原创《基于MODIS数据的山东省秸秆焚烧遥感监测》
本文是山东省相关毕业论文的格式范文与遥感监测和MODIS数据和秸秆相关论文范文例文。
摘 要：基于Terra卫星的MODIS遥感数据,选取2017年5月25日—6月15日山东省的秸秆焚烧状况进行了遥感监测与分析.利用MODIS提供的MOD14热异常遥感影像数据和MOD03地理定位遥感影像数据,结合MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据提取出秸秆焚烧火点,并叠加山东省行政区划数据进行分析处理,得到山东省秸秆焚烧火点分布的遥感监测结果.遥感监测结果显示：秸秆焚烧空间分布主要集中在济南市、枣庄市、滨州市以及济宁市这4个城市,时间分布主要集中在5月28日—6月3日这7d.指出该研究可为农业、环保等相关部门的监督治理提供科学准确的依据.
关键词：遥感监测；MODIS；秸秆焚烧；山东
中图分类号：P237文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.07.033
目前,我国的秸秆焚烧现象比较普遍,带来的资源浪费与环境污染问题也层出不穷.经过多年的秸秆禁烧监督,山东省秸秆焚烧情况虽有很大改善,但有一些地区仍然存在严重的秸秆焚烧问题.这不仅浪费了当地仅存的生物质能源,而且对大气造成了严重的污染,在一定程度上威胁着人类的身体健康,因此准确监测与有效遏制治理势在必行.
秸秆焚烧现象一般都发生在农村乡镇地区,火点分布没有一定的规律性.利用传统的监测方法很难快速全面地得到分析结果与信息,焚烧时间也无法进行准确实时的监测与统计.
1卫星遥感在秸秆焚烧监测与分析中的应用
卫星遥感手段如今已经逐渐应用在秸秆焚烧监测与分析中,遥感监测技术以其时效性强、覆盖面广、分辨率高等优势使得快速大面积监测秸秆焚烧成为可能[1].利用Terra卫星遥感手段对秸秆焚烧的整个过程进行实时监测,可以科学、准确地掌握秸秆焚烧周期内的动态变化情况[2].其中的中分辨率成像光谱仪（MODerate-resolutionImagingSpectroradiometer,MODIS）作为一种新的遥感数据源,其光谱分辨率大大提高,具有多个离散光谱波段,可以同时提供反映地表温度以及陆地表面状况的遥感数据,以进行长期的观测.其中MODIS提供的MOD14热异常（地表温度异常）遥感影像数据可直接获取使用,能够探测比气象卫星更小（最小面积为50m2）、更多的火点,因此MODIS遥感影响数据是监测秸秆焚烧情况的理想数据源[3-4],能够更加有效准确地监测实时秸秆焚烧情况,从而为农业、环保等相关部门的监督治理提供科学准确的依据.
2山东省秸秆焚烧遥感监测的数据来源与处理
2.1山东省秸秆焚烧遥感监测的数据来源
本研究选取了2017年5月25日—6月15日的MOD14热异常遥感影像数据、同期的MOD03地理定位遥感影像数据、2012年的MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据以及2017年山东省各县（市、区）边界矢量数据等国家基础地理信息数据.笔者从地理空间数据网得到山东省行政区划数据；从美国国家地球物理数据中心得到MOD14热异常遥感影像数据、MOD03地理定位遥感影像数据、MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据.
2.2山东省秸秆焚烧遥感监测的数据处理
本研究利用来自Terra卫星的MODIS遥感数据,获得MOD14热异常遥感影像数据和MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据信息,在对MOD14热异常遥感影像数据进行几何纠正和地理定位后,通过提取秸秆焚烧火点和农用地,求出两者之间的相交区域,作为秸秆焚烧点的最终结果[5],然后结合山东省行政区划数据生成山东省秸秆焚烧火点分布图以及火点统计表.图1为火点提取流程图.
2.2.1绝对阈值判断法预处理
在火点提取过程中,需要通过一定的手段排除其他地物燃烧的干扰,从而准确监测秸秆焚烧火点.在本次研究中,采用绝对阈值判断法实现火点提取,并叠加土地覆盖遥感影像数据,排除林火以及建筑物等亮表面物体的伪火点提取结果.秸秆焚烧的火点温度介于林火与一般建筑物表面温度之间,有很明显的温度差别,通过提取农用地,结合绝对阈值判断法进行综合分析,就可以准确确定秸秆焚烧的火点数目.因此,绝对阈值判断条件选择ΔT41等于T4-T11≥20K（夜间为10K）和T4＞325K（夜间为310K）,满足该条件的热异常点作为火点[6-7].在利用MOD03地理定位遥感影像数据构建地理位置查找表文件（GeographicLookupTable,GLT）,对MOD14热异常遥感影像数据进行地理定位.遥感影像像元亮度值称为DN值（DigitalNumber）,用来记录地物的灰度值.根据校正后的热异常遥感影像数据分类说明,提取出DN值分别为7,8,9的像元为火点（见图2）.同样,根据MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据的分类说明,提取出DN值为12的像元（农用地）[8].
2.2.2火点及农用地提取
根据山东省国土资源厅的统计数据资料可知,山东省当前的主要土地利用类型有农用地、城市和建设区、盐碱地、林地、草地、水域以及湿地等；而根据国际地圈-生物圈计划（InternationalGeosphere-BiosphereProgramme,IGBP）全球植被分类可知,DN值为12所代表的地物是农用地（见表1）.基于ENVI遥感图像处理软件确认DN值后,设置合理的分类阈值,从而提取出该区域的农用地范围[9-12].对多幅MCD12Q1土地覆盖遥感影像重新建立新的投影坐标系,进行投影变换与图幅之间的拼接、镶嵌,得到农用地的提取结果.叠加根据MOD14热异常遥感影像数据处理得到的火点分布区域影像,利用地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）的空间分析工具,分析得到山东省秸秆焚烧火点分布的遥感监测最终结果[13]（见第35页图3）.
3山东省秸秆焚烧遥感监测的结果分析
3.1秸秆焚烧火点的空间分布情况
基于MOD14热异常遥感影像数据以及MCD12Q1土地覆盖遥感影像数据,通过统计分析2017年5月25日—6月15日山东省17个城市的秸秆焚烧火点分布情况（见第35页表2）,可以看出山东省在秸秆集中焚烧周期内,总计监测到62个秸秆焚烧火点.其中秸秆焚烧主要集中在济南市、枣庄市、滨州市以及济宁市,秸秆焚烧火点数分别为8个、7个、7个、7个.东营市和临沂市的秸秆焚烧火点数也比较多,均分别为6个.
由图3可直观看到山东省5月底—6月中旬期间秸秆焚烧火点主要集中在山东省中部城市,首先是济南市,秸秆焚烧情况比较严重；其次是济宁市和枣庄市,这两个城市边界临近,都存在严重的火点焚烧情况,在夏季炎热的环境下污染将会更加突出.经过统计秸秆焚烧火点数据可知,济南市、济宁市以及枣庄市这3个城市的秸秆焚烧火点数占山东省秸秆焚烧火点数的比例高达35.5%,集中焚烧秸秆所带来的环境污染将远高于其他城市,通过大气循环作用污染还会在一定程度上影响到其他城市的环境变化[14-16].而山东省东部城市的秸秆焚烧火点较少,其中威海市在秸秆集中收集期间内没有出现秸秆焚烧火点,说明其监管与治理力度较好.
3.2秸秆焚烧火点的时间分布情况
通过对山东省2017年5月25日—6月15日遥感影像的监测结果来看,秸秆焚烧主要集中在
6月初（6月1日—7日,秸秆焚烧火点数共计有56个.其中从遥感影像数据上看,6月1日总共监测到13个秸秆焚烧火点,6月2—3日都监测到
9个秸秆焚烧火点,6月4日监测到8个秸秆焚烧火点,6月5日监测到7个秸秆焚烧火点,6月6—7日都分别监测到5个秸秆焚烧火点.通过调查可知,6月初这一周正好是山东省各类农作物集中收割时期,秸秆焚烧也集中在这7d内.夏季天气炎热,再加上秸秆焚烧,大气污染会更加严重.
4结论
本研究基于遥感技术,以山东省17个地级市为研究区,利用2017年5月25日—6月15日的遥感影像数据,对山东省秸秆焚烧情况进行科学监测,提取出山东省的热异常影像数据,并利用GIS完成秸秆焚烧遥感监测结果,得到秸秆焚烧火点分布统计表,从而为山东省秸秆焚烧监控提供更加科学可靠的信息资源,从而为农业、环保等相关部门的监督治理提供科学准确的依据.
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（责任编辑邸开宇）
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