CN111650666A - 一种低温秸秆焚烧点监测方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低温秸秆焚烧点监测方法、装置，解决现有方法和装置无法监测到秸秆低温焖烧的问题。所述方法包含：获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；提取低温焖烧异常点：对所述白天烟羽数据转换的表观反射率，利用可见光波段进行真彩合成，提取焖烧白色烟羽的出现点为白天焖烧异常点；对所述夜晚微光数据的表观反射率，提取微光点为夜晚微光异常点；从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点。所述装置使用所述方法。本发明实现了对低温秸秆焚烧点的监测。

Description

一种低温秸秆焚烧点监测方法、装置

技术领域

本发明涉及卫星遥感领域，尤其涉及一种低温秸秆焚烧点监测方法、装置。

背景技术

秸秆是指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗等农作物在收货籽实之后剩余的部分，而秸秆焚烧则指秸秆露天焚烧。秸秆焚烧烟气中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、光化学氧化剂和悬浮颗粒物等造成大气污染，会加重雾霾的发生。现有的秸秆焚烧监测方法包含有人工巡视监测、视频监测、无人机监测，这些监测方法的监测尺度有限，无法做到大范围、全天候监测，可追溯性差；还包含有通过卫星数据进行秸秆焚烧监测，但均是针对高温明火焚烧点进行探测，无法监测秸秆低温焖烧的焚烧方式。

发明内容

本发明提供一种低温秸秆焚烧点监测方法、装置，解决现有方法和装置无法监测到秸秆低温焖烧的问题。

为解决上述问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例指出一种低温秸秆焚烧点监测方法，包含以下步骤：获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；提取低温焖烧异常点：对所述表观反射率，利用可见光波段表观反射率进行真彩合成，提取焖烧白色烟羽的出现点为白天焖烧异常点；对所述辐亮度数据，提取微光点为夜晚微光异常点；从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点：从所述白天焖烧异常点中剔除村庄白天烟羽点，从所述夜晚微光异常点中剔除村庄夜晚篝火点。

进一步地，所述方法还包含：记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

进一步地，所述秸秆低温焖烧卫星数据包含极轨卫星数据和静止卫星数据，极轨卫星的重返周期至少小于等于1天。

优选地，所述白天烟羽数据通过烟羽探测载荷获得，所述夜晚微光数据通过微光探测载荷获得。

优选地，所述利用可见光波段表观反射率进行真彩合成中，可见光波段数据通过VIIRS或MODIS获取。

优选地，所述数据校正包括辐射校正和几何校正。

本发明实施例还指出一种低温秸秆焚烧点监测装置，包含：数据预处理模块，用于获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；异常点提取模块，用于从所述表观反射率、辐亮度数据提取低温焖烧异常点；剔除模块，用于从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点。

进一步地，所述装置还包含：存储模块，用于记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

进一步地，所述装置还包含：监测模块，用于监测所述低温秸秆焚烧监测点的焚烧情况。

本发明有益效果包括：本发明基于多源卫星遥感数据实现对秸秆低温焖烧焚烧方式的白监测，通过对白天焖烧产生的烟羽数据和夜晚焖烧或小火焚烧产生的微光数据进行识别，确定出秸秆低温焖烧监测点。本发明通过卫星数据进行秸秆焚烧点监测，可以对全国甚至更大范围进行全天候监测，更全面的把握和监测秸秆低温焖烧的焚烧态势；另外，本发明可以在云处理平台上应用，保证秸秆低温焖烧监测的时效性，同时为全国不同用户提供服务，具有广泛的市场应用价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种低温秸秆焚烧点监测方法流程实施例；

图2为一种包含信息记录的低温秸秆焚烧点监测方法流程实施例；

图3为一种低温秸秆焚烧点监测装置实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

环保部早在1999年就发布了《秸秆焚烧和综合利用管理办法》，各地环保局也出台了相应的焚烧管理办法，但由于焚烧面太广，有限的监管人员力不从心，而且人为巡查这一监管手段太单一效率低下，监管信息不及时，无法客观反映实际情况，可追溯性差，由此出现了很多监管难题。

为此，有人设计基于物联网的秸秆焚烧监测系统来监控秸秆焚烧，包括视频监测单元、气象监测单元、无线通信单元、数据存储单元和控制主机等，以便了解秸秆焚烧的情况。这种视频系统由于视野有限，在大田秸秆焚烧监测方面不具有推广价值。为了能更大范围的开展秸秆焚烧监测预警，张志伟提出了基于无人机低空遥感技术的秸秆焚烧监控实现方案；魏鑫提出了一种基于嵌入式的采用模块化设计方案，精度高操作简单成本低的无人机航拍秸秆焚烧系统。无人机搭载遥感数据电子系统,实现对云覆盖下秸秆焚烧火点的准确判断与定位。尽管视频和无人机监测均能解决一定范围内的秸秆焚烧问题，但对于全国尺度来说，卫星遥感监测技术是唯一可选途径。中科院遥感所早在2007年就协助环保部开发了卫星遥感秸秆焚烧监测系统，其中贺宝华等对该系统进行了算法梳理，即该秸秆火点监测系统，卫星数据被接收后，不需要进行卫星数据传输给用户，该系统就可以在服务器端进行处理，大大提高了秸秆焚烧火点监测等效率。其他方面如高玉宏等以黑龙江省为研究区域，以风云三号卫星B星和C星的VIRR遥感数据资料为基础，对2017年农作物10-11月进行秸秆焚烧监测试验。冯登超等人利用资源卫星三号数据进行秸秆焚烧点位置的确定，资源三号卫星数据融合2.1m真彩影像对秸秆焚烧点进行精确的目视解义，虽然精度高，但资源三号数据重返周期过长，无法满足日常对秸秆焚烧监测的需求。另外，武喜红等基于Landsat8、GF-1、HJ-1A/B等多源遥感数据对河南省太康县秸秆焚烧过火面积进行估算。

总体来说，卫星遥感监测秸秆是当然选择，由于其算法仅采用中红外对高温热异常进行监测，所以没法监测秸秆焖烧和小火的焚烧方式，这种方式会由于排放因子大而对空气质量带来更大的影响。所以，在这种形式下，我们研发针对全国计低温焖烧方式的卫星监测方法。

本发明创新点如下：第一，本发明应用多源卫星数据实现了秸秆焚烧点的监测，使得对秸秆焖烧焚烧方式可做到实时监测；第二，现有技术中从未对秸秆低温焖烧的焚烧方式进行监测，本发明创新性地提出了基于白天烟羽数据和夜晚微光数据的低温焖烧和小火焚烧监测方法，可进一步做到对秸秆焚烧方式的分类。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为一种低温秸秆焚烧点监测方法流程实施例，可通过多源卫星数据实现对秸秆低温焖烧点的监测，作为本发明实施例，一种低温秸秆焚烧点监测方法，具体包含以下步骤：

步骤101，获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据。

在步骤101中，收集可以进行秸秆低温焖烧的卫星数据，包括极轨卫星数据和静止卫星数据，其中数据的重返周期要高，极轨卫星的重返周期必须要保证1天。所述秸秆低温焖烧卫星数据包含所述白天可见光载荷数据和夜晚微光载荷数据。然后对卫星数据进行辐射校正和几何校正，针对低温焖烧的秸秆焚烧情况，需要考虑晚上和白天不适合高温探测的方式，即主要利用晚上小火的微光探测载荷获取所述夜晚微光载荷数据，白天利用烟羽探测载荷获取所述白天可见光载荷数据，所以收集这两种探测波段的载荷数据，将数据进行预处理。

需要说明的是，对卫星数据预处理即为对卫星数据进行辐射校正和几何校正，均属于现有技术，这里不展开说明。

在步骤101中，对于用于白天烟羽探测的卫星数据波段，将卫星数据的辐射值转换为表观反射率；对于用于夜晚微光探测的卫星数据波段，将卫星数据的辐射值转换为辐亮度数据。

需要说明的是，本发明对获得所述白天可见光载荷数据和获得所述夜晚微光载荷数据的探测器类型不做限定。

步骤102，提取低温焖烧异常点。

在步骤102中，对所述表观反射率，利用可见光波段表观反射率进行真彩合成，提取焖烧白色烟羽的出现点为白天焖烧异常点；对所述辐亮度数据，提取微光点为夜晚微光异常点。

具体地，针对白天焖烧的低温秸秆焚烧点，利用VIIRS或MODIS的可见光波段进行真彩合成，监测焖烧白色烟羽的出现；而针对晚上的秸秆焖烧和小火焚烧点，提取VIIRS的微光探测的辐射值，搜索秸秆焚烧发出的微光点。即，本发明低温秸秆焚烧点包含秸秆焖烧点和小火焚烧点。

需要说明的是，对白天焖烧的低温秸秆数据，真彩合成形成的图像可以通过人工识别的方法确定出所述白天焖烧异常点；对于夜晚微光数据，可以通过微光数据与背景数据的明亮差异识别出所述夜晚微光异常点。

步骤103，从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点。

在步骤103中，从所述白天焖烧异常点中剔除村庄白天烟羽点，从所述夜晚微光异常点中剔除村庄夜晚篝火点。

在步骤103中，所述伪秸秆焚烧点为在所述低温秸秆焚烧监测点中非秸秆焚烧的监测点，所述伪秸秆焚烧点包括：白天农村生火生成的白色烟羽，夜晚农田的篝火或村庄/旅游点篝火。需要说明的是，所述伪秸秆焚烧点还包含其他情况，这里不做限定。

在步骤103中，可以通过土地利用图进行伪秸秆焚烧点的识别，将所述低温秸秆焚烧监测点的像元与所述土地利用图叠加使用，将所述低温秸秆焚烧监测点的位置与土地利用图的位置对照起来，可判断出该监测点是否是居民常规使用产生的焚烧点，而非秸秆焖烧点。

和目前现有秸秆监测技术相比，本发明基于多源卫星遥感数据实现，卫星监测算法更全面，还可以针对焖烧秸秆进行监测，可以全面的把握和监测秸秆焚烧的态势；二是在平台设计上，从卫星数据接收后的所有处理都在云上处理，可以提高秸秆监测的时效性；另外，本发明实施例可进一步开发为基于多源卫星遥感的秸秆焚烧监测平台，以满足县级用户办公自动化要求，还可以开发形成网络版形式，或者APP版，以网络服务模式设计，可以同时为全国不同用户提供服务，更具有应用价值。

图2为一种包含信息记录的低温秸秆焚烧点监测方法流程实施例，可进一步实现对低温秸秆焚烧点的实时监测，作为本发明实施例，一种低温秸秆焚烧点方法，具体包含以下步骤：

步骤101，获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据。

步骤102，对所述表观反射率提取低温焖烧异常点。

步骤103，对所述夜晚微光数据的表观反射率，提取微光点为夜晚微光异常。

步骤104，记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

在步骤104中，可提取秸秆焚烧点的经纬度位置，记录卫星探测的时间，载荷信息标记等，并用这些信息建立秸秆焚烧点数据库。

本发明实施例对所述低温秸秆焚烧监测点的信息进行存储，可通过数据调用对秸秆低温焖烧的历史数据进行追溯，还可对数据库中的所述低温秸秆焚烧监测点进行重点监测。

图3为一种低温秸秆焚烧点监测装置实施例，使用本发明提出的低温秸秆焚烧点监测方法，具体地，一种低温秸秆焚烧点监测装置，包含：数据预处理模块11、异常点提取模块12、剔除模块13、存储模块14、监测模块15。

所述数据预处理模块，用于获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；所述异常点提取模块，用于从所述表观反射率、辐亮度数据提取低温焖烧异常点；所述剔除模块，用于从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点。

所述存储模块，用于记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

所述监测模块，用于监测所述低温秸秆焚烧监测点的焚烧情况。

在本发明实施例中，所述数据预处理模块、异常点提取模块、剔除模块、存储模块和监测模块的具体功能在本发明方法实施例中已进行了论述。

在本发明实施例中，所述装置可以离线装置、可连接服务器进行数据获取和更新，也可以为云服务器进行在线实时监测。

本发明实施例提供的低温秸秆焚烧点监测装置，是基于多源卫星遥感的秸秆焚烧监测平台，可以满足用户办公自动化要求，还可以开发形成网络版形式，或者APP版，以网络服务模式设计，可以同时为全国不同用户提供服务，更具有应用价值。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；

提取低温焖烧异常点：

对所述表观反射率，利用可见光波段表观反射率进行真彩合成，提取焖烧白色烟羽的出现点为白天焖烧异常点；

对所述辐亮度数据，提取微光点为夜晚微光异常点；

从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点：从所述白天焖烧异常点中剔除村庄白天烟羽点，从所述夜晚微光异常点中剔除村庄夜晚篝火点。

2.如权利要求1所述的低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，所述方法还包含：

记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

3.如权利要求1所述的低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，所述秸秆低温焖烧卫星数据包含极轨卫星数据和静止卫星数据，极轨卫星的重返周期至少小于等于1天。

4.如权利要求1所述的低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，所述白天烟羽数据通过烟羽探测载荷获得，所述夜晚微光数据通过微光探测载荷获得。

5.如权利要求1所述的低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，所述利用可见光波段表观反射率进行真彩合成中，可见光波段数据通过VIIRS或MODIS获取。

6.如权利要求1所述的低温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，所述数据校正包括辐射校正和几何校正。

7.一种低温秸秆焚烧点监测装置，使用权利要求1～6任一项所述的温秸秆焚烧点监测方法，其特征在于，包含：

数据预处理模块，用于获取秸秆低温焖烧卫星数据，数据校正并将其中的白天可见光载荷数据转换为表观反射率，将其中的夜晚微光载荷数据转换为辐亮度数据；

异常点提取模块，用于从所述表观反射率、辐亮度数据中提取低温焖烧异常点；

剔除模块，用于从所述低温闷烧异常点中剔除伪秸秆焚烧点，得到低温秸秆焚烧监测点。

8.如权利要求7所述的低温秸秆焚烧点监测装置，其特征在于，所述装置还包含：

存储模块，用于记录所述低温秸秆焚烧监测点的位置信息、卫星探测时间、载荷信息。

9.如权利要求7所述的低温秸秆焚烧点监测装置，其特征在于，所述装置还包含：

监测模块，用于监测所述低温秸秆焚烧监测点的焚烧情况。

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