本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于遙感的城市工業(yè)熱污染源調(diào)查方法，具體即用冬季遙感衛(wèi)星影像及輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行工業(yè)熱污染源的提取和識別，具體步驟為：a）選取監(jiān)測區(qū)冬季中分辨率遙感影像，要求數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，監(jiān)測區(qū)內(nèi)晴朗無云，大氣可見度高；b）使用中分辨率遙感影像熱紅外波段反演亮度溫度，將反演得的亮度溫度值進(jìn)行歸一化處理得到相對亮度溫度；c）通過對相對亮度溫度的閾值分割，實現(xiàn)對熱污染區(qū)的分級分類；d）將熱污染區(qū)分類圖與輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，結(jié)合地面實地調(diào)查，進(jìn)行工業(yè)熱污染源的辨識，進(jìn)而形成工業(yè)熱污染源清單。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)污染源調(diào)查手段難以實現(xiàn)的對高能耗、高熱污染工業(yè)企業(yè)的調(diào)查，并且具有快速、便捷、全面、動態(tài)的特點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，具體即用冬季遙感衛(wèi)星影像及輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行工業(yè)熱污染區(qū)的提取和熱污染源的識別，屬于遙感應(yīng)用和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，可為環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、工業(yè)管理等領(lǐng)域的管理決策提供信息支持。
技術(shù)介紹
熱污染是由于人類的某些活動，使局部環(huán)境或全球環(huán)境發(fā)生增溫，并可能形成對人類和生態(tài)系統(tǒng)直接或間接、即時或潛在的危害(Harlan and RuddelI, 2011 ;黃寶華，2007 ；Nordell, 2003 ；Dolgikh et al. , 1997)。城市熱污染與熱島效應(yīng)有密切關(guān)系，造成城市熱污染的原因主要有下墊面改變和人為熱排放等方面(Oke, 1982; Owen et al.， 1998; Lu and Weng, 2006; Chen et al. , 2007; Yuan and Bauer, 2007)。隨著快速的工業(yè)化和城市化，城市熱污染問題日趨嚴(yán)重，開展熱污染源調(diào)查，對于制定有效措施改善城市環(huán)境有重要意義。目前對于城市熱污染/熱島效應(yīng)的調(diào)查主要側(cè)重于整體強度、范圍等宏觀指標(biāo)的監(jiān)測和評價(肖榮波等，2007)，而對具體熱污染源的監(jiān)測則僅限于個別單獨的污染源，例如電廠溫排水(石登榮等，1996;吳傳慶等，2006;賀益英等，2007)和礦區(qū)熱污染(陳云浩等，1999;黃寶華等，2007)。對于環(huán)保和節(jié)能管理部門而言，需要一種便捷的熱污染源調(diào)查方法來實現(xiàn)對所轄區(qū)域內(nèi)各類工業(yè)熱污染源的清查和監(jiān)測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于運用衛(wèi)星遙感進(jìn)行提取和分析，以提供一種簡單、便捷的工業(yè)熱污染源調(diào)查方法。本專利技術(shù)提出一種應(yīng)用熱紅外遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行工業(yè)熱污染源調(diào)查的方法，即以冬季衛(wèi)星遙感影像熱波段為數(shù)據(jù)源，通過遙感反演、歸一化、分級分類、疊加識別等手段實現(xiàn)對工業(yè)熱污染源的辨識和清查，其具體步驟如下 I)遙感影像選取選取監(jiān)測區(qū)冬季中分辨率遙感影像，要求數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，監(jiān)測區(qū)內(nèi)晴朗無云，大氣可見度高。2)亮度溫度遙感反演使用中分辨率遙感影像熱紅外波段反演地表亮度溫度。根據(jù)通用定標(biāo)公式和參數(shù)，首先將DN值轉(zhuǎn)化為輻射亮度，然后將輻射亮度轉(zhuǎn)化為亮度溫度。3)亮度溫度歸一化將反演得的亮度溫度值進(jìn)行歸一化處理，計算得到相對亮度溫度R，作為分級分類的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。4)分級分類通過對相對亮度溫度R的閾值分割，實現(xiàn)對熱污染區(qū)的分級分類。如共分為無、弱、中、強、很強、極強6類熱污染區(qū)，其中強、很強、極強三類被視為顯著熱污染源納入識別和清查范疇。相對亮度溫度R越大，熱污染等級越高。5)污染源識別將4)獲得的熱污染區(qū)分類圖與高分辨率影像、大比例尺數(shù)字地形圖、工業(yè)區(qū)土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)等輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，結(jié)合地面實地調(diào)查驗證，進(jìn)行工業(yè)熱污染源辨識，獲得各工業(yè)熱污染源的名稱、類型等基礎(chǔ)信息，進(jìn)而形成工業(yè)熱污染源清單。本專利技術(shù)的工業(yè)熱污染源調(diào)查方法可以有效獲取城市工業(yè)熱污染源的分布區(qū)域、強度等級、名稱、類型等信息，其優(yōu)勢是簡單、便捷、省時省力，傳統(tǒng)的污染源調(diào)查方法受制于人力物力而時間、空間時效性有限，本專利技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)則更加靈活、實用、全面。附圖說明圖I為基于遙感的城市工業(yè)熱污染源調(diào)查方法流程圖 圖2為本專利技術(shù)的一種實施方式的工業(yè)熱污染源分布圖 圖3為本專利技術(shù)的實地驗證圖 圖4為本專利技術(shù)的實地驗證圖具體實施例方式以下結(jié)合附圖1-4，對本專利技術(shù)提供的基于冬季衛(wèi)星遙感的工業(yè)熱污染源調(diào)查方法做進(jìn)一步的詳細(xì)描述 O遙感影像選取選取監(jiān)測區(qū)冬季的Landsat TM/ETM+、CBERS, HJ等中分辨率衛(wèi)星遙感影像，要求數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，監(jiān)測區(qū)內(nèi)晴朗無云，大氣可見度高。選取冬季影像原因為，冬季提取的熱污染區(qū)呈散布的點狀，容易分辨出熱污染嚴(yán)重的工業(yè)污染源，而夏季熱污染區(qū)工業(yè)與居住、交通等其他熱污染源連接成片，難以清晰分辨。例如收集廈門2007年冬季Landsat TM衛(wèi)星影像。2)數(shù)據(jù)預(yù)處理影像均采用WGS-84橢球和基準(zhǔn)面，精糾正到UTM投影坐標(biāo)系，例如廈門影像為UTM投影坐標(biāo)系N50帶。然后使用研究區(qū)范圍邊界矢量數(shù)據(jù)將研究區(qū)影像部分從整幅影像中提取出來，并結(jié)合監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法，對Landsat TM/ETM+、CBERS、HJ等中分辨率衛(wèi)星遙感影像可見光-近紅外波段進(jìn)行土地利用/覆蓋分類，提取城市建成區(qū)范圍邊界。3)亮度溫度遙感反演使用TM/ETM+、CBERS, HJ等中分辨率影像的熱紅外波段反演地表亮度溫度。例如對于TM熱波段是6波段；對于有兩個熱波段的ETM+，在海灣等低反射率背景地區(qū)使用62波段，在沙漠等高反射率背景地區(qū)使用61波段。根據(jù)通用定標(biāo)公式和定標(biāo)參數(shù),例如Landsat 7 Science Data User’s Handbook提供的Landsat衛(wèi)星定標(biāo)公式和定標(biāo)參數(shù)，首先利用公式(I)將熱紅外波段DN值轉(zhuǎn)化為輻射亮度，然后根據(jù)公式(2)將輻射亮度轉(zhuǎn)化為亮度溫度。Li = Ο ηλ ■ DNa +Biasx (I) τ _ 為/ TJ- \ lnte + ll⑵ J 式中，7；是亮度溫度(單位為K)，Z7是輻射亮度，是該轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率Aia1S7是截距，兩者均可在ETM+影像自帶的元數(shù)據(jù)中獲得。毛是定標(biāo)常數(shù)2，對于TM取值為1260. 56，對于ETM+取值為1282.71尤是定標(biāo)常數(shù)I，對于TM取值607. 76，對于ETM+取值666. 09。由于熱污染源調(diào)查重點關(guān)注的是溫度的相對差值，在研究區(qū)晴朗無云、大氣狀況穩(wěn)定均一、圖像質(zhì)量良好的情況下，可以無需對亮度溫度進(jìn)行大氣糾正和發(fā)射率糾正以使方法得到簡化。4)亮度溫度歸一化根據(jù)下述公式(3)將反演得的亮度溫度進(jìn)行歸一化處理，其中Tui為研究區(qū)第i個像元的亮度溫度值，Ta為研究區(qū)平均亮度溫度，R為相對亮度溫度。權(quán)利要求1.，其特征是，所述方法包括以下步驟 a)選取監(jiān)測區(qū)冬季中分辨率遙感影像，要求數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，監(jiān)測區(qū)內(nèi)晴朗無云，大氣可見度高； b)使用中分辨率遙感影像熱紅外波段反演地表亮度溫度，首先將DN值轉(zhuǎn)化為輻射亮度，然后將輻射亮度轉(zhuǎn)化為亮度溫度，將反演得的亮度溫度值進(jìn)行歸一化處理，計算得到相對亮度溫度R ; c)通過對相對亮度溫度R的閾值分割，實現(xiàn)對熱污染區(qū)的分級分類； d)將熱污染區(qū)分類圖與輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，結(jié)合地面實地調(diào)查驗證，進(jìn)行工業(yè)熱污染源辨識，進(jìn)而形成工業(yè)熱污染源清單。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于衛(wèi)星遙感的工業(yè)熱污染源調(diào)查方法，其特征是，步驟(a)中采用冬季遙感影像熱紅外波段進(jìn)行工業(yè)熱污染源調(diào)查，而非常見的夏季或其他季節(jié)，原因是冬季提取的熱污染區(qū)呈散布的點狀，容易分辨出熱污染最嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)，而夏季熱污染區(qū)工業(yè)與居住、交通等其他熱污染源連接成片，難以清晰分辨；同時冬季熱紅外遙感調(diào)查得到的除了工業(yè)熱污染源，還包括該地區(qū)應(yīng)用本方法同時獲取的交通、能源等其他類別的熱污染源信息，前者占據(jù)絕大多數(shù)，但后者亦有重要性。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于衛(wèi)星遙感的工業(yè)熱污染源調(diào)查方法，其特征是，步驟(b)中采用相對亮度溫度R進(jìn)行亮度溫度的歸一化，從而實現(xiàn)不同時相間熱環(huán)境遙感反演結(jié)果的可比性，R通常可以采用與區(qū)域平均亮度溫度的相對差值進(jìn)行計算最為便捷，即5 =,其中L為研究區(qū)第i個像元的亮度溫度，Ta為研究區(qū)平均亮度溫度，R為相對売度溫度。4.根據(jù)權(quán)利要本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于遙感的城市工業(yè)熱污染源調(diào)查方法，其特征是，所述方法包括以下步驟：a）選取監(jiān)測區(qū)冬季中分辨率遙感影像，要求數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，監(jiān)測區(qū)內(nèi)晴朗無云，大氣可見度高；b）使用中分辨率遙感影像熱紅外波段反演地表亮度溫度，首先將?DN值轉(zhuǎn)化為輻射亮度，然后將輻射亮度轉(zhuǎn)化為亮度溫度，將反演得的亮度溫度值進(jìn)行歸一化處理，計算得到相對亮度溫度R；c）通過對相對亮度溫度R的閾值分割，實現(xiàn)對熱污染區(qū)的分級分類；d）將熱污染區(qū)分類圖與輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，結(jié)合地面實地調(diào)查驗證，進(jìn)行工業(yè)熱污染源辨識，進(jìn)而形成工業(yè)熱污染源清單。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙小鋒，王慧娜，鄧?yán)?/a>，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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