翟雪奎，沈 忱，王 敏

（1.淄博市國土資源信息中心，山東 淄博 255000；2.山東天昀和測繪工程有限公司，山東 淄博 255000）

隨著新冠肺炎疫情防控形勢的持續(xù)向好，企業(yè)生產(chǎn)從停頓中慢慢恢復(fù)，掌握各地復(fù)工復(fù)產(chǎn)情況，已成為政府的一項重要工作。采用逐級上報的調(diào)研方式，人力物力消耗大、匯總周期長，且無法甄別虛假填報。因此，如何快速掌握真實可靠的復(fù)工情況，成為政府部門的迫切需求。針對上述問題，本文基于熱紅外遙感技術(shù)，利用單窗算法精確反演得到山東省新冠肺炎疫情前后的地表溫度，并以具備溫度差異的廠房為分析對象，疊加工業(yè)用地圖斑和影像地圖進行對比，進而明確已開工企業(yè)，為企業(yè)復(fù)工率評價、政策制定與調(diào)整等提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

山東省位于我國東部沿海，自北向南與河北、河南、安徽、江蘇等省接壤。山東省是一個工業(yè)大省，優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，是全國重要的化工、建材、醫(yī)藥、裝備制造生產(chǎn)基地，工業(yè)增加值由1952年的6.8億元 提高到2018年的2.89萬億元，按可比口徑增長了 2620倍[1]。目前，山東省擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中的 41個工業(yè)大類和197個工業(yè)種類，其中輕工、化工、機械行業(yè)主營業(yè)務(wù)收入突破2萬億元，冶金、紡織、電子信息行業(yè)均超過萬億元。山東省工業(yè)在全國工業(yè)布局中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文利用Landsat8、MODIS等多源衛(wèi)星多時相數(shù)據(jù)進行地表溫度反演計算[2]，并對2019年12月、 2020年2月、3月山東省全域多源熱紅外遙感數(shù)據(jù)進行對比分析，以疫情前后廠房溫度與室外溫度之差作為判斷企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的指標(biāo)，為政府管理部門研判企業(yè)和項目開復(fù)工提供參考依據(jù)。

2 研究方法

數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖

1）黑體輻射亮度計算。將圖像的亮度灰度值轉(zhuǎn)換為絕對的輻射亮度，則有：

式中，DN為像元灰度值；ML、NL分別為增益參數(shù)和偏置參數(shù)，從數(shù)據(jù)頭文件中獲?。籏1=607.76、K2= 1 260.56[3-5]。

計算得到輻射強度Lλ后，再利用Planck輻射公式計算得到像元亮度溫度T。

2）植被覆蓋度計算。本文采用混合像元分解法計算植被覆蓋度，將整景影像的地類大致分為水體、植被和建筑，計算公式為：

式中，NDVI為歸一化植被指數(shù)，取NDVIV=0.70和NDVIS=0.00。當(dāng)某個像元的NDVI＞0.70時，F(xiàn)V=1；當(dāng)NDVI＜0.00時，F(xiàn)V=0。

3）地表比輻射率計算。物體的比輻射率是物體向外輻射電磁波的能力，是地溫反演時的一個關(guān)鍵參數(shù)[6-8]。本文將遙感影像分為水體、城鎮(zhèn)和自然表面 3種類型，水體像元的比輻射率賦值為0.995，自然表面和城鎮(zhèn)像元的比輻射率的計算公式為：

4）地溫反演。由于傳感器接收的輻射強度不僅包括地面物體的熱輻射，還包括大氣上行和下行的熱輻射成分[9-11]，因此地表溫度還需由亮溫經(jīng)過反演運算得到。

式中，Ts為實際地表溫度；T為傳感器亮溫；C、D為中間變量，C=ε，D=(1-τ)[1+(1-ε)τ]；ε為地表比輻射率；τ為大氣透射率；Ta為大氣平均作用溫度；a、b為根據(jù)熱輻射強度和亮溫的關(guān)系擬合得到的回歸系數(shù)[12-13]。

5）目標(biāo)區(qū)域挖掘。將工業(yè)用地圖斑與地表溫度反演成果相融合，利用以溫度距離為指標(biāo)的多時相異常檢測局部異常因子的方法，對工業(yè)用地中地表溫度異常變化區(qū)域進行挖掘，進而分析得到疫情前后企業(yè)的開工情況。

對已開工工廠的判定方法為：①將當(dāng)日地溫反演柵格圖疊加工業(yè)用地圖斑，取目標(biāo)工業(yè)用地區(qū)域內(nèi)各廠房溫度柵格值p，進而得到廠房區(qū)域內(nèi)溫度均值f(p)；②將目標(biāo)區(qū)域面積外擴N倍，得到擴大面積的溫度均值f(q)；③若溫度異常因子D(f(p)-f(q))＞K℃，則認為該處廠房已投入生產(chǎn)。

確定基本分類方法后，本文對多時相數(shù)據(jù)進行分析比對，具體步驟為：①將2019年12月地溫反演影像疊加工業(yè)用地圖斑，得到可監(jiān)測投產(chǎn)企業(yè)的總數(shù) 量X；②將2020年2月18日（正月廿五）的疊加結(jié)果進行對比，得出因疫情導(dǎo)致停工停產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量Y，則此時的復(fù)工率為Y/X；③將2020年3月5日的疊加結(jié)果進行對比，得出此時已復(fù)工的企業(yè)數(shù)量Y′，則此時的復(fù)工率為Y′/X。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 典型區(qū)域驗證

典型區(qū)域驗證選取山東省淄博市桓臺東岳經(jīng)濟開發(fā)區(qū)不同日期工作時間（2020年2月18日12：20和 3月5日12：10）的遙感影像，疊加當(dāng)?shù)毓I(yè)用地圖斑和影像地圖，從而分析隨著時間推移，企業(yè)復(fù)工率的變化情況。

2020年2月18日目標(biāo)區(qū)域熱紅外原始成像圖如 圖2所示，通過疊加本地工業(yè)用地矢量圖斑，可明確已開工的企業(yè)，圖中A、B兩處廠房溫度較高，可研判該企業(yè)已復(fù)工生產(chǎn)。將2020年2月18日和3月5日熱紅外原始成像結(jié)果疊加遙感影像圖，如圖3、4所示，可以看出，隨著時間的推移，該區(qū)域內(nèi)復(fù)工企業(yè)數(shù)量明顯增多，各大廠房輻射強度均明顯高于周圍環(huán)境，超過85%廠房處于生產(chǎn)運行狀態(tài)，符合當(dāng)?shù)貙嶋H復(fù)工情況。

圖2 熱紅外原始成像圖

圖3 桓臺東岳經(jīng)濟開發(fā)區(qū)熱紅外反演溫度對比圖（2.18）

圖4 桓臺東岳經(jīng)濟開發(fā)區(qū)熱紅外反演溫度對比圖（3.5）

3.2 全省溫度反演結(jié)果分析

由山東省熱紅外遙感成像反演的地表溫度圖（圖5，威海數(shù)據(jù)源缺少較多）可知，全省已復(fù)工企業(yè)的分布特點為：①青島、煙臺等沿海地區(qū)熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業(yè)復(fù)工情況較好；②省會濟南熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業(yè)復(fù)工情況較好； ③淄博、濱州、鄒平等魯中地區(qū)熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業(yè)復(fù)工情況較好；④臨沂、濰坊、 聊城、濟寧、泰安等其他地區(qū)熱紅外地表反演溫度和密度也較高，企業(yè)復(fù)工情況較好。綜上所述，通過熱紅外影像地溫反演疊加分析，可得到當(dāng)日數(shù)據(jù)條件下復(fù)工企業(yè)的比例，快速、低成本地解決政府統(tǒng)計復(fù)工比例的難題，促進“誰復(fù)產(chǎn)快、達產(chǎn)率高，誰得到獎勵多”競爭激勵機制的執(zhí)行，以及進一步出臺新規(guī)以調(diào)動各市返崗復(fù)工達產(chǎn)的積極性。

圖5 山東省熱紅外遙感成像反演地表溫度綜合圖

4 結(jié) 語

通過衛(wèi)星攜帶的熱紅外傳感器獲取遙感影像反演地表溫度的算法較為成熟，其配合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)可高效地在宏觀維度尋找發(fā)熱源。將地溫反演結(jié)果疊加工業(yè)用地圖斑發(fā)現(xiàn)，目前山東省境內(nèi)企業(yè)復(fù)工狀況良好，尤其以沿海、省會濟南、魯中地區(qū)較為突出。利用該技術(shù)可根據(jù)政府部門的要求快速定位已開工企業(yè)，準確、客觀、低成本地獲取企業(yè)復(fù)工情況，為政策的制定和調(diào)整提供科學(xué)決策依據(jù)。

依托衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演地表溫度的算法模型雖然可得到輻射度高的熱源，從而評估工業(yè)生產(chǎn)狀況，但無法評估商業(yè)、服務(wù)業(yè)等無熱源的行業(yè)，存在一定的局限性；下一步可結(jié)合企業(yè)用電、用水量、人流量等政務(wù)大數(shù)據(jù)挖掘分析，通過多源數(shù)據(jù)互相印證，從而得到更準確、更詳盡的企業(yè)復(fù)工信息。