利用改进型MODIS火点探测算法实现河北省秸秆焚烧火点识别

为准确地了解河北省秸秆焚烧火点的空间分布,为秸秆焚烧监测的实现、禁烧工作的开展、环境质量改善提供支持.基于MODIS L1B数据、MODIS标准火点产品MOD14、全国秸秆焚烧火点日报数据为基础,采用改进型MODIS火灾探测算法,并通过IDL语言实现,得到秸秆焚烧火点空间分布信息,并进行空间与定量精度分析.研究表明:火点大部分位于河北省南部的一些地区,其中尤以邢台、石家庄、邯郸火点数量最为突出;该算法运算速度快,获取的秸秆焚烧火点数据具有一定检测精度和可靠性,对秸秆焚烧的监测具有一定的实用价值.     

基于MODIS数据的秸秆焚烧遥感监测研究

以MODIS数据为主要数据源,结合土地利用现状数据,通过ENVI软件数据处理,优化火点识别算法和提取流程,提取区县范围内的秸秆焚烧火点,并通过多年数据对比,分析秸秆焚烧点的时间分布和空间分布特征.试验表明,MODIS数据能有效地提取火点,为秸秆焚烧管控提供可靠的技术手段,对生态文明建设具有一定的实用价值.     

2013年—2017年主要农业区秸秆焚烧时空特征及影响因素分析

中国作为农业大国,每年面临大规模的露天秸秆焚烧现象,近十几年来,秸秆焚烧在突发和极端雾霾事件中发挥了显著的作用,导致大气能见度下降,危害人类健康。本文为探究中国“大气十条”实施第一阶段（2013年—2017年）以来中国秸秆焚烧时空变化情况,并探究秸秆禁烧政策对秸秆焚烧时空变化的影响,借助2013年—2017年Terra、Aqua卫星MODIS热异常产品,利用土地利用与覆盖变化数据,通过提取白天农田范围内的热异常点,获取全国范围秸秆焚烧结果,分析了2013年—2017年秸秆焚烧时空变化特征,并深入讨论了全国和区域禁烧政策对秸秆焚烧治理的影响,有助于为今后针对重点焚烧区制定相关政策提供科学依据。研究结果显示“大气十条”颁布之后5年期间全国秸秆焚烧年总量呈先增加后减小的总趋势,最低值2016年比最高值2014年降低34.48%,2017年较2013年秸秆焚烧数量减少的区域面积约为增加区域面积的2倍。秸秆焚烧治理成效最为显著的为河南省、安徽省和湖北省,其中,河南省在严格的禁烧政策、集中约谈、经济处罚、推广秸秆综合利用产业等多种措施共同影响下,2016-06和2016-10两个秸秆焚烧高峰期的秸秆焚烧数量分别较2015年同期下降86.66%和98.93%,且后期未出现反弹。黑龙江省虽然在一定程度上控制了秋季秸秆焚烧情况,但由于秸秆产量大且缺乏处理手段,会导致次年春季出现大规模反弹,并未从根本上解决秸秆焚烧控制问题。因此,除了进一步强化秸秆焚烧重点区域和重点时段禁烧措施,不断提高禁烧监管水平,还必须鼓励秸秆还田,秸秆能源化,提高秸秆综合利用率,“禁”“用”结合、因地制宜,形成管控秸秆焚烧的长效科学措施。     

基于AOD数据的秸秆焚烧监测

秸秆焚烧会增加可吸入颗粒物(particulate matter with particle size less than or equal to 10 microns,PM10)的浓度。首先,分别从秸秆焚烧火点、10 m风场、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)3个方面对发生在安徽及周边省市的2009年6月1—9日PM10污染事件进行机理分析;其次,利用拉格朗日混合单粒子轨迹(hybrid single particle lagrangian integrated trajectory,HYSPLIT)模式对2009年6月5日阜阳市出现的PM10污染事件进行后向轨迹分析;最后,对火点密度与AOD值进行相关分析。结果表明:秸秆焚烧火点、10 m风场及AOD之间存在一致性,这表明使用AOD数据对秸秆焚烧进行监测是可行的;2009年6月5日阜阳市出现的PM10污染事件中有外来污染物的输入,污染物来自阜阳西部、河南中部、东南部和湖北北部、东部,因此很有必要加强区域秸秆焚烧的联防联控;火点密度与AOD值之间有正相关性,这表明秸秆焚烧可显著提高区域的AOD值。     

空气质量与秸秆焚烧相关性分析——以哈尔滨市为例

以哈尔滨市及其周边地区为研究区,选取2015—2018年的空气质量指数数据及秸秆焚烧火点数据,运用地理信息系统空间分析方法、皮尔逊相关系数统计方法,分析了中度及以上污染天气条件下,秋冬季节及春季两个时间段内的空气质量指数与火点数量间的关系密切程度,研究表明,两个因子之间存在较强的正相关性。     

基于VIIRS数据的哈尔滨市秸秆焚烧火点监测

采用哈尔滨市2020年秋收季开始至2021年春耕季结束的VIIRS SDR 742 m分辨率下的第5、7、11波段反射率产品和13、15、16波段亮温值产品,分析火点像元亮温特征及与背景亮温的偏差来提取哈尔滨市秸秆焚烧火点信息,对VIIRS卫星影像数据提取算法进行验证,同时对火点监测算法监测到的哈尔滨市秸秆焚烧火点进行时空分布研究。结果表明,此算法监测率较高,可以为监管部门提供重点有效的监测信息,提高对重点区域的监管力度。     

基于VIIRS影像的秸秆焚烧火点监测方法

利用VIIRS SDR数据,基于火点像元亮温特征及其与背景亮温的偏差来提取秸秆焚烧火点信息。采用湖北省2015年秋收季节的VIIRS SDR 750 m分辨率下的第5、7、11波段反射率产品和13、15、16波段亮温值产品,基于VIIRS卫星影像秸秆焚烧火点监测算法和GIS平台叠加火点信息和地理基础数据生成湖北省秸秆焚烧火点分布图。结果表明,小火点检测率较高,漏检率降低。     

多源遥感信息在环保监测中的应用

针对采用单一的中分辨率遥感手段监测秸秆焚烧准确度有限的问题,本文提出利用MODIS数据作为火点提取的数据源,采用MODIS数据共享中心提供的"背景对比火点探测算法"得到初步的疑似火点,再以高分辨率影像为依据,采用土地利用类型分类和目视解译相结合的方式对疑似火点进行筛选,最终得到秸秆焚烧疑似火点产品。本文介绍了秸秆焚烧疑似火点提取的基本原理、业务组成、处理流程。经现场比对确认,相比以往单一数据源的监测方法提高了报对率和报准率,表明采用多源遥感的手段提取秸秆焚烧疑似火点的方法有很高的时效性、准确性和可行性。     

“3S”技术在农作物秸秆焚烧监测中的应用

介绍了“3S”技术在农作物秸秆焚烧监测中应用的一般原理和方法，包括利用RS技术监测焚烧农作物秸秆火点，判定农作物 进入收割期； 利用GIS技术确定卫星遥感监测焚烧农作物秸秆火点的性质和对火点信息进行分析管理； 利用GPS技术指导查找验证火 点的具体位置等。同时，还介绍了国家卫星气象中心近年来采用“3S”技术监测农作物秸秆焚烧的概况。     

MODIS数据在秸秆焚烧监测中的应用研究

秸秆焚烧会产生大量的二氧化碳、一氧化碳、苯等有害气体,不仅危害人体健康,而且给大气环境、生态环境、交通安全和火灾防护造成了极大的负面影响^[1]。传统的秸秆焚烧监测手段是靠巡逻小组实地巡查,效率较低,成本较高。而利用遥感技术可以快速获取全市范围内的秸秆焚烧信息,通过分析作物秸秆焚烧火点的时空分布格局、动态变化趋势,准确掌握秸秆焚烧信息。本文围绕保护生态环境、减少大气污染、做好秸秆禁烧工作的需求,利用MODIS、GF4、HJ-1B等遥感数据、参考已有地理国情监测数据和第三次全国农业普查数据,开展秸秆焚烧信息的快速提取研究,通过分析作物秸秆焚烧火点的时空分布格局及动态变化趋势,为监管部门掌握秸秆焚烧信息,制定大气污染防控措施提供有力的技术支持。     

安徽省A级旅游景区空间结构演变特征分析

选取安徽省2001年、2004年、2007年、2011年和2014年A级旅游景区为研究样本,系统分析全省近13年来A级旅游景区演变特征;运用最邻近点指数、地理集中指数、基尼系数、洛伦兹曲线和热点分析,探讨其空间分布类型、集中程度和均衡程度的演变特征。结果表明:2001年以来安徽省A级景区总量逐年上升,其中3A级和4A级旅游景区增加数量最多;A级旅游景区主要集中在皖中和皖南地区,整体上呈现"少—多—多"的格局;2007年以后,景区等级结构逐步形成以4A、3A、2A中间等级旅游景区为主,两端高级和初级旅游景区较少的纺锤型结构,趋于相对稳定、合理;全省A级景区空间分布类型从随机分布趋于聚集分布,同时地理集中指数表明各个时期在各地市分布愈加集中,基尼系数表明在三大地理区域中分布愈加集中不均衡,全省A级景区在2004—2014年十年间逐渐由景点分散和热点区域集聚不明显演变为以黄山市和合肥市为核心的多极热点区域。     

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品及其应用

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品主要包括全球范围内的火点位置、亚像元火点面积和火点强度等信息,可用于实时监测全球范围的森林草原火灾、秸秆焚烧等生物质燃烧状况。火点判识算法主要根据中红外通道对高温热源的敏感特性,即含有火点的中红外通道像元辐亮度和亮温较远红外通道的辐亮度和亮温偏高,同时较周边非火点的中红外像元偏高,建立合适的阈值可探测含有火点的像元。亚像元火点面积估算主要使用中红外单通道估算,根据亚像元火点面积估算结果对火点强度进行分级,不同的级别表示不同程度的火点辐射强度。基于全球火点自动判识结果,每日生成0.01°分辨率的卫星遥感日全球火点产品,每月生产0.25°×0.25°格点的全球月火点密度图。在利用FY-3D/MERSI-II火点产品开展的全球火点监测应用中,对多起全球重大野火事件进行了监测,为防灾减灾、全球气候变化研究、生态环境保护等方面提供卫星遥感信息支持。     

基于小波相干的雾霾与GNSS对流层延迟相关性分析

为了进一步揭示雾霾与对流层延迟相关性的细部特征,基于小波相干算法构建雾霾与天顶对流层延迟（zenith tropospheric delay,ZTD）相关性分析的新方法,有效地分析了雾霾与ZTD相关性的时频空间分布特征及成因。首先,通过分析IGS（internet GNSS service）北京站2014-2017年每个月的ZTD与量化评定雾霾的空气质量指数（air quality index,AQI）的相关系数,发现两者在月尺度上相关系数绝对值大于0.4的比率占29.17%,宏观上显示了两者具有相关性。其次,采用小波相干的方法分析了北京2014-2017年期间年度ZTD与AQI的相关性,发现ZTD与AQI在一定的时频域上具有很强的相关性,并且通过了95%置信度检验。最后,由北京、长春部分时域的ZTD与AQI相关性分析可知,北京3月份ZTD与AQI总体上呈现正相关,并且AQI与温度、气压、湿度和风速具有较好的相关性;在研究时域内秸秆燃烧加剧了北京、长春的雾霾,进而影响对流层延迟。     

Characterisation of Residue Burning from Agricultural System in India using Space Based Observations

Biomass burning is a global phenomenon with agriculture residue burning having a sizeable share. Biomass burning is a major source of emission of green house gases (GHGs). Thus the space-based observations of global distribution of fire form a key component of climate change studies. This study is a step towards understanding the spatio-temporal occurrence of agricultural residues burning in Indo-Gangetic plains of India using fire products from space borne satellites. The 3 years daily active fire data of MODIS (Aqua/Terra) from August, 2006 to July, 2009 have been used in this study. The data analysis showed that out of total fire events, around 69% contribution comes from agricultural areas and remaining (31%) comes from non-agricultural areas. This is mainly due to the intensive cultivation in this belt. The characterisation analysis revealed that, 84% of agriculture residues burning is from Rice-Wheat system (RWS) alone and remaining 16% in other types of crop rotations. The fire incidents were very high in October–December (55%) compared to that in March–May (36%), further indicating that burning of rice residue is more prevalent than that of wheat.     

联合多源遥感数据监测四川木里县森林火灾

森林火灾既严重影响森林生态系统的稳定,还威胁到人类生命财产安全。传统监测森林火灾方法,覆盖范围小,难以及时监测小面积火灾。遥感卫星能大范围精确监测火情,提高了监测方法的时效性,但使用单一卫星数据源很容易受到云雨等客观环境因素影响,降低监测的时效性。本文以四川木里藏族自治县"330森林火灾"区域为对象,开展多源卫星遥感数据对小范围火灾联合监测的研究。首先,充分挖掘高分四号高时空分辨率和中红外火烧敏感波段优势,联合烟幕、温度和植被指数时序变化确定火烧时间与位置;然后,使用Sentinel-2数据监测不同火烧区域光谱信息;接着,使用Sentinel-2数据提取dNBR(differenced Normalized Burn Ratio),提出了基于最大类间方差算法(OTSU)分步骤确定不同程度火烧迹地与面积的方法;最后,建立Sentinel-1A极化比值PR (Polarization Ratio)和NDVI之间关系,利用微波雷达突破云雨限制。结果表明:(1)高分四号联合IRS(InfraRed Scanner)和PMS(Panchromatic Multispectral Sensor)能够实时监测小范围火灾;(2)根据火点位置,确定火灾蔓延期间NDVI下降(由0.7降低至0.25),确定起火时间(3月30日);(3)火灾区域与未受灾区,以及不同类型火烧迹地之间的光谱在490—2200 nm范围存在差异;(4)基于OTSU算法自动确定阈值,确定林地损失面积41.56公顷(dNBR=0.35),精度达94.67%,提取林地过火未损失面积66.56公顷(dNBR=0.10),精度达90.94%,林地损失区域基本符合实际调查结果;(5)火灾前后极化比值由6.6 dB升高至10.8 dB,NDVI与PR经线性回归,R2=0.58,验证R2=0.50。联合多源卫星监测森林火灾,能提高森林火灾监测的时效性,避免了云雨等复杂环境的影响。研究成果能为小火点的及时识别和灾害评估提供参考,其应用可为林火应急响应提供技术支撑。     

河南省公路客流的空间分布规律

根据河南省各地市公路客流数据,通过客运量、周转量空间分布的评价指标,分析了河南省公路客流的空间分布规律。研究表明河南省各区域客运量与GDP的分布极不平衡。通过对公路客运的分布集中化水平的研究,发现河南省公路客运水平区域差异较大,进一步分析了其与经济发展的关系。     

重特大自然灾害综合评估

2021年7月,中国河南省遭遇极端强降雨天气,出现大范围洪涝灾害,河南省内各级交通网受到严重影响。为了快速、准确地获取极端气候条件下自然灾害对大范围交通网造成的损坏和运行影响情况,对哨兵1号、高分三号卫星遥感影像、欧洲中期天气预报中心的降雨和水汽数据、地质灾害调查数据等多源数据进行分析与融合,提出了大范围洪涝灾害影响下的交通网受损快速评估技术体系框架,解析了此轮河南暴雨引发的洪涝灾害发展过程,并评估了洪涝灾害对交通道路网危害及后续次生灾害的风险,利用空间可达性模型对路网受损后的连通性水平进行了评估。结果显示：此次洪涝灾害具有累计降雨量极大、高度集中且降水范围广的特点,河南省郑州市及周边地区的洪涝受灾面积约3 800 km²;三门峡市、登封市山区次生滑坡灾害发生可能性极高;公路交通网受洪涝灾害影响的道路总里程约为1 300.46 km;郑州等五市的公路网连通性下降了21.27%左右。其中,高速公路、国道、省道的连通性分别下降了34.22%、13.78%和14.86%。     

利用社交媒体数据模拟城市空气质量趋势面

近年来,随着城市的发展,空气污染日益严重。目前,我国城市空气质量监测主要依靠空气质量监测站,但监测站数量有限,并且空气质量在一个城市的不同区域会出现较大起伏,单一利用监测站不易发现城市所有位置的空气质量起伏变化。对此,利用带有地理位置信息的新浪微博数据,分析空气污染相关主题微博与空气质量监测站点空气质量指数（air quality index,AQI）数据的相关性,建立两者间的函数关联,提出了一种建立城市空气质量趋势面的方法。实验结果表明,该方法不仅能定性地表现出城市不同区域的相对空气质量,也可定量、细粒度地展示城市空气质量情况。     

地形影响的飞机颠簸及其数值仿真实验

空中颠簸是民航飞行过程中的重大安全风险之一,其空间分布模式的探索与分析对有效规避颠簸区域、提升飞行安全水平有重要意义。利用中国民航行业快速存取记录器（quick access recorder, QAR）大数据提取了2017—2019年中国范围内发生的空中颠簸事件,通过核密度估计和时空可视化对其时空分布特征进行了初步的探索性分析,采用空间自相关分析、热点分析、地理加权主成分分析等时空统计分析技术从不同层次和视角对民航空中颠簸风险进行空间分布模式与规律探索。结果表明,中国民航飞机2017—2019年空中颠簸事件较多出现于西藏地区、中部地区和东南部地区,其中第一阶梯和第二阶梯地区空中颠簸事件发生密度明显高于第三阶梯,且多位于第一阶梯和第二阶梯分界线附近。空中颠簸程度具有较为显著的空间自相关性,表现为高-高值聚集特征。在精细尺度视角下,地理加权主成分分析结果表明,空中颠簸风险与相关属性参数间关系存在典型的空间异质性特征。该研究为切实提升民航行业风险管理与安全水平,从时空视角提供了理论算法与实践应用支撑。