集单元采集的数据进行处理，并得到城市热岛效应及其变化与对比结果；所述图像处理模块用于将得到的城市热岛效应及其变化与对比结果结合城市各lcz类型分布制作出相应效果图。

12、进一步地，上述数据处理模块对于采集到的landsat 8卫星的11个波段的卫星影像数据进行处理，处理公式为：

13、ndbi＝(mir-nir)/(mir+nir) (1)

14、mndwi＝(green-mir)/(green+mir) (2)

15、savi＝(nir-red)*(1+l)/(nir+red+l) (3)

16、ndsi＝(mir-blue)/(mir+blue) (4)

17、lst＝tir*0.00341802-124.5 (5)

18、式中，影响因子ndbi、mndwi、savi、ndsi各自的全称分别为归一化差值建筑指数、改进的归一化差异水体指数、土壤修正植被指数、归一化裸土指数；mir为中红外波段，即landsat 8-9oli/tirs c2 l2卫星影像数据中的第6波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第5波段数据；nir为近红外波段，即landsat 8-9oli/tirs c2l2卫星影像数据中的第5波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第4波段数据；red为红色波段，即landsat 8-9oli/tirs c2 l2卫星影像数据中的第4波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第3波段数据；green为绿色波段，即landsat 8-9oli/tirs c2 l2卫星影像数据中的第3波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第2波段数据；blue为蓝色波段，即landsat 8-9oli/tirs c2 l2卫星影像数据中的第2波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第1波段数据；tir为热红外波段，即landsat 8-9oli/tirs c2 l2卫星影像数据中的第10波段数据，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2中的第6波段数据。

19、进一步地，上述l代表建筑密集程度，取值范围为0-1。

20、一种城市热岛效应分析方法，其特征在于，首先收集研究城市的地理信息数据，卫星图像数据、lcz分类样本，然后进行预处理流程；利用监督分类中的神经网络分类结合lcz分类样本对经过预处理的影像数据进行土地覆盖的各lcz类型分部图；城市地表温度经过对band 10进行适当处理获得；将对band 10的处理结果用莫兰指数法划分成不同级别的热岛强度区域，再利用arcgis绘制出图；利用卫星图像数据处理得到各影响因子分布图，将影响因子分布图与lcz分布图进行相关性分析，进而得到各影响因子共同作用对热岛强度的影响情况。

21、进一步地，上述地理信息数据包括行政区市县的划分图，所述卫星图像数据包括landsat 8-9oli/tirs c2 l2，landsat 7etm+c2 l2及landsat 4-5tm c2 l2卫星遥感影像，所述lcz分类样本包括lcz 1-10和lcz a-g的所有采集样本。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

23、本发明利用landsat影像数据及lcz理论对城市进行用地情况分类，再与热岛强度分布情况进行拟合，可得到在各影响因子影响后的不同的用地情况对应的热岛强度情况。

24、本发明利用完善的landsat影像数据及先进的lcz理论可对全国的热岛情况进行比较分析及研究各个城市的热岛效应演变情况。