基于高分四号卫星数据的秸秆焚烧遥感监测--以穆棱市为例

的震慑作用。但是在实际应用过程中，传统的秸秆焚烧 火点的监测只能是通过人工定点监测，这样要花费大 量的人力、财力和物力 [2]。国内较多学者 研究 利 用 MODIS 数据进行秸秆焚烧，邵炜璇 [3] 等基于 MODIS 数据提取湖北省秸秆焚烧火点，张彦等[4]基于 MODIS
秸秆处理方面通过新技术的引入和自主研发，进行秸 数据对河南省秋季作物秸秆焚烧火点进行监测研究，
MODIS 传感器每月推出秸秆焚烧监测月报，有部分 载 了 一 台 具 有 50m 分 辨 率 的 可 见 光 近 红 外 通 道 与
省市在秸秆焚烧监测中使用无人机对农田进行巡 400m 分辨率的热红外通道的面阵凝视相机，其相机参
查，一方面可快速发现着火点；另一方面起到较大 数（如表 1 所示）：
学
400m
单景成像区域
500km×500km
400km×400km
视场角（FOV）ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.8°×0.8°
0.66°×0.66°
/4/
第 4 期 曹景庆 关 雷 勾 昆 郭慧宇：基于高分四号卫星数据的秸秆焚烧遥感监测—— —以穆棱市为例 2019 年 8 月
通过波谱与时间方面的分析，可以发现在光谱可 行性方面，可见光、近红外、中波红外，对植被、水体、地 物温度具备探测能力，由于林火、秸秆等燃烧造成辐射 量升高及辐射峰值波长变短，中波红外谱段辐射量明 显增强，通过分析高分四号卫星中波红外谱段影像像 元点与周边同类地物辐射能量差异，开展火点监测；在 时 效 可 行 性 方 面 ，高 轨 、多 种 模 式 观 测 的 能 力 ，保 证 数 据在几小时内推送给用户；在覆盖可行性方面，由于 “高分四号”卫星成像幅宽大、覆盖区域广，对成像范围 没有特定限制，因此，完全能够满足用户区域观测需 求。高分四号卫星可以满足高时空分辨率应急监测要 求，可精确判识火点位置、火场范围及火区动态变化， 应作为火灾应急监测的首选卫星。
关键词 秸秆焚烧；高分四号；中波红外波段 中图分类号 P208 文献标识码 B 文章编号 2095-7319（2019）04-0004-06
0.引言 我国是农业大国，每年产生大量的作物秸秆，每年 夏收、秋收季节，我国很多地方随意焚烧秸秆现象严 重 ，浓 烟 遮 天 ，曾 导 致 机 场 被 迫 停 运 ，高 速 公 路 被 迫 封 路等[1]。近些年国家加大了对环境保护的重视程度，在
表 1 高分四号卫星传感器的主要参数
术
参数项目
可见光近红外通道
中红外通道
研 究
光谱范围
B1:450~900nm B2:450~520nm B3:520~600nm
B6:3.5~4.1μm
B4:630~690nm
B5:760~900nm
焦距
6600mm
1350mm
像元大小
9μm
15μm
地面瞬时视场
50m
2019 年 8 月
经纬天地
第4期
基于高分四号卫星数据的秸秆焚烧遥感监测
———以穆棱市为例
曹景庆 关 雷 勾 昆 郭慧宇 （黑龙江第三测绘工程院，黑龙江 哈尔滨 150025）
摘要 秸秆焚烧是影响空气质量的一个重要因素，不仅给群众的健康带来危害，也造成了一定的安全隐患。本文针对当前 较为常见的几种秸秆焚烧监测手段的不足，提出了利用高分四号卫星开展大范围、高时间分辨率的秸秆焚烧监测方案，并验证 了此方案的可行性。通过高分四号卫星的中波红外数据进行秸秆焚烧监测，能够快速确定秸秆焚烧的地理位置信息，较大程度 地节省了人力成本，为秸秆焚烧监测提供有力的数据保障。
在此基础上统计秸秆焚烧的火点数据。 2.数据处理流程 2.1 下载所用数据 利用资源卫星中心遥感影像“一体机”进行数据查
询与推送下载，通过遥感影像“一体机”系统查询、下载 的 2019 年 2 月 26 日高分四号卫星影像数据的快视图 （如图 2 所示）：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
图 1 火点提取流程
/5/
2019 年 8 月
经纬天地
第4期
2018 年黑龙江省史上最严的禁止秸秆露天焚烧 规定实施，但从生态环境部与天气网站的相关信息显 示，2019 年 2 月底，黑龙江多地发生秸秆露天焚烧事 件 ，造 成 严 重 的 雾 霾 天 气 ，多 条 高 速 封 路 ，因 呼 吸 道 问 题入院的群众数量激增。因此，选择 2019 年 2 月 26 日 黑龙江省东部地区的高分四号影像，进行火点分析。为 剔除其他物体如工业热点的影响，将处理数据与地理 国情数据进行叠加分析，确定农业用地上的火点信息，
1.监测原理
高分四号火点的监测原理是基于中波红外的光谱 特性，采用 4μm 的中波红外通道作为火点监测通道。 生 物 燃 烧 造 成 的 明 火（flaming）和 暗 火（smoldering）温 度通常在 500～1200K 之间，地物温度的变化造成辐 射能量的改变，根据维恩位移定律，一个物体越热，其 辐射谱的波长越短，物体为常温状态时辐射峰值波长 为 10μm 左右。火焰的温度通常能达到 500～700K，其 热辐射峰值波长在 3～5μm 之间。秸秆在常温状态与 燃烧状态的辐射值有着明显的差异，是开展秸秆焚烧 监测的依据。由于秸秆焚烧造成辐射量升高及辐射峰 值波长变短，中波红外谱段辐射量明显增强，通过分析 高分四号卫星中波红外谱段影像像元点与周边同类地 物辐射能量差异，开展秸秆焚烧火点监测。火点提取流 程（如图 1 所示）：
然屡禁不止。
较好的无人机技术受操作航行时间、成本等因素影响，
随着遥感技术的发展，目前秸秆焚烧监测手段逐 不容易进行大范围推广。
步引入信息化技术力量，依靠航空遥感手段、无人机技
高分四号 （GF-4） 卫星是我国于 2015 年 12 月
术，辅以人员巡查监督，如卫星环境应用中心利用 29 日发射的一颗高分辨率对地静止观测遥感卫星，搭
秆还田等无烟处理。但是在广大农村地区，由于各种主 王子峰等[5]基于 MODIS 数据对华北地区秸秆焚烧进行
客观原因，如担心秸秆会引发虫害，深翻改土的质量不 监测，但是使用 MODIS 卫星进行火点监测在时间分辨
好可能会妨碍耕作，影响出苗等，造成秸秆焚烧事件仍 率上受诸多限制，难以满足实施监测的要求，而实时性