一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法，该方法包括如下步骤：步骤1)对样本区域Landsat系列遥感影像进行数据预处理然后进行地表温度反演，并作专题图；步骤2)排除自然因素下大气温度对地表温度值的影响，即钢铁厂的地表温度值与同时期影像中水体的平均温度的差值；步骤3)提取定量化对比指标1面向钢铁厂的热岛强度值，将钢铁厂区的平均温度与非钢铁厂区的平均温度之差作为对比指标；步骤4)提取定量化对比指标2厂区高温区比重，其中地表温度值大于整景影像平均地表温度的象元定义为高温区，将占整体厂区的面积比重作为对比指标；步骤5)评价并比较不同钢铁厂在去产能过程中的热环境变化情况，并通过计算对比指标最终形成去产能监测报告。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法
本专利技术涉及一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法，针对目标钢铁厂的热环境情况，建立了适用于小尺度地物热环境监测的指标体系，结合地表温度反演算法和最小二乘法建立回归模型，利用遥感手段对各时相的热环境指标进行对比与变化分析，以侧面反映在去产能政策影响下的钢铁厂生产强度的变化程度。
技术介绍
由于过去钢铁行业的急速发展使得近年来无论是国内还是国外都存在钢铁产能过剩的问题，致使钢铁材料的价格降低，甚至影响到了整体行业的发展走向。2016年2月4日，在《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》中提出了可通过改革供给的方式来治理钢铁行业的产能过剩的新思路，但是产能过剩形势依旧严峻，并没有从根本上得到解决。地表温度是指示地球健康状况以及地球未来变化的一个关键的表征环境参数，我们可以认为地表温度是地球的“体温”，是地球表面热环境的衡量指标。遥感作为获取全球地表时空信息的重要手段，在环境问题的监测上具备着不可替代的作用。随着各种传感器的发展，遥感数据也日渐丰富，对于遥感的研究也从定性向定量方向转换，这也对利用遥感进行信息识别提出了更高的要求。遥感数据相较于其他统计数据在获取方面更为便捷。综上，通过地表温度间接体现钢铁厂生产状况，有利于提高遥感在环境监测方面的实用性。在过去几十年中，热红外数据在地表温度反演、城市热岛效应、城市地表温度与城市土地覆盖类型变化之间的关系等方面取得了较大的研究进展。叶钰等(2017)利用单窗算法对长沙市地表温度进行反演，并分析其热环境变化与地表覆盖类型变化间的关系，但有碍于天气因素的影响在数据选取时只选用了夏季影像。刘玉安等(2014)利用HJ-1B数据对武汉市夏季高温日的地表温度进行反演，并利用MODIS地表温度产品进行精度验证，进行了武汉市热岛效应的定量化描述，并发现武汉市城市热岛中心多分布在工业集中区等位置。叶彩华等(2011)以定量化监测城市热环境为目的，提取了三个指标分别为热岛强度、热岛强度指数以及热岛比例指数，进行北京市热环境的定量化描述。由此可见，随着遥感热红外数据在地表温度反演算法方面的研究日益成熟，众多学者的焦点专向城市热环境监测，但多以城市为研究对象，对小尺度地物的地表温度遥感监测研究较少，虽然有很多学者通过研究城市热岛效应提取了城市高温区，但未进一步对此类区域(如工业集中区、人口密集区)进行进一步的热环境分析。此外，在研究城市热环境的过程中多采用相同季节(夏季居多)的遥感影像进行长时序分析，未能通过排除天气因素对地表温度的影响从而对各个季节的数据进行采样与分析。针对以上情况，本专利技术将研究焦点集中在钢铁厂这一特殊功能区，对其热环境进行监测，研究小尺度区域热环境，并建立了适用于钢铁厂区地表温度监测的定量化指标作为代表性变量，并将其与钢铁厂产量进行相关性分析，为城市高温区管理及国家去产能政策提供了决策与支持，有益于增强遥感对城市环境监测的应用性。
技术实现思路
针对当前国内钢铁行业产能过剩的问题，本专利技术建立了适用于小尺度地物热环境监测的指标体系，利用遥感手段对各时相的热环境指标进行对比与变化分析，以侧面反映在去产能政策影响下的钢铁厂生产强度的变化程度，最终得到一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法。本专利技术的目的通过以下技术步骤实现：步骤1)基于Landsat8数据，研发一整套基于热红外遥感影像地表温度反演的钢铁厂热环境遥感监测技术流程，在样本区域获得较好的地表温度反演结果并制图；步骤2)基于样本区域的地表温度反演结果，考虑地表温度受自然条件下大气温度的影响，采用样本区地表温度值与相应时期的水体平均温度作差的方式，排除自然因素的影响，作为不同时相下地表绝对温度的对比数据，以归纳整理各时期钢铁厂地表温度的变化情况；步骤3)本专利技术通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标1为面向钢铁厂的热岛强度值，计算方法为利用钢铁厂区的平均温度与非钢铁厂区的平均温度之差作为该钢铁厂在此时刻的热岛强度值；步骤4)本专利技术通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标2为厂区高温区比重，其中地表温度值大于整景影像平均地表温度的象元定义为高温区，将占整体厂区的面积比重作为该钢铁厂在此时刻的高温区比重值；步骤5)基于最小二乘法原理，建立钢铁厂地表温度值集合与对应时期的钢铁产量之间的回归模型，并分析二者之间的相关性关系。步骤6)评价并比较不同钢铁厂在去产能过程中的热环境变化，并对步骤3与步骤4中的两个对比指标进行计算和分析，最终形成去产能监测报告。附图说明图1为基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法技术路线图；图2样本钢铁厂地表温度及高温区分布图；图3为各时期地表绝对温度值变化图(未排除大气影响)；图4为样本数据按月份排序后的水体平均温度变化图；图5为去除天气影响下的各时期地表绝对温度变化图；图6为2013年-2-17年2月样本区域高温区分布图；图7为2013年-2017年2月钢铁厂热岛强度值变化图；图8为2013年-2017年2月钢铁厂高温区比重变化图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术“一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法”(图1)作进一步阐述说明。本专利技术所涉及的“去除大气温度影响下的各时期地表绝对温度变化监测方法”、“面向钢铁厂热环境的遥感监测指标体系计算方法”是对小尺度地物热环境遥感监测技术的创新。(关于遥感数据预处理、研究区矢量数据裁剪等基本步骤不做赘述)其中，“去除大气温度影响下的各时期地表绝对温度变化监测方法”，由于遥感影像的质量原因所选样本在各年度各季度的分布不均，且不同时期所处的季节不同，气候条件自然不同，没有排除自身气候原因导致的温度变化，直接进行对比分析存在较大疏漏。为了直接比较不同时期的钢铁厂区地表温度，需要排除数据因所处季节不同导致气温不同所带来的影响。此处通过选取各个时期的地表温度减去相应时期的水体温度所得差值作为比较指标，其中水体温度通过目标钢铁厂所在辖区的水体温度平均值来表示，为建立不同时相下研究区域的地表热环境监测指标的对比打下基础；“面向钢铁厂热环境的遥感监测指标体系计算方法”，除地表温度值作为热环境监测指标外，为了加强监测指标的代表性，并更加直观地进行不同时相之间的厂区温度对比，且以定量化分析为目的，此处提取两个量化指标，以进行不同时相的钢铁厂区热环境监测及分析，两个指标分别为面向钢铁厂的热岛强度值和厂区高温区面积比重，这也为后续研究热环境监测指标与对应时期工厂产量间的相关性甚至建立二者间的定量关系等方法奠定基础。(一)去除大气温度影响下的各时期地表绝对温度变化监测方法基于Landsat8影像数据，利用ENVI软件、Arcgis软件与地表温度反演算法后(图2)，对各个时期的地表温度变化进行规整(图3)，之后通过选取各个时期的地表温度减去相应时期的水体温度所得差值作为比较指标，其中水体温度通过武汉市市辖区水体的平均值来表示，以排除大气温度对目标厂区的地表温度影响。将各时期按月份顺序排列后(图4)发现水体平均温度与各月份气温变化趋势相同，即通过水体平均温度作为代表来表示各时期气温影响符合客观认知。由此可知利用地表温度减去相应时期的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法，该监测方法包括如下步骤：步骤1)基于Landsat8数据，研发一整套基于热红外遥感影像地表温度反演的钢铁厂热环境监测技术流程，在样本区域获得较好的地表温度反演结果并成图；步骤2)基于样本区域的地表温度反演结果，考虑地表温度受自然条件下大气温度的影像，采用将地表温度值与相应时期的水体平均温度作差的方式，排除自然因素的影响，作为不同时相下地表绝对温度的对比数据，以归纳整理各时期钢铁厂地表温度的变化情况；步骤3)本专利技术通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标1为面向钢铁厂的热岛强度值，计算方法为利用钢铁厂区的平均温度与非钢铁厂区的平均温度之差作为该钢铁厂在此时刻的热岛强度值；步骤4)本专利技术通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标2为厂区高温区比重，其中地表温度值大于整景影像平均地表温度的象元定义为高温区，将占整体厂区的面积比重作为该钢铁厂在此时刻的高温区比重值；步骤5)基于最小二乘法的原理，建立钢铁厂地表温度值集合与对应时期的钢铁生产产量之间的回归模型，并分析二者之间的相关性关系。步骤6)评价并比较不同钢铁厂在去产能过程中的热环境变化，并对步骤3与步骤4中的两个对比指标进行计算和分析，最终形成去产能监测报告。...

【技术特征摘要】
1.一种基于地表温度遥感反演的钢铁厂去产能监测方法，该监测方法包括如下步骤：步骤1)基于Landsat8数据，研发一整套基于热红外遥感影像地表温度反演的钢铁厂热环境监测技术流程，在样本区域获得较好的地表温度反演结果并成图；步骤2)基于样本区域的地表温度反演结果，考虑地表温度受自然条件下大气温度的影像，采用将地表温度值与相应时期的水体平均温度作差的方式，排除自然因素的影响，作为不同时相下地表绝对温度的对比数据，以归纳整理各时期钢铁厂地表温度的变化情况；步骤3)本发明通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标1为面向钢铁厂的热岛强度值，计算方法为利用钢铁厂区的平均温度与非钢铁厂区的平均温度之差作为该钢铁厂在此时刻的热岛强度值；步骤4)本发明通过构建定量化对比指标对目标钢铁厂的热环境进行遥感监测与各时相对比。指标2为厂区高温区比重，其中地表温度值大于整景影像平均地表温度的象元定义为高温区，将占整体厂区的面积比重作为该钢铁厂在此时刻的高温区比重值；步骤5)基于最小二乘法的原理，建立钢铁厂地表温度值集合与对应时期的钢铁生产产量之间的回归模型，并分析二者之间的相关性关系。步骤6)评价并比较不同钢铁厂在去产能过程中的热环境变化，并对步骤3与步骤4中的两个对比指标进行计算和分析，最终形成去产能监测报告。2.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)：提出基于Landsat8数据，利用劈窗算法进行地表温度反演，侧面反映钢铁厂生产强度，并利用Arcgis绘制钢铁厂各时期的地表温度结果图。3.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)：利用各时期...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆岩，胡蝶，王光辉，张琳琳，刘宇，郝丽春，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，
类型：发明
国别省市：北京,11