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专利名称：基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法
技术领域：
本发明涉及秸秆焚烧点遥感监测技术领域，尤其涉及一种基于环境一号卫星的秸 秆焚烧点提取方法。
背景技术：
秸秆焚烧点是火点遥感监测中的一类，火点遥感监测的原理基于维思位移定律。 常温地物热辐射能量的峰值位于长波红外波段，随着温度升高，热辐射的峰值向波长较短 的波段移动。因此火点的一个显著特征就是中红外波段的辐射能量高于常温地物。通过遥 感观测的辐射能量可以计算物体的亮度温度，基于上述特征可设置适当的亮度温度阈值实 现火点判别。目前，主要用于火点监测的传感器为中分辨率成像光谱仪(MODIS)、AVHRR(AVHRR 是NOAA系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪)和环境卫星红外相 机等。MODIS火点算法的关键是将目标像元的温度特性与周围背景像元(background Pixels)的平均温度特性准确地统计出来，并进行多阈值判别，根据判别结果提取火点像 元，算法主要利用MODIS在4 μ m和11 μ m处的两个表观亮温(记为T4和T11)进行火点探 测。AVHRR第3通道位于中红外波段，第4、5通道位于热红外波段。根据维思位移定律， 黑体温度和辐射峰值波长成反比，常温(约300K)地表辐射峰值在第4通道的波长范围，高 温火点(如秸秆燃烧温度一般在650K以上)的热辐射峰值在第3通道的波长范围。与常 温像元相比，火点所在像元的高温在第3通道引起的辐射亮度增量将大大高于第4通道辐 射亮度增量，根据这一差异可通过多阈值判别方法提取火点所在的像元。从目前研究成果来看，国内外基于MODIS和AVHRR传感器的火点监测算法研究较 多，火点算法已比较成熟，但两种传感器空间分辨率分别为IOOOm和1100m，空间分辨率较 低，并且仍处在研究阶段，未能有效、连续地开展监测秸秆焚烧点业务运行工作。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种有效、连续地开展的秸秆焚烧点提取方法。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法， 该方法包括步骤Si.根据环境一号卫星的红外数据，计算各波段的亮度温度；S2.根据环境一号卫星红外相机第三以及第四波段对同一像元亮度温度的差异， 判断像元平均温度的高低，根据目标像元与周围像元温度差别的大小提取潜在热异常点；S3.基于所述潜在热异常点数据，根据环境温度比对法提取真热异常点；
S4.基于所述真热异常点数据，以及环境一号卫星相同分辨率的其他数据，利用阈 值判别法，去除虚假火点；S5.根据土地分类信息，将火点进行叠加分析，判断土地类型为农田的火点为秸秆
焚烧点ο其中，在步骤S2中，所述环境一号卫星红外相机第三波段为3. 5 3. 9 μ m，第四波 段为10. 5 12. 5 μ m ；且步骤S2进一步包括S2. 1根据云检测产品及海陆掩码，选择无云陆地像元，并根据普朗克公式提取环 境卫星红外相机第三以及第四波段的表观辐射亮度
权利要求
1.一种基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，该方法包括步骤.51.根据环境一号卫星的红外数据，计算各波段的亮度温度；.52.根据环境一号卫星红外相机第三以及第四波段对同一像元亮度温度的差异，判断 像元平均温度的高低，根据目标像元与周围像元温度差别的大小提取潜在热异常点；.53.基于所述潜在热异常点数据，根据环境温度比对法提取真热异常点；.54.基于所述真热异常点数据，以及环境一号卫星相同分辨率的其他数据，利用阈值判 别法，去除虚假火点；.55.根据土地分类信息，将火点进行叠加分析，判断土地类型为农田的火点为秸秆焚烧点ο
2.如权利要求1所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，在 步骤S2中，所述环境一号卫星红外相机第三波段为3. 5 3. 9 μ m，第四波段为10. 5 12. 5 μ m ；且步骤S2进一步包括.S2. 1根据云检测产品及海陆掩码，选择无云陆地像元，并根据普朗克公式提取环境卫 星红外相机第三以及第四波段的表观辐射亮度 τ (2 ΤΛ _ 2儉2 1^bKa--1~ehc/kTA _ γ其中，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，C为光速，λ为波长，LbU，τ)为表观辐射亮度；.S2. 2计算所述环境一号卫星红外相机第三以及第四波段的表观亮度温度，如下方程所示1 U1 ‘'In 5\ Λ Lr J其中，λ i为环境一号卫星第i波段的中心波长，Li为第i波段的表观辐射亮度； S2. 3设定潜在热异常点判别条件T3.7 > Td,以及两个通道亮度温度差值AT3.7_n > ATd, Td、Δ Td均为设定阈值，满足这一条件的无云陆地像元为潜在热异常点；.52.4利用环境一号卫星红外相机的第三和第四波段数据，基于辐射传输模拟和实测数 据的综合分析，得出提取热异常点的阈值条件。
3.如权利要求2所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，步骤 S3进一步包括.53.1记录当前潜在热异常点的温度特性，即3.7μπι通道的亮度温度T3.7以及3.7μπι 通道的亮度温度与Ilym通道的亮度温度的差值ΔΤ;.S3. 2设定以当前潜在热异常点为中心的窗口区，窗口区的大小从3*3到21*21变化； S3. 3在所述窗口区内除中心点外的所有背景像元中，选出既非水体也非火点的有效背 景像元，统计所述有效背景像元的温度特性，并计算有效背景像元3. 7 μ m通道温度的绝对 差异平均值S37以及3. 7μπι与11 μ m通道的亮度温度差异的绝对差异平均值δΔΤ;.S3. 4若大小为Ν*Ν的窗口区内有效像元数小于8或小于窗口区内像元总数的25%，则 判断窗口是否小于2Ν21，若是，则将窗口区扩大为(Ν+2) * (Ν+2)，并重新执行步骤S3. 4，否 则标记当前潜在火点为无法判断；若不小于8或不小于窗口区内像元总数的25%，则执行步骤S3. 5，其中，3彡N彡19 ；S3. 5选取窗口区内的背景热异常像元，并统计其温度特性；S3. 6选取窗口区内的背景水体像元，并对其位置进行标记；S3.7将目标热异常像元的温度特性与背景有效像元的温度特性进行对比，考虑背景热 异常点温度特性，将满足所述阈值条件的潜在热异常点标记为真热异常点。
4.如权利要求3所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，在步 骤S3. 3中，所述有效背景像元的温度特性为3. 7 μ m通道亮度温度的平均值f3.7及3. 7 μ m与 Ilym通道亮度温度差值的平均值XF。
5.如权利要求1所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，步骤 S4进一步包括54.1获取环境一号卫星CXD传感器第三和第四波段的二级数据，并计算各波段的表观 反射率；S4. 2根据环境一号卫星的几何数据，包括像元的太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角 以及观测方位角，由下式计算像元的散射角COS^ = cos巧 Cos^v — sin巧 sincos(^5 ~φν)其中，θ g为散射角，Θ 3为太阳天顶角，Θ ν为观测天顶角，饩为太阳方位角，代为观测方 位角；54.3分别经过针对目标热异常点反射率、温度特性和几何条件的阈值判别条件，从中 筛选出噪声点并将其去除。
6.如权利要求5所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，所述 环境一号卫星CXD传感器第三波段为0. 63 0. 69 μ m,第四波段为0. 76 0. 90 μ m。
7.如权利要求5所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，所述 噪声点为太阳耀斑、沙漠边缘、以及海岸线像元。
8.如权利要求1所述的基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，其特征在于，步骤 S5进一步包括s5.1根据已有的土地分类信息，对遥感图像进行栅格化、重投影、以及重采样，得到土 地分类信息；S5. 2将火点进行叠加分析，获得其土地类型；S5. 3判断土地类型为农田的火点为秸秆焚烧点。
全文摘要
本发明公开了一种基于环境一号卫星的秸秆焚烧点提取方法，该方法包括步骤S1.根据环境一号卫星的红外数据，计算各波段的亮度温度；S2.根据环境一号卫星红外相机第三、四波段对同一像元亮度温度的差异，判断像元平均温度的高低，根据目标像元与周围像元温度差别的大小提取潜在热异常点；S3.基于潜在热异常点数据，提取真热异常点；S4.基于真热异常点数据，以及环境一号卫星相同分辨率的其他波段数据，利用一系列阈值判别法，去除虚假火点；S5.根据土地分类信息，判断土地类型为农田的火点为秸秆焚烧点。本发明的方法可利用红外、多光谱及土地利用数据，提取秸秆焚烧点，提高了原有监测传感器的低空间分辨率，实现了秸秆焚烧点监测业务化的运行。
文档编号G01S17/89GK102116861SQ20111003441
公开日2011年7月6日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者王桥 申请人:环境保护部卫星环境应用中心