孔玉霞，劉炫彤

(遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

隨著中國農(nóng)業(yè)科技的大幅度發(fā)展，中國的糧食產(chǎn)量不斷增長，每年秋收季節(jié)，農(nóng)作物收割后會(huì)產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量秸稈不再主要被人用作取暖之用，而是被大量閑置。因此大多數(shù)農(nóng)民在秋冬季將農(nóng)作物的秸稈就地焚燒。

近些年來，農(nóng)作物秸稈焚燒狀況越來越嚴(yán)重，大范圍、高強(qiáng)度的焚燒產(chǎn)生的氣體和煙塵加劇了大氣的污染，造成大氣的能見度逐漸降低，氣溫上升，霧霾天氣等環(huán)境問題，危害人們的身體健康和交通安全。本文以MODIS遙感數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)農(nóng)作物秸稈的焚燒點(diǎn)進(jìn)行信息提取與監(jiān)測(cè)，快速獲得大范圍的農(nóng)作物秸稈焚燒情況〔1〕。以便于相關(guān)部門能夠快速的監(jiān)控和管理各區(qū)域的秸稈焚燒現(xiàn)象。

1 MODIS 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 遙感數(shù)據(jù)源

MODIS是Terra衛(wèi)星和Aqua衛(wèi)星上搭載的重要傳感器。采集的衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和光譜分辨率，波段數(shù)目高達(dá)36個(gè)波段，一天可過境四次，對(duì)各種忽然發(fā)生或者變動(dòng)速度很快農(nóng)作物秸稈的焚燒及天然災(zāi)害都具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力。

MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有0～4五級(jí)數(shù)據(jù)類型，高達(dá)44種遙感標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，MODIS傳感器具有時(shí)間分辨率的優(yōu)勢(shì)。本文所采用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為2012年9月獲取，其中包括三種數(shù)據(jù)形式：MOD03為地理定位數(shù)據(jù)〔2〕，包含影像的任意像元的經(jīng)緯度信息，主要用于MOD14數(shù)據(jù)的幾何定位；使其具有準(zhǔn)確的大地坐標(biāo)；MOD14 為熱異常數(shù)據(jù)，火災(zāi)數(shù)據(jù)和秸稈焚燒等熱源數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km； MCD12Q1土地覆蓋數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，用于農(nóng)用地信息提取。所選取的研究區(qū)域?yàn)樯綎|、安徽、河南、江蘇等九省范圍，由3景遙感影像拼接而成。

1.2 幾何精校正

遙感數(shù)據(jù)獲取中的系統(tǒng)誤差，會(huì)使衛(wèi)星影像出現(xiàn)一定的畸變，為了消除系統(tǒng)畸變，由衛(wèi)星數(shù)據(jù)的生產(chǎn)單位在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)校正。由于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的需求不同，還需對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，本文選用界面友好，操作方便，具有強(qiáng)大的預(yù)處理功能ENVI軟件進(jìn)行影像預(yù)處理。

MODIS03中的HDF文件，它是一種自我描述、組織以及擴(kuò)展性的一種存儲(chǔ)格式，其中主要包括地理信息、傳感器的標(biāo)定信息等。利用大地經(jīng)緯度值和WGS-84地心坐標(biāo)系變換對(duì)MODIS03數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換，在ENVI軟件打開具有WGS-84橢球信息的GLT(地理位置查找表)文件〔3〕，通過查找表法，使MODIS14衛(wèi)星影像中任一像元與GLT文件中的位置數(shù)據(jù)一一匹配，使MODIS14中的像元都具有準(zhǔn)確的實(shí)際地理坐標(biāo)，即完成影像的幾何精校正，地理定位后的影像，如圖1所示。

圖1 對(duì)MODIS14進(jìn)行地理定位后的影像

2 秸稈焚燒點(diǎn)信息提取

2.1 MODIS熱源信息提取

利用ENVI軟件中Quick statistic功能對(duì)MODIS14數(shù)據(jù)中的DN值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分類。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，DN值可分為0～9共10類，其中DN=0表示黑色區(qū)域。通過對(duì)DN值進(jìn)行閾值分析得出〔4〕， DN值為7、8、9為熱源信息，如下圖2所示，其中包括秸稈焚燒點(diǎn)、工礦熱點(diǎn)、地面道路以及人工熱源等熱源。為了準(zhǔn)確的提取農(nóng)作物秸稈焚燒點(diǎn)還需要對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的篩選處理，要借助于農(nóng)用地信息。本文對(duì)MCD12Q1地表覆蓋信息影像進(jìn)行監(jiān)督分類，參照農(nóng)用地樣本，提取農(nóng)用地的信息，然后把熱源信息和農(nóng)用地信息進(jìn)行疊加計(jì)算，最終獲得秸稈焚燒的火點(diǎn)信息。

圖2 DN值為7、8、9為熱源提取信息

2.2 農(nóng)用地信息與秸稈焚燒火點(diǎn)信息的提取

提取農(nóng)用地的方法也有很多種，本文主要利用MCD12Q1土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行農(nóng)用地信息的提取。由于農(nóng)作物生長時(shí)期內(nèi)葉片的葉綠素和水分含量較高，在近紅外波段處具有高強(qiáng)度的反射性，在假彩色融合影像中，農(nóng)作物和地面生長的植被均顯現(xiàn)出紅色。秋季，農(nóng)作物基本成熟，葉片中的葉綠素和水分含量大幅度減少，對(duì)近紅外波段的反射隨之減弱，在假彩色融合影像中，農(nóng)作物區(qū)域顯現(xiàn)為淺紅色。因此利用生長期和成熟期對(duì)近紅外波段的反射差別提取農(nóng)用地信息〔5〕，范圍如圖3所示。再利用農(nóng)用地信息和提取的熱源信息進(jìn)行疊加計(jì)算提取秸稈焚燒火點(diǎn)信息，如圖4所示。

圖3 農(nóng)用地提取信息

圖4 火點(diǎn)信息提取

3 火點(diǎn)信息專題圖制作

ArcGIS軟件是地理信息系統(tǒng)行業(yè)中功能較為強(qiáng)大的內(nèi)業(yè)軟件之一，它具有信息輸入、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)分析、成果表達(dá)和輸出等功能，在全要素地圖和專題地圖的制作中、地理信息數(shù)據(jù)入庫編輯和管理以及數(shù)據(jù)共享和發(fā)布等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

首先對(duì)提取的農(nóng)作物秸稈焚燒火點(diǎn)矢量信息與國家行政區(qū)劃矢量圖進(jìn)行疊加，如圖5所示，并對(duì)各個(gè)省份的區(qū)域進(jìn)行符號(hào)化處理，利用軟件中的統(tǒng)計(jì)功能計(jì)算出研究區(qū)域內(nèi)共有812火點(diǎn)，然后統(tǒng)計(jì)各個(gè)省份秸稈焚燒的火點(diǎn)數(shù)量，最后根據(jù)專題地圖的性質(zhì)和實(shí)際用途選擇對(duì)合適的專題地圖表示方法〔6〕。并合理處理圖像中的各要素之間的關(guān)系，使專題地圖能夠突出特點(diǎn)，清晰明了簡單易讀，層次分明，富有美感，最終實(shí)現(xiàn)地圖科學(xué)性與藝術(shù)性完美結(jié)合的秸稈焚燒火點(diǎn)專題圖，如圖6所示。

圖5 行政區(qū)劃與火點(diǎn)疊加圖

圖6 秸稈焚燒火點(diǎn)專題圖

4 結(jié)論

利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)作物秸稈焚燒進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確地獲得秸稈焚燒火點(diǎn)信息，精準(zhǔn)的定位火點(diǎn)位置，動(dòng)態(tài)捕捉農(nóng)作物秸稈焚燒情況。為全國秸稈焚燒監(jiān)控提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為加強(qiáng)全國范圍的秸稈焚燒預(yù)警能力和監(jiān)督檢查提供有效的依據(jù)。

由專題地圖可以看出，山東、安徽、河南、江蘇四個(gè)省份農(nóng)作物秸稈焚燒情況較為嚴(yán)重，此區(qū)域的職能部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)人們的思想教育，提高人民的環(huán)保意識(shí)，強(qiáng)調(diào)秸稈焚燒的危害。農(nóng)作物的秸稈露天焚燒不僅是一種資源浪費(fèi)，而且還會(huì)帶來很多污染問題，百害無一利。從火點(diǎn)專題圖中還可以看出，同一省份不同城市的農(nóng)作物秸稈焚燒火點(diǎn)的數(shù)量也存在明顯差異，主要原因在于各地方政府對(duì)秸稈焚燒監(jiān)督檢查的力度不同，對(duì)于那些監(jiān)管力度較弱的地方政府，應(yīng)該及時(shí)做出整改，對(duì)農(nóng)作物秸稈焚燒現(xiàn)象加強(qiáng)管理力度，杜絕秸稈焚燒的再次發(fā)生，促進(jìn)農(nóng)作物秸稈的二次利用。