高溫目標(biāo)遙感特征識別技術(shù)監(jiān)測土法煉焦研究.pdf

1、無論在地球表面還是高空，高溫現(xiàn)象都普遍存在，地表發(fā)生的一些高溫現(xiàn)象如森林大火、草場火、火山活動、油井火、煤火等，在高空中如飛機(jī)尾焰、發(fā)射的火箭體、進(jìn)入大氣層發(fā)生燃燒的物體等。這些高溫現(xiàn)象的主要特征就是向外輻射電磁輻射，引起熱異常，一旦它們成為被研究者關(guān)注的對象，就可以稱之為高溫目標(biāo)。傳統(tǒng)高溫目標(biāo)的監(jiān)測手段往往是現(xiàn)場測量，這種監(jiān)測方法的限制因素很多，比如無法實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)測，甚至無法到達(dá)高溫目標(biāo)現(xiàn)場，如火山噴發(fā)、森林火等，有時候我們甚至無

2、法預(yù)知高溫目標(biāo)事件發(fā)生的時間等等，而應(yīng)用遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)宏觀、快速、大范圍監(jiān)測這些高溫目標(biāo)，彌補(bǔ)了現(xiàn)場測量的缺點(diǎn)。高溫目標(biāo)遙感特征識別技術(shù)在環(huán)境遙感領(lǐng)域迅速得到了發(fā)展，在軍事領(lǐng)域也引起了人們的高度重視。 高溫目標(biāo)遙感識別技術(shù)一直是遙感科學(xué)研究的重點(diǎn)，也是遙感技術(shù)應(yīng)用的重要支撐。利用遙感技術(shù)識別高溫目標(biāo)，是地氣系統(tǒng)、自然災(zāi)害監(jiān)測、自然資源調(diào)查等對地觀測技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的先行基礎(chǔ)工作，有著巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。如何從遙感數(shù)據(jù)中提取高溫目

3、標(biāo)的特征參數(shù)，如溫度、尾焰、NDVI等信息，并據(jù)此來識別高溫目標(biāo)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，同時，也對遙感影像數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用提出了更高的要求?，F(xiàn)有的高溫目標(biāo)識別的算法基本是基于NOAA/AVHRR和IEOS/MODIS數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過熱紅外(8～14μm)和近紅外(3～4μm)輻亮度值反演亮溫，通過亮溫異常并結(jié)合其他相關(guān)信息來判別高溫目標(biāo)，如判斷是否為森林、草場火點(diǎn)等。通過熱異常識別高溫目標(biāo)是最有潛力的途徑之一。 高溫目標(biāo)識別的

4、基礎(chǔ)理論和數(shù)據(jù)處理方法包括高溫目標(biāo)的遙感生成機(jī)理和特征反演兩大部分。本文在深入研究高溫目標(biāo)遙感成像機(jī)理的基礎(chǔ)上，從自然災(zāi)害監(jiān)測工程應(yīng)用的需要出發(fā)，著重解決遙感提取高溫目標(biāo)特征的幾個關(guān)鍵問題，包括：高溫目標(biāo)遙感特征生成機(jī)理，如溫度異常特征、空氣特征變化、高溫過程分析、傳感器響應(yīng)等；提出利用近紅外(1.3～3.0μm)識別高溫目標(biāo)的理論、方法；作為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用拓展，提出利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測土法煉焦污染源的技術(shù)和方法。 論文

5、首先研究高溫目標(biāo)影像特征識別的遙感機(jī)理問題。高溫目標(biāo)和周圍環(huán)境差異的主要特征是高溫目標(biāo)在燃燒過程中產(chǎn)生了大量的輻射能量，同時還包括煙塵、氣體等，這些特征在遙感影像上的響應(yīng)即遙感影像特征，其識別就是通過這些特征來提取高溫目標(biāo)信息。由于混合像元、組分溫度、像元比輻射率和大氣等影響，高溫目標(biāo)的遙感特征識別就要困難的多。之后，本文針對以往高溫目標(biāo)遙感特征識別中存在的問題，開展遙感技術(shù)監(jiān)測土法煉焦應(yīng)用研究，主要創(chuàng)新如下： (1)改進(jìn)了高

6、溫目標(biāo)遙感特征識別研究的方法。采用從高溫目標(biāo)遙感特征形成機(jī)理分析入手的策略和方案，從太陽光源、高溫目標(biāo)的空間特征、光譜特征、輻射傳輸模型、大氣影響和傳感器響應(yīng)等整個成像鏈路和相互間的偶合關(guān)系入手來研究高溫目標(biāo)遙感影像特征，對于進(jìn)一步的研究和應(yīng)用具有重要的意義。 (2)提出利用近紅外(0.7～3.0μm)進(jìn)行高溫目標(biāo)識別的方法。以往進(jìn)行高溫目標(biāo)識別都是利用熱紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，本文在詳細(xì)分析TM傳感器對高溫目標(biāo)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出利用近紅

7、外波段(0,7-3.0 μm)進(jìn)行高溫目標(biāo)識別的理論基礎(chǔ)，證明其具有探測高溫目標(biāo)的潛力，以草場火、煤火和火山為例，利用近紅外技術(shù)，對高溫目標(biāo)遙感探測進(jìn)行了驗(yàn)證研究。 (3)首次提出用衛(wèi)星遙感技術(shù)探測土法煉焦的方法體系。把土法煉焦與熱輻射和遙感特征聯(lián)系起來，利用TM白天數(shù)據(jù)對山西某地區(qū)土法煉焦的遙感探測實(shí)驗(yàn)證明，TM7和TM5對土法煉焦產(chǎn)生的高溫敏感，TM6對高溫異常敏感，但是由于空間分辨率的影響，其對面積小的高溫異常不如TM7和

8、TM5敏感。通過TM數(shù)據(jù)對該區(qū)土法煉焦衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)測(1999年和12004年)，監(jiān)測數(shù)據(jù)得到了有關(guān)部門的認(rèn)可，TM數(shù)據(jù)是獲得可靠、定量土法煉焦信息的重要工具，拓展了遙感應(yīng)用范圍，為遙感技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測方面開拓了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，成果可以用于其它高溫目標(biāo)的衛(wèi)星遙感監(jiān)測上，如火山、森林火、草場火、煤火、土法煉鋼、土磚廠等。 (4)改進(jìn)了Landsat TM數(shù)據(jù)反演土法煉焦溫度方法。整像元溫度大于68℃，將使TM6波段達(dá)到飽和，通