安柏雯 曹藝 王俊雨

關(guān)鍵詞：溫度反演；劈窗算法；旅游路線規(guī)劃

1引言

地表溫度多年以來一直是氣象學(xué)家研究的一個重要溫度參數(shù)，遙感圖像范圍大，更新快，能夠更加方便快捷地獲得大范圍的地表溫度。許多知名學(xué)者做了大量溫度反演方面的研究。像徐涵秋等人引入了COST算法，通過處理Landsat8的多光譜和紅外區(qū)域以及反演它們的反射系數(shù)和表面溫度來創(chuàng)建大氣校正模型。

本文以Landsat8影像作為數(shù)據(jù)來源，采用劈窗算法對濟南地區(qū)地表溫度進行反演。將所獲結(jié)果與MODIS產(chǎn)品和當(dāng)天空氣溫度進行比照，以驗證結(jié)果的可信度，對熱門景區(qū)的吸引力進行等級劃分，并根據(jù)結(jié)果結(jié)合交通線路及DEM進行規(guī)劃設(shè)計濟南夏季旅游線路，實現(xiàn)熱門景區(qū)與紅色景區(qū)的聯(lián)動。

2研究區(qū)概況

濟南位于中國華東地區(qū)華北平原東南部邊緣山東省中西部，地理位置為北緯36°32'N～36°51'N，東經(jīng)116°49'E～117°14'E．山體地形起伏較大，最高和最低海拔分別為1108.4m和5m，南北海拔高差較大。由于地理位置的原因，濟南屬溫帶季風(fēng)氣候，夏季溫度較高。

3材料和方法

Landsat系列衛(wèi)星作為地表溫度反演常見的遙感數(shù)據(jù)源，多年來隨著其不斷創(chuàng)新，Landsat系列衛(wèi)星已可以提供很多熱紅外遙感數(shù)據(jù)。最新的Landsat8衛(wèi)星其采用的TIRS被稱之為性能最出色的熱紅外傳感器。本文采用2021年9月16日和2013年9月26日條帶號122，行編號34和35的Landsat8 011—TIRS數(shù)據(jù)，TIR波段空間分辨率為lOOm。與“TM/ETM+傳感器”不同，Landsat8 TIRS熱紅外傳感器具有10和11兩個熱紅外波段，根據(jù)其數(shù)據(jù)的特點，對廣泛用于MODIS數(shù)據(jù)的劈窗算法稍加修改，使之適用于Landsat8數(shù)據(jù)。

4發(fā)展現(xiàn)狀

熱紅外遙感技術(shù)作為檢測地面溫度的重要途徑獲得了快速發(fā)展。從20世紀80時代，熱紅外遙感就成為一個研究重點，有關(guān)專家學(xué)者給出了一系列優(yōu)化算法，包含單通算法、劈窗算法、多波段溫度一比輻射率分離方法、多角度溫度反演方法和多角度與多路結(jié)合的方法等。

相比于其他優(yōu)化算法，劈窗優(yōu)化算法是通過其反演海面溫度的優(yōu)勢性能進一步發(fā)掘出來的，因而還有很多探索空間，與此同時熱紅外遙感的探索行業(yè)主要在深海與大氣模擬計算、商業(yè)服務(wù)活動、海洋環(huán)境保護、軍事偵察和城市熱環(huán)保監(jiān)測等，對應(yīng)用于旅游路線設(shè)計規(guī)劃方面的研究較少。因此，基于此現(xiàn)狀，本文將熱紅外溫度反演技術(shù)同旅游路線規(guī)劃結(jié)合起來，探求熱紅外遙感發(fā)展的新道路。

5地表溫度反演

5.1亮度溫度反演

亮溫是與物體輻射能量相同的黑體的溫度，通常小于真實溫度。將進行預(yù)處理后的影像DN值標定為熱輻射強度后，可利用普朗克函數(shù)求解亮溫，計算公式如下：

5.2地表比輻射率估算

地表比輻射率指的是在同樣溫度下一個物體輻射源亮度與黑體輻射亮度的比率，對LST反演的精確度有關(guān)鍵性影響。在像素尺度上，地物主要由自然地表、水體和城市建筑組成，而自然地表是地物的主體。地表比輻射率的計算公式如下：

5.3大氣透過率

熱輻射在傳輸過程中會受到大氣氣溶膠、水蒸氣等化學(xué)物質(zhì)的作用而衰減，從而影響大氣透過率。由于水汽對大氣透過率的影響最為顯著，所以選用MODTRAN4軟件模擬兩者的關(guān)系，由于實時的大氣數(shù)據(jù)很難獲得，因此可以通過在NASA網(wǎng)站上輸入圖像時間和中心經(jīng)緯度來獲得當(dāng)時大氣中的水汽量。本研究區(qū)在2013年9月26日Landsat8兩個熱紅外波段的透過率為0.92. 0.83，在2016年9月16日Landsat8兩個熱紅外波段的透過率為0.71，0.62。

5.4劈窗算法溫度反演

劈窗算法關(guān)鍵利用2個鄰近熱紅外通道對大氣吸收效應(yīng)的差別，對2個通道精確測量后再進行一定的組合，清除大氣影響，以調(diào)整大氣和地面的比輻射率。分割窗口的算法公式如下：濟南市夏季溫度大致符合10～40℃溫度區(qū)間，因此本文選取上述表格第三行相關(guān)系數(shù)，采用劈窗算法計算研究時間內(nèi)濟南區(qū)域地表反演溫度，在間隔8年的條件下，濟南夏季溫度應(yīng)不會發(fā)生過大的變化，理想情況下2013年濟南地表反演溫度應(yīng)與2021年同期結(jié)果類似，從圖1與圖2可以看出實驗結(jié)果符合理想結(jié)果，即兩幅影像的高溫與低溫集中區(qū)域十分接近，因此實驗結(jié)果具有一定的可靠性和精確度，同時用MODIS數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)，地表溫度反演取得較好效果。

6旅游路線規(guī)劃

6.1旅游路線設(shè)計原理

游客的行為規(guī)律是設(shè)計旅游路線必須考慮的因素之一，設(shè)計出的路線應(yīng)與游客的行為規(guī)律相吻合，濟南屬于中尺度地域，而在中尺度地域上，旅游者既可能采用閉環(huán)狀路線，也可能采用節(jié)點狀路線。而且，從實際情況看，隨著旅游距離的增加以及景點的增多，交通費用在總體費用中的比例也會增加。因此，在濟南旅游路線的設(shè)計上，在交通主干道根據(jù)溫度以及景點分布設(shè)計節(jié)點狀路線。

6.2濟南交通現(xiàn)狀

濟南市北部多平原，南部多丘陵山峰。這種獨特的地形使得濟南北部城區(qū)內(nèi)部交通發(fā)達，道路多正東正西，正南正北延伸分布，形成獨特的網(wǎng)格狀。而南部的山峰使得道路多因地勢而建，沿山麓延伸．多呈分支狀分布。城區(qū)之間多由幾條主干道相連。

6.3濟南旅游景區(qū)現(xiàn)狀

濟南市旅游景區(qū)主要分布在濟南市主城區(qū)，景區(qū)較為集中，其中歷下區(qū)景區(qū)聚集較為明顯。濟南的旅游景區(qū)中，地文景觀與水域景觀占據(jù)主體地位，其次是人文景觀。濟南市共有2個5A級旅游景區(qū)，17個4A級景區(qū)。景區(qū)數(shù)量眾多，旅游資源豐富。

6.4旅游路線規(guī)劃

6.4.1交通通達性

交通完備水平對旅游地的產(chǎn)生與發(fā)展有著重要作用，因此交通網(wǎng)絡(luò)通達性是旅游地發(fā)展程度的主要因素之一?；谏衔暮Y選出的22景區(qū)，將其作為旅游路線的節(jié)點。結(jié)合濟南市交通圖和網(wǎng)絡(luò)查詢，確定出濟南市主干道和次干道的交通網(wǎng)絡(luò)分布情況，將所獲得的數(shù)據(jù)在ArcGIS中進行校準并由此建立實際最小距離的矩陣，最終得出濟南市旅游交通的通達性分析：濟南市各區(qū)之間旅游交通通達性存在一定的差距，在其中交通通達度最好的地區(qū)以槐蔭區(qū)、濟南槐蔭區(qū)、歷下區(qū)、天橋區(qū)為代表，并以此作為核心，交通線路往外發(fā)散，交通通達性也隨之逐步向四周下降。

6.4.2溫度反演結(jié)果分析

通過劈窗算法得出的反演結(jié)果可以得到，溫度較高的地區(qū)主要分布于濟南市中部偏西和東部部分地區(qū)，溫度較低的地區(qū)對應(yīng)于濟南南部山區(qū)和人口稀疏區(qū)，如商河縣、平陰區(qū)、濟陽區(qū)。

6.4.3結(jié)合DEM數(shù)據(jù)綜合分析

地形作為影響交通和城鎮(zhèn)村分布的關(guān)鍵因素，在路線設(shè)計方面產(chǎn)生的影響也不可忽視，因此需要將高程數(shù)據(jù)作為路線設(shè)計方案的另一關(guān)鍵標準，應(yīng)從地理空間數(shù)據(jù)云中獲取濟南市的條帶號60、行編號05的SRTM高程數(shù)據(jù)。在ArcGIS中將DEM數(shù)據(jù)與溫度反演結(jié)果數(shù)據(jù)分別劃分為十個由低到高的等級，并通過柵格計算器將其與溫度反演結(jié)果根據(jù)重要性程度占比相加，最終得到將地勢和溫度綜合考慮后的路線設(shè)計適宜區(qū)，如圖3所示，越不適合建立避暑路線的地區(qū)顯示的暖色調(diào)越強。

6.4.4紅色景區(qū)與熱門景點的聯(lián)動

紅色旅游景點雖多但大多數(shù)景點小而單一，無法形成大型的綜合旅游區(qū)，客流量相對較少。然而紅色旅游景區(qū)是促進紅色文化弘揚，紅色基因傳承的重要載體與形式之一。與之相反，熱門景區(qū)多以山水風(fēng)光、趣味性與特色美食等吸引著一大批的青年游客。借用熱門景區(qū)吸引的游客，將紅色景區(qū)與熱門景區(qū)聯(lián)動起來，讓青年在游玩的過程中接受紅色文化熏陶，傳承紅色基因。

考慮到游客愿意前往景點的距離與該景點對游客的吸引力呈正相關(guān)，因此我們根據(jù)景區(qū)等級，客流量和各大旅游網(wǎng)站對該景點的評分，對熱門景區(qū)的吸引力進行等級劃分，形成不同范圍的包圍圈，將紅色景區(qū)與之聯(lián)動。

7結(jié)束語

本文采用劈窗算法的溫度反演方法，得出了濟南市的地表溫度。基于對2013年和2021年Landsat8兩個熱紅外波段的劈窗算法的地表溫度處理、濟南市DEM數(shù)據(jù)與交通網(wǎng)絡(luò)的累加處理和對交通通達性剖析得出來的濟南市紅色+旅游路線的設(shè)計，讓游客在炎熱的夏季可以享受有限條件下最涼爽的紅色景點與熱門景區(qū)聯(lián)動的別樣旅游體驗，在豐富紅色革命故事，提升愛國主義情感的同時增加旅游者的觀光效益，提升游客對區(qū)域內(nèi)旅游景觀的體驗，促進城市旅游資源的有效發(fā)展。