(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711471773.8
(22)申请日 2017.12.29
(71)申请人 中国电子科技集团公司第二十七研
究所
地址 450047 河南省郑州市二七区航海中
福特suv车型路71号
(72)发明人 赵辉杰　吴锋　王玉玺　吴永欣　
张帅　
(74)专利代理机构 郑州联科专利事务所(普通
合伙) 41104
斯巴鲁森林人论坛代理人 刘建芳
(51)Int.Cl.
G06K  9/00(2006.01)
G06K  9/34(2006.01)
G06K  9/36(2006.01)
(54)发明名称
长城哈弗h6怎么样一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥
感监测方法
(57)摘要
本发明公开了一种基于风云三号卫星的秸
秆焚烧火点遥感监测方法，首先对风云三号卫星
中的可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据进
行预处理，然后基于预处理后的影像数据进行疑
似火点提取，得到疑似火点分布图，最后根据火
点像元的土地利用类型和查询固定热源资料剔
除伪火点，在疑似火点分布图上分离出秸秆焚烧
火点；本发明通过充分研究风云三号卫星的特征
参数及其上搭载的可见光红外扫描辐射计
（VIRR）的波段设置，使得利用国产风云三号卫星
的遥感数据便捷、有效、连续地完成秸秆焚烧火
点监测成为可能，并可对目前常用的国外卫星秸秆焚烧监测成果进行验证与补充，极大提高我国秸秆焚烧监测的时间频次，有效增强秸秆禁烧的
监管能力。权利要求书2页  说明书6页  附图1页CN 108304780 A 2018.07.20
C N  108304780
A
1.一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：风云三号卫星的数据预处理；风云三号卫星上装载了可见光红外扫描辐射计，所述可见光红外扫描辐射计包括通道一、通道二、通道三、通道四、通道五、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十共十个一公里分辨率的观测通道，所述通道一、通道二、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十为可见光通道，通道三、通道四和通道五为红外通道；通道一、通道二、通道三、通道四、通道五、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十的影像数据共同组成了可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据，通过对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据进行预处理得到通道一和通道二的反射率影像、通道三和通道四的地表辐射亮度影像以及通道三的地表亮温影像；
步骤B：基于步骤A预处理得到的影像数据进行疑似火点提取；具体包括步骤B1-B2；
步骤B1：RGB假彩合成；对于白天影像，将通道三的地表辐射亮度影像赋予红，通道二的反射率影像赋予绿，通道一的反射率影像赋予蓝，在彩合成图上，正在燃烧的明火区标示为鲜红，
过火区被标示为暗红；对于夜间影像，将通道三的地表辐射亮度影像赋予红，通道四的地表辐射亮度影像赋予绿和蓝，明火点在图像中仍为鲜红，其它地表特征很难识别，因为夜间合成图中没有可见光通道参与；
步骤B2：在步骤B1进行影像处理的基础上进行阈值分割；根据人工目视结果对通道三的地表辐射亮度影像进行阈值分割，得到目标为1背景为0的疑似火点提取的初始二值图结果；若用T表示阈值，该过程可以用下式描述：
将初始二值图与假彩合成影像进行对比，对阈值T进行多次微调，使其接近于最佳阈值，从而得到疑似火点分布图；
步骤C：在疑似火点分布图上进行火点辨识与确定；根据火点像元的土地利用类型和查询固定热源资料剔除伪火点，在疑似火点分布图上分离出秸秆焚烧火点，得到秸秆焚烧火点分布图。
2.如权利要求1所述的基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，其特征在于：所述步骤A对风云三号卫星的数据预处理进一步包括：
步骤A1：传感器定标；该步的目的是得到通道一和通道二的反射率影像以及通道三和通道四的地表辐射亮度影像；
首先对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据中的通道一和通道二的影像数据进行可见光近红外定标，得到通道一和通道二的反射率影像，定标公式如下：
F＝S·DN+I
其中，F为通道反照率，S为斜率，I为截距，DN为可见光通道的对地观测计数值即亮度值；
其次对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据中的通道三和通道四的影像数据进行红外通道定标，得到通道三和通道四的地表辐射亮度影像，红外通道定标包括星上线性定标和辐亮度非线性订正两个步骤；
星上线性定标的公式为：
N LIN＝Scale·DN+Offset
三一混凝土泵车价格式中N LIN为线性定标辐亮度值，单位为m W/m2·cm-1·sr，Scale为增益，Offset为截距，DN为红外通道的对地观测计数值；
辐亮度非线性订正，即地面定标，公式为：
N＝b0+(1+b1)N LIN+b2N LIN2
式中N为订正后的定标辐亮度值，单位为mW/m2·cm-1·sr，即地表辐射亮度值，b0、b1、b2为订正系数；
步骤A2：地表亮温计算；该步的目的是计算通道三的地表亮温影像；
亮度温度是指物体在同一波长下的光谱辐射强度与黑体光谱辐射强度相等时的黑体温度；通道三经过步骤A1中的星上线性定标及地面定标，得到了地表辐射亮度值，利用下式可将地表辐射亮度值转换成有效黑体温度：
式中为有效黑体温度，C1＝1.1910427×10-5mW/(m2·sr·cm-4)，C2＝1.4387752cm·K，V C是地面定标得到的红外通道中心波数，N为定标后的辐射率；
由于传感器物理方面的原因，用上式求得的还必须根据传感器特性进行数学订正才能得到所要波段的实际探测温度，公式如下：
式中T为所要波段的地表亮温，A、B为常数，分别为温度订正的斜率和截距。
3.如权利要求2所述的基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，其特征在于：所述步骤A对风云三号卫星的数据预处理进一步还包括步骤A3；
步骤A3：几何纠正，采用GLT几何校正法对步骤A1和步骤A2得到的通道一和通道二的反射率影像、通道三和通道四的地表辐射亮度影像以及通道三的地表亮温影像进行几何纠正，几何纠正的目的是纠正可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据的几何畸变。
4.如权利要求1或2所述的基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，其特征在于：根据火点像元的土地利用类型来剔除伪火点具体为：将研究区域内的疑似火点分布图与同年的MODIS L3级产品中的MCD12Q1地表覆盖类型数据进行空间叠加，将火点类型区分为森林火点、草原火点、城市热岛及秸秆焚烧火点，从而有效剔除在农耕地外的热异常点。
kuaiche5.如权利要求1或2所述的基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，其特征在于：通过查询固定热源资料来剔除伪火点具体为：固定热源分为典型热源和非典型热源两种；典型热源是常年高温点，主要包括大型的钢铁厂、热电厂和窑厂，这些工厂拥有供热排热设备，通过网上查寻地图或根据其它已有的固定热源资料建立数据将其剔除；非典型热源主要是一些建设在农田附近的小工厂，分布较广且放热源特性不明，通过查询长期监测积累的相关经验资料将其部分剔除。
一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法
技术领域
[0001]本发明涉及秸秆焚烧火点监测技术领域，尤其涉及一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法。
背景技术
[0002]长久以来，秸秆焚烧污染防治一直是环境保护的重要工作之一；秸秆露天焚烧过程中会释放大量气态污染物和颗粒物，对大气环境造成一定污染；大范围、高强度的秸秆焚烧事件会造成大气能见度的急剧下降，增加霾天气发生的几率，危害人们的身体健康和交通安全。
[0003]然而，目前对秸秆焚烧的监测主要以人工手段为主，还不能完全达到信息化监控管理水平；在
中国的众多乡村，政府大多采用禁烧期值班巡视的措施对农民秸秆焚烧行为进行监管，然而这种实地勘察必将耗费大量人力物力，且视野狭窄、范围有限，具有较大的偶然性。
[0004]随着对地观测技术的高速发展，遥感以其大面积同步观测、时效性强等优点，成为秸秆焚烧监测高效、经济、实用的崭新途径。由于秸秆焚烧日常监测要求高频次、持续化，目前常用于开展该项业务的光学传感器数据主要以时间分辨率高的国外小时级在轨卫星数据Terra/MODIS、Aqua/MODIS、NOAA/AVHRR为主。然而，过度依赖国外遥感数据存在一定的风险性与局限性，对数据的时间和空间分布缺乏自主性，将极大地影响监测预警工作的进行；此外，Terra、Aqua、NOAA等常用卫星普遍存在服役时间较长，数据质量下降和时间分布集中的问题。
[0005]我国新一代极轨气象卫星风云三号(FY-3)的发射为解决这一问题带来了希望；风云三号第一批两颗试验星FY-3A和FY-3B已分别于2008年和2010年升空，2013年，FY-3C发射成功，并于2014年6月正式投入业务运行；目前FY-3A/C与FY-3B共同组网，形成我国极轨气象卫星上、下午星组网观测的业务布局，因此，如何使用风云三号卫星的遥感数据来对秸秆焚烧火点进行遥感监测，是急需解决的一个技术问题。
发明内容
[0006]本发明的目的是提供一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，能够利用国产风云
三号卫星的遥感数据便捷、有效、连续地进行秸秆焚烧火点监测，有效增强秸秆禁烧的监管能力。
[0007]本发明采用的技术方案为：一种基于风云三号卫星的秸秆焚烧火点遥感监测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A：风云三号卫星的数据预处理；风云三号卫星上装载了可见光红外扫描辐射计，所述可见光红外扫描辐射计包括通道一、通道二、通道三、通道四、通道五、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十共十个一公里分辨率的观测通道，所述通道一、通道二、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十为可见光通道，通道三、通道四和通道五为红外通道；
通道一、通道二、通道三、通道四、通道五、通道六、通道七、通道八、通道九和通道十的影像数据共同组成了可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据，通过对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据进行预处理得到通道一和通道二的反射率影像、通道三和通道四的地表辐射亮度影像以及通道三的地表亮温影像。
[0009]步骤B：基于步骤A预处理得到的影像数据进行疑似火点提取；具体包括步骤B1-B2；
[0010]步骤B1：RGB假彩合成；对于白天影像，将通道三的地表辐射亮度影像赋予红，通道二的反射率影像赋予绿，通道一的反射率影像赋予蓝，在彩合成图上，正在燃烧的明火区标示为鲜
红，过火区被标示为暗红；对于夜间影像，将通道三的地表辐射亮度影像赋予红，通道四的地表辐射亮度影像赋予绿和蓝，明火点在图像中仍为鲜红，其它地表特征很难识别，因为夜间合成图中没有可见光通道参与。
[0011]步骤B2：在步骤B1进行影像处理的基础上进行阈值分割；根据人工目视结果对通道三的地表辐射亮度影像进行阈值分割，得到目标为1背景为0的疑似火点提取的初始二值图结果；若用T表示阈值，该过程可以用下式描述：
[0012]
[0013]将初始二值图与假彩合成影像进行对比，对阈值T进行多次微调，使其接近于最佳阈值，从而得到疑似火点分布图。
[0014]步骤C：在疑似火点分布图上进行火点辨识与确定；根据火点像元的土地利用类型和查询固定热源资料剔除伪火点，在疑似火点分布图上分离出秸秆焚烧火点，得到秸秆焚烧火点分布图。
[0015]进一步地所述步骤A对风云三号卫星的数据预处理进一步包括：
[0016]步骤A1：传感器定标；该步的目的是得到通道一和通道二的反射率影像以及通道三和通道四的地表辐射亮度影像。
[0017]首先对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据中的通道一和通道二的影像数据进行可见光近红外定标，得到通道一和通道二的反射率影像，定标公式如下：
[0018]F＝S·DN+I
[0019]其中，F为通道反照率，S为斜率，I为截距，DN为可见光通道的对地观测计数值即亮度值；
[0020]其次对可见光红外扫描辐射计的L1级影像数据中的通道三和通道四的影像数据进行红外通道定标，得到通道三和通道四的地表辐射亮度影像，红外通道定标包括星上线性定标和辐亮度非线性订正两个步骤。
[0021]星上线性定标的公式为：
[0022]N LIN＝Scale·DN+Offset
[0023]式中N LIN为线性定标辐亮度值，单位为m W/m2·cm-1·sr，Scale为增益，Offset为截距，DN为红外通道的对地观测计数值。
[0024]辐亮度非线性订正，即地面定标，公式为：
[0025]N＝b0+(1+b1)N LIN+b2N LIN2
[0026]式中N为订正后的定标辐亮度值，单位为mW/m2·cm-1·sr，即地表辐射亮度值，b0、
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