云層覆蓋對衛(wèi)星遙感監(jiān)測秸稈火點的影響研究

周斌，張曉，韓瑀英

（1.浙江環(huán)境監(jiān)測工程公司，浙江杭州310012；2.浙江水美環(huán)保工程有限公司，浙江杭州310012）

云層覆蓋對衛(wèi)星遙感監(jiān)測秸稈火點的影響研究

周斌1，張曉1，韓瑀英2

（1.浙江環(huán)境監(jiān)測工程公司，浙江杭州310012；2.浙江水美環(huán)保工程有限公司，浙江杭州310012）

采用Image-Pro Plus軟件的面積分析方法，對云層面積進行計算，并由此得到云層覆蓋率，量化云層覆蓋的等級，減小判斷誤差。并得到如下結(jié)論：（1）該方法可以方便快捷地計算出陸地面積及上空云層面積，計算誤差小于10%；（2）量化了云層覆蓋的等級：無云覆蓋（0%～5%），少云覆蓋（5%～35%），中等覆蓋（35%～65%），多云覆蓋（65%～95%），全云覆蓋（95%～100%）；（3）云層覆蓋等級的確認，可為秸稈焚燒監(jiān)測提供校正系數(shù)，有助于秸稈焚燒監(jiān)測的準確性及合理性。

衛(wèi)星遙感；秸稈焚燒；云層覆蓋

0 前言

隨著國際社會對PM2.5的關(guān)注日益加強，PM2.5的各種來源也成為全社會的關(guān)注的焦點[1]。雖然自然過程也會產(chǎn)生PM2.5，但是其主要來源仍是人為排放，人為排放主要包括生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣排放、煤炭燃燒、建筑塵埃、有機物質(zhì)及未知途徑[2-3]。多位學(xué)者在研究北京PM2.5來源時發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)燃燒對PM2.5的貢獻率在5%～12%，與煤炭燃燒及汽車尾氣排放共同構(gòu)成了PM2.5的三個主要來源[3]。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)田秸稈焚燒在生物質(zhì)燃燒中占有很大的比例[4]，因此，對秸稈焚燒的監(jiān)測控制，有助于減少PM2.5的排放。

在農(nóng)田秸稈焚燒的監(jiān)測中，衛(wèi)星遙感技術(shù)由于其具有實時性強，操作便捷，覆蓋范圍廣及費用低廉等優(yōu)勢，已得到廣泛應(yīng)用[5]。但是，在衛(wèi)星遙感監(jiān)測中，由于云層的存在，降低了遙感影像的識別度，使得云下的圖像信息被削弱甚至丟失，而且后期的數(shù)據(jù)分析精度難以得到保證，甚至無法進行，云層覆蓋已成為衛(wèi)星遙感圖像處理中的難題之一[6]。

目前，我省將衛(wèi)星遙感影像中云層的覆蓋分為以下幾個等級：全云覆蓋、多云覆蓋、中云覆蓋、少云覆蓋，、無云覆蓋。前期研究中對于云層覆蓋等級的辨別主要依據(jù)肉眼觀察、人工判斷，這種判斷方法的結(jié)果因人而異，誤差較大。因此，本研究采用Image-Pro Plus軟件的面積分析方法，對云層面積進行計算，并由此得到云層覆蓋率，量化云層覆蓋的等級，減小判斷誤差，該方法方便快捷，可操作性強，對衛(wèi)星遙感監(jiān)測秸稈火點具有很高的實用價值。

1 研究區(qū)域

以2010年2月浙江省為研究區(qū)域，通過衛(wèi)星影像分析提取所需數(shù)據(jù)及相關(guān)信息，研究2010年2月浙江省云層覆蓋對衛(wèi)星遙感監(jiān)測的影響。

2 數(shù)據(jù)來源及處理方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源以MODIS DVB-S接收站所獲得的Terra/Aqua MODIS 1B衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主。該衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定，以每日2～4次的頻次過境浙江省，完整過境影像占全部影像的80%以上，可滿足全省每日監(jiān)測的業(yè)務(wù)需求。有關(guān)MODIS的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 MODIS數(shù)據(jù)的主要技術(shù)指標(biāo)

表1 MODIS數(shù)據(jù)的主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 處理方法

2.2.1 Modis圖像預(yù)處理

接收到的Modis數(shù)據(jù)首先采用星地通公司研發(fā)的Eos/Modis投影系統(tǒng)，ERDAS IMAGINE 9.1以及Arc Map軟件進行校正預(yù)處理。

2.2.2 Image-Pro Plus 6.0面積測算

本研究采用Image-Pro Plus 6.0軟件進行數(shù)據(jù)及面積測算。Image-Pro Plus軟件由美國Media Cybernetics公司研發(fā)，是一個功能強大的圖像分析軟件包，其操作簡便，包含了豐富的增強及測量工具，與多種常用軟件（如word，excel，powerpoint，origin等）兼容，并且允許用戶自行編寫針對特定應(yīng)用的宏和插件。經(jīng)過30余年的研發(fā)、改進以及用戶反饋，Image-Pro Plus提供了全套的實用程序，如采集、交流、處理、測量、分析、存檔、匯報以及打印等。目前，Image-Pro Plus軟件在熒光成像、質(zhì)量控制、材料成像及醫(yī)學(xué)與工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用，而本研究則主要利用Image-Pro Plus的對色度的自動識別，以及其針對特定區(qū)域的計算測量功能，將其應(yīng)用于宏觀的衛(wèi)星遙感監(jiān)測領(lǐng)域。

該方法的處理流程如圖1所示，從流程圖可以看出，該方法操作簡便，實用性較好。

（1）導(dǎo)入圖片：與一般軟件相同，直接拖入或從文件中打開即可，可以識別多種格式的圖片。同一批進行定量比較時，需統(tǒng)一圖片格式。

（2）尺度校正：利用圖片中已知的標(biāo)尺進行校正，如果圖片拍攝的像素和距離一定，則只需校正其中一幅，校正尺度可存入電腦隨時調(diào)用。

（3）繪制待分析區(qū)域：選中需要分析的目標(biāo)區(qū)域，如果每次需要分析的區(qū)域邊界相同，可繪制一次后保存，以方便日后使用。

（4）選擇待分析色度：選擇需要分析的目標(biāo)的顏色，軟件會自動識別圖片中的相同顏色并將其全部染色為同一種顏色。如果一次不能全部選中，可進行多次選擇，直至全部選中。

（5）面積計算：利用軟件meseaure-count/size功能，自動計算面積，可在軟件中直接查看計算數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析結(jié)果，也可導(dǎo)出至常用辦公軟件或統(tǒng)計分析軟件。

圖1 面積計算處理流程

3 結(jié)果與討論

3.1 精度驗證

采用2010年2月20日所獲得的一張無云層衛(wèi)星影像（圖2a）及浙江省地圖（圖2b）共同作為對照。采用Image-Pro Plus 6.0對衛(wèi)星遙感圖（圖2a，2b）進行面積分析，分析結(jié)果如表2所示，從表2可知，該軟件分析的誤差在10%以內(nèi)，因此，可以將其用于衛(wèi)星遙感圖中的面積分析。

表2 Image-Pro Plus 6.0面積分析精度結(jié)果

圖2 浙江省衛(wèi)星遙感圖及浙江省地圖

3.2 云層覆蓋率分析

首先根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，量化云層覆蓋的等級：無云覆蓋（0%～5%），少云覆蓋（5%～35%），中云覆蓋（35%～65%），多云覆蓋（65%～95%），全云覆蓋（95%～100%）。2010年2月浙江省內(nèi)衛(wèi)星遙感圖如圖3所示。根據(jù)衛(wèi)星遙感圖及浙江省陸地的邊界，分析計算浙江省內(nèi)陸地上空云層面積并得出云層覆蓋率，見表3。

表3 云層覆蓋率及覆蓋區(qū)域

圖3 浙江省2010年2月21,22,23日衛(wèi)星遙感影像

3.3 覆蓋等級應(yīng)用前景

從覆蓋等級的數(shù)值及各等級云層圖片可看出，在無云及少云情況，監(jiān)測結(jié)果較為準確，可信度較高；在中云及多云覆蓋情況，監(jiān)測結(jié)果一般，僅供參考；在全云覆蓋情況，監(jiān)測結(jié)果不可靠，無法使用。

4 結(jié)論

綜上所述，可得出如下結(jié)論：

（1）該方法可以方便快捷地計算出陸地面積及上空云層面積，計算誤差小于10%。

（2）量化了云層覆蓋的等級：無云覆蓋（0%～5%），少云覆蓋（5%～35%），中云覆蓋（35%～65%），多云覆蓋（65%～95%），全云覆蓋（95%～100%）。

（3）云層覆蓋等級的確認，可為秸稈焚燒監(jiān)測提供校正系數(shù)，有助于秸稈焚燒監(jiān)測的準確性及合理性。

[1]Dockery D W，Pope C A.Acute respiratory effects of particulate air-pollution.annual review of public health[J]. Annual Review of Public Health，1994，15：107-132.

[2]Zhu X L，Zhang Y H，Zeng L M，et al.Source identification of ambient PM2.5 in Beijing[J].Chinese Journal of Environmental Science，2005，18（5）：1-5.

[3]Yao Q，Li S Q，Xu H W，et al.Reprint of：Studies on formation and control of combustion particulate matter in China：a review.energy[J].Energy，2009，34（9）：1296-1309.

[4]田賀中，趙丹，王艷.中國生物質(zhì)燃燒大氣污染物排放清單[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31（2）：349-357.

[5]厲青，張麗娟，吳傳慶，等.基于衛(wèi)星遙感的秸稈焚燒監(jiān)測及對空氣質(zhì)量影響分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2009，25（1）：32-37.

[6]楊珊榮.MODIS數(shù)據(jù)云檢測算法及云補償方法研究[D].福州:福建師范大學(xué)，2009.

Study on the Influence of Cloud Covering on the Fire Point of Straw by Satellite Remote Sensing

ZHOU Bin1，ZHANG Xiao1，HAN Yu-ying2
（1.Zhejiang Environment Monitoring Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310012，China；2.Zhejiang Supermax Environment Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310012，China）

Area analysis method of the Image-Pro Plus was applied in this article to calculate the cloud layer area.The cloud coverage rate was obtained，and then the cloud coverage will be graded to minimize the deviation.Following results were achieved：land area and cloud area can be easily calculated by taking this method，and the calculation deviation was less than 10%;The cloud coverage can be graded：non-cloud coverage（0%～5%），partly-cloud coverage（5%～35%），moderate-cloud coverage（35%～65%），overcast coverage（65%～95%），fully-cloud coverage（95%～100%）;Identification of the cloud coverage grade could provide the straw incineration monitoring correction coefficient，and improve the accuracy and rationality of the straw incineration monitoring.

satellite remote sensing;straw incineration;cloud coverage

1006-4184（2017）8-0044-04

霍尼韋爾研發(fā)出Zendura氟碳樹脂

2017-04-11

周斌（1985-），男，漢族，浙江杭州人，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測。E-mail：34299660@qq.com。

FPVE含氟聚合物——ZenduraTM氟碳樹脂是由霍尼韋爾中國本土研究團隊最新開發(fā)的、具有獨特氟單體、更趨向于嚴格交替共聚的新型高性能FPVE（氟碳乙烯基醚）含氟聚合物。因其更高的活性氟含量和固含率、更優(yōu)異的耐久性，同時還能使涂料配方使用更少的有機溶劑，從而顯著減少VOC（揮發(fā)性有機化合物）的釋放，一經(jīng)推出，便獲得了業(yè)界廣泛關(guān)注。2017年初，ZenduraTM氟碳樹脂獲得了中國最具影響力的行業(yè)內(nèi)獎項之一——“榮格技術(shù)創(chuàng)新獎”。

（來源：http://www.chinaiol.com/fc/r/0804/82185065.html）