高溫目標(biāo)遙感特征識(shí)別技術(shù)監(jiān)測(cè)土法煉焦研究.pdf

1、無(wú)論在地球表面還是高空，高溫現(xiàn)象都普遍存在，地表發(fā)生的一些高溫現(xiàn)象如森林大火、草場(chǎng)火、火山活動(dòng)、油井火、煤火等，在高空中如飛機(jī)尾焰、發(fā)射的火箭體、進(jìn)入大氣層發(fā)生燃燒的物體等。這些高溫現(xiàn)象的主要特征就是向外輻射電磁輻射，引起熱異常，一旦它們成為被研究者關(guān)注的對(duì)象，就可以稱之為高溫目標(biāo)。傳統(tǒng)高溫目標(biāo)的監(jiān)測(cè)手段往往是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，這種監(jiān)測(cè)方法的限制因素很多，比如無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)測(cè)，甚至無(wú)法到達(dá)高溫目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)，如火山噴發(fā)、森林火等，有時(shí)候我們甚至無(wú)

2、法預(yù)知高溫目標(biāo)事件發(fā)生的時(shí)間等等，而應(yīng)用遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)宏觀、快速、大范圍監(jiān)測(cè)這些高溫目標(biāo)，彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的缺點(diǎn)。高溫目標(biāo)遙感特征識(shí)別技術(shù)在環(huán)境遙感領(lǐng)域迅速得到了發(fā)展，在軍事領(lǐng)域也引起了人們的高度重視。 高溫目標(biāo)遙感識(shí)別技術(shù)一直是遙感科學(xué)研究的重點(diǎn)，也是遙感技術(shù)應(yīng)用的重要支撐。利用遙感技術(shù)識(shí)別高溫目標(biāo)，是地氣系統(tǒng)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、自然資源調(diào)查等對(duì)地觀測(cè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的先行基礎(chǔ)工作，有著巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。如何從遙感數(shù)據(jù)中提取高溫目

3、標(biāo)的特征參數(shù)，如溫度、尾焰、NDVI等信息，并據(jù)此來(lái)識(shí)別高溫目標(biāo)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)，也對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用提出了更高的要求?，F(xiàn)有的高溫目標(biāo)識(shí)別的算法基本是基于NOAA/AVHRR和IEOS/MODIS數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)熱紅外(8～14μm)和近紅外(3～4μm)輻亮度值反演亮溫，通過(guò)亮溫異常并結(jié)合其他相關(guān)信息來(lái)判別高溫目標(biāo)，如判斷是否為森林、草場(chǎng)火點(diǎn)等。通過(guò)熱異常識(shí)別高溫目標(biāo)是最有潛力的途徑之一。 高溫目標(biāo)識(shí)別的

4、基礎(chǔ)理論和數(shù)據(jù)處理方法包括高溫目標(biāo)的遙感生成機(jī)理和特征反演兩大部分。本文在深入研究高溫目標(biāo)遙感成像機(jī)理的基礎(chǔ)上，從自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)工程應(yīng)用的需要出發(fā)，著重解決遙感提取高溫目標(biāo)特征的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，包括：高溫目標(biāo)遙感特征生成機(jī)理，如溫度異常特征、空氣特征變化、高溫過(guò)程分析、傳感器響應(yīng)等；提出利用近紅外(1.3～3.0μm)識(shí)別高溫目標(biāo)的理論、方法；作為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用拓展，提出利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土法煉焦污染源的技術(shù)和方法。 論文

5、首先研究高溫目標(biāo)影像特征識(shí)別的遙感機(jī)理問(wèn)題。高溫目標(biāo)和周圍環(huán)境差異的主要特征是高溫目標(biāo)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了大量的輻射能量，同時(shí)還包括煙塵、氣體等，這些特征在遙感影像上的響應(yīng)即遙感影像特征，其識(shí)別就是通過(guò)這些特征來(lái)提取高溫目標(biāo)信息。由于混合像元、組分溫度、像元比輻射率和大氣等影響，高溫目標(biāo)的遙感特征識(shí)別就要困難的多。之后，本文針對(duì)以往高溫目標(biāo)遙感特征識(shí)別中存在的問(wèn)題，開(kāi)展遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土法煉焦應(yīng)用研究，主要?jiǎng)?chuàng)新如下： (1)改進(jìn)了高

6、溫目標(biāo)遙感特征識(shí)別研究的方法。采用從高溫目標(biāo)遙感特征形成機(jī)理分析入手的策略和方案，從太陽(yáng)光源、高溫目標(biāo)的空間特征、光譜特征、輻射傳輸模型、大氣影響和傳感器響應(yīng)等整個(gè)成像鏈路和相互間的偶合關(guān)系入手來(lái)研究高溫目標(biāo)遙感影像特征，對(duì)于進(jìn)一步的研究和應(yīng)用具有重要的意義。 (2)提出利用近紅外(0.7～3.0μm)進(jìn)行高溫目標(biāo)識(shí)別的方法。以往進(jìn)行高溫目標(biāo)識(shí)別都是利用熱紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，本文在詳細(xì)分析TM傳感器對(duì)高溫目標(biāo)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出利用近紅

7、外波段(0,7-3.0 μm)進(jìn)行高溫目標(biāo)識(shí)別的理論基礎(chǔ)，證明其具有探測(cè)高溫目標(biāo)的潛力，以草場(chǎng)火、煤火和火山為例，利用近紅外技術(shù)，對(duì)高溫目標(biāo)遙感探測(cè)進(jìn)行了驗(yàn)證研究。 (3)首次提出用衛(wèi)星遙感技術(shù)探測(cè)土法煉焦的方法體系。把土法煉焦與熱輻射和遙感特征聯(lián)系起來(lái)，利用TM白天數(shù)據(jù)對(duì)山西某地區(qū)土法煉焦的遙感探測(cè)實(shí)驗(yàn)證明，TM7和TM5對(duì)土法煉焦產(chǎn)生的高溫敏感，TM6對(duì)高溫異常敏感，但是由于空間分辨率的影響，其對(duì)面積小的高溫異常不如TM7和

8、TM5敏感。通過(guò)TM數(shù)據(jù)對(duì)該區(qū)土法煉焦衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(1999年和12004年)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到了有關(guān)部門的認(rèn)可，TM數(shù)據(jù)是獲得可靠、定量土法煉焦信息的重要工具，拓展了遙感應(yīng)用范圍，為遙感技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)方面開(kāi)拓了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，成果可以用于其它高溫目標(biāo)的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)上，如火山、森林火、草場(chǎng)火、煤火、土法煉鋼、土磚廠等。 (4)改進(jìn)了Landsat TM數(shù)據(jù)反演土法煉焦溫度方法。整像元溫度大于68℃，將使TM6波段達(dá)到飽和，通