朱杰+胡德茂+胡藝洲+孫鴻儒+陳世宏

摘要：指出了我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著農(nóng)作物種植面積的增加，農(nóng)業(yè)秸稈總量也迅速增加。在很多地方，由于秸稈焚燒時(shí)間短、范圍廣等局限因素，利用傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段相關(guān)部門(mén)不能及時(shí)監(jiān)測(cè)和掌控秸稈焚燒信息，從而無(wú)法進(jìn)行有效的執(zhí)法治理。而衛(wèi)星遙感手段以其時(shí)效性、覆蓋面廣等優(yōu)勢(shì)使得快速大面積監(jiān)測(cè)秸稈焚燒情況成為可能。提出了利用MODIS提供的熱異常數(shù)據(jù)，通過(guò)ENVI遙感圖像處理軟件提取火點(diǎn)和農(nóng)用地，并將火點(diǎn)顯示在GoogleEarth上，從而給有關(guān)部門(mén)提供快速準(zhǔn)確的秸稈焚燒地點(diǎn)信息，便于進(jìn)行執(zhí)法治理。

關(guān)鍵詞：ENVI軟件；谷歌地圖；MODIS數(shù)據(jù)；秸稈焚燒；遙感；火點(diǎn)；農(nóng)用地

中圖分類(lèi)號(hào)：X712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）14-0081-03

1 引言

秸稈焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量煙霧、煙塵、一氧化碳、二氧化碳等污染物質(zhì)，不僅會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量的惡化，還會(huì)影響交通安全，迫使高速公路關(guān)閉，民航停飛等；其次，野外焚燒秸稈增加了火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)焚燒秸稈也嚴(yán)重浪費(fèi)了寶貴的生物資源（6億t秸稈相當(dāng)于300多萬(wàn)t氮肥、700多萬(wàn)t鉀肥、70多萬(wàn)t磷肥，它相當(dāng)于全國(guó)每年化肥施用量的1/4）。在如今倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，建設(shè)和諧社會(huì)、生態(tài)文明社會(huì)的大環(huán)境下，秸稈焚燒的治理不容忽視。筆者采用基于美國(guó)地球觀(guān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃（EOS）的Terra/Aqua衛(wèi)星MODIS光譜儀數(shù)據(jù)，通過(guò)ENVI遙感圖像處理軟件對(duì)2017年4月15日的秸稈焚燒情況進(jìn)行火點(diǎn)提取，并通過(guò)GoogleEarth軟件進(jìn)行火點(diǎn)定位，從而為監(jiān)管部門(mén)執(zhí)法治理提供快捷有效的信息。

2 監(jiān)測(cè)原理

MODIS是美國(guó)地球觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中Terra和Aqua衛(wèi)星攜帶的中分辨率成像光譜儀，Terra和Aqua都是太陽(yáng)同步極軌衛(wèi)星，Terra在地方時(shí)間上午過(guò)境，Aqua在地方時(shí)間的下午過(guò)境，可在一天內(nèi)最多獲得4次地球上同一地區(qū)的對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。MODIS在0.4～14之間有36個(gè)觀(guān)測(cè)通道，靈敏度高，能夠探測(cè)到的最小面積為50 m²。又因?yàn)?，地球上不同的物體具有不同的光譜特性，向外界輻射的電磁破也具有不同的波長(zhǎng)。根據(jù)普朗克定律可知，植物在沒(méi)有燃燒時(shí)和燃燒時(shí)所發(fā)出的輻射也有差異，沒(méi)有燃燒時(shí)植物發(fā)出的輻射是背景輻射，燃燒時(shí)則主要是由火焰和高溫碳化物發(fā)出的輻射。根據(jù)這種差異，利用MODIS成像光譜儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析即可提取火點(diǎn)信息。

3 數(shù)據(jù)獲取

由于MODIS數(shù)據(jù)實(shí)行全球免費(fèi)接收政策，采用直接廣播的形式下行數(shù)據(jù)，因此可以免費(fèi)獲取其不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從NASA衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站http：//ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html上下載2017年4月15日四川省的MOD14、MOD03數(shù)據(jù)以及MCD12Q1數(shù)據(jù)。輸入四川省的經(jīng)緯度區(qū)間東經(jīng)97°21′～108°31′和北緯26°03′～34°19′，分別獲得4個(gè)MOD14和MOD03數(shù)據(jù)，其中MOD14為熱異常數(shù)據(jù)，用于提取焚燒點(diǎn)，MOD03為地理較正數(shù)據(jù)，用于對(duì)MOD14數(shù)據(jù)進(jìn)行地理定位，MCD12Q1為土地覆蓋數(shù)據(jù)，用于提取農(nóng)用地。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 火點(diǎn)提取

（1）原始的MOD14影像數(shù)據(jù)存在很大的幾何畸變，如圖1所示，需要通過(guò)ENVI數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行校正。首先根據(jù)MOD03數(shù)據(jù)中的經(jīng)度和緯度信息建立地理查找表GLT文件，再根據(jù)建立的GLT文件，對(duì)MOD14熱異常數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和地理定位。

（2）糾正后的影像數(shù)據(jù)更接近真實(shí)的地理形狀和位置，如圖2所示。于是便可以根據(jù)糾正后的MOD14數(shù)據(jù)提取火點(diǎn)。將火點(diǎn)的像素值設(shè)置為7、8、9，通過(guò)ENVI5.1中的ROL工具即可提取出數(shù)據(jù)中的火點(diǎn)信息，如圖3所示，共計(jì)2786個(gè)火點(diǎn)（在圖中以紅點(diǎn)標(biāo)出）。

4.2 農(nóng)用地提取

之前提取的火點(diǎn)信息由于受到鋼鐵廠(chǎng)、火力發(fā)電廠(chǎng)、村民生火煙沖等等類(lèi)似秸稈焚燒的情況干擾，使得提取出來(lái)的火點(diǎn)不一定都是秸稈焚燒造成的，所以就需要再次提取衛(wèi)星監(jiān)測(cè)影像數(shù)據(jù)中的農(nóng)用地區(qū)域信息，將二者疊加，這樣才能從中選出由于秸稈焚燒造成的火點(diǎn)。

農(nóng)用地提取采用的是MCD12Q1為土地覆蓋數(shù)據(jù)，根據(jù)IGBP全球植被分類(lèi)方法可知，農(nóng)用地的像素值為12。依次將數(shù)十幅MCD12Q1土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行投影裝換和圖像拼接，之后采用與火點(diǎn)提取相同的方法，設(shè)置像素值為12，提取農(nóng)用地信息如圖4所示（圖中綠色標(biāo)明部分即為農(nóng)用地區(qū)域）。

4.3 求火點(diǎn)信息和農(nóng)用地信息的交集

利用ENVI中求交集工具，將火點(diǎn)信息與農(nóng)用地信息疊加，重疊的即為秸稈焚燒疑似火點(diǎn)，經(jīng)過(guò)交集運(yùn)算后，全國(guó)范圍內(nèi)秸稈焚燒疑似點(diǎn)共有1178個(gè)。

5 利用ArcMap進(jìn)行結(jié)果分析

在ENVI中將疑似火點(diǎn)的信息保存為矢量文件，用ArcMap打開(kāi)該文件，同時(shí)疊加中國(guó)1∶4000000的省界矢量地圖，如圖5所示?？梢钥闯?，在2017年4月15日這一天，我國(guó)的秸稈焚燒疑似點(diǎn)集中在黑龍江、江蘇等地，四川省內(nèi)的疑似火點(diǎn)較少。

6 秸稈焚燒疑似點(diǎn)的地理點(diǎn)位

雖然將火點(diǎn)輸出在中國(guó)的矢量地圖上可以從全局的角度看出該日期全國(guó)秸稈燃燒火點(diǎn)的地理位置分布情況，但無(wú)法對(duì)每一個(gè)火點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，不能給監(jiān)管執(zhí)法部門(mén)提供準(zhǔn)確可行的有效的執(zhí)法指引。所以需要再次將火點(diǎn)輸出到GoogleEarth高清地圖中，以便很好的解決這一問(wèn)題。GoogleEarth的地圖是衛(wèi)星影像與航拍的數(shù)據(jù)整合，其全球地貌影像的有效分辨率至少為100 m，在中國(guó)大陸的分辨率為30 m。將GoogleEarth與ENVI結(jié)合，可對(duì)秸稈焚燒點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的地理定位，如圖6所示（地圖中黃色圖釘標(biāo)明的點(diǎn)即為疑似火點(diǎn)），有了該定位數(shù)據(jù)，監(jiān)管執(zhí)法部門(mén)可快速準(zhǔn)確的進(jìn)行執(zhí)法處理，從而為相關(guān)部門(mén)的執(zhí)法與治理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐，大大提高了執(zhí)法精度和效果。

7 結(jié)論與討論

本研究利用MODIS熱異常數(shù)據(jù)對(duì)2017年4月15日全國(guó)范圍內(nèi)的秸稈焚燒火點(diǎn)進(jìn)行提取分析和定位。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的人工排查等手段，衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)秸稈焚燒具有范圍廣、速度快、成本低等巨大優(yōu)勢(shì)。另外，結(jié)合GoogleEarth高清衛(wèi)星地圖軟件，對(duì)每一個(gè)焚燒火點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，可為相關(guān)監(jiān)管部門(mén)提供及時(shí)準(zhǔn)確的火點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，便于執(zhí)法和治理，對(duì)建設(shè)綠色環(huán)保社會(huì)、生態(tài)文明社會(huì)具有顯著的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王子峰，陳良富，顧行發(fā).基于MODIS數(shù)據(jù)的華北地區(qū)秸稈焚燒監(jiān)測(cè)[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2008，23（6）：611～617.

[2]劉 婷，王來(lái)剛，范 磊.基于EOS/MODIS數(shù)據(jù)的河南省小麥秸稈焚燒監(jiān)測(cè)分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（11）：158～160.

[3]楊珊榮，李 虎，余 濤，等.基于MODIS的秸稈焚燒火點(diǎn)識(shí)別原理及算法IDL實(shí)現(xiàn)[J].遙感信息，2009（2）：91～97.

[4]張 彥，劉 婷，李 冰，等.基于MODIS數(shù)據(jù)的河南省秋季作物秸稈焚燒火點(diǎn)監(jiān)測(cè)研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，45（11）：149～154.

[5]何立明，王文杰，王 橋，等.中國(guó)秸稈焚燒的遙感監(jiān)測(cè)與分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2007，23（1）：42～50.

[6]張麗娟，厲 青，陳 輝，等.2014～2015年夏秋收期間全國(guó)秸稈焚燒遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41（6）：61～65.

[7]張樹(shù)譽(yù)，李登科，李星敏，等.衛(wèi)星遙感在秸稈焚燒監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].氣象，2005，31（9）：83～86.

[8]成思敏.秸稈焚燒遙感監(jiān)測(cè)[J].民營(yíng)科技，2014（9）：52～52.

[9]胡 梅，齊述華，舒曉波，等.華北平原秸稈焚燒火點(diǎn)的MODIS影像識(shí)別監(jiān)測(cè)[J].地球信息科學(xué)，2008，10（6）：802～807.

[10]張樹(shù)譽(yù)，李登科，景毅剛.“3S”技術(shù)在關(guān)中地區(qū)秸稈焚燒遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2005，17（2）：17～20.

[11]江蘇開(kāi)展秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)工作[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2009（3）：40～40.