【HJ环境保护标准】 卫星遥感秸秆焚烧监测技术规范

中华人民共和国国家环境保护标准HJ1008—2018
卫星遥感秸秆楚烧监测技术规范Technical specification for straw burning monitoringbased on satellite remotesensing2018-12-26发布
2019-06-01实施
生态环境部发布
中华人民共和国生态环境部
2018年第71号
HJ1008—2018
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，保护生态环境，保障人体健康，规范生态环境监测工作，现批准《环境空气降水中有机酸（乙酸、甲酸和草酸）的测定离子色谱法》等五项标准为国家环境保护标准，并予发布。
标准名称、编号如下。
、《环境空气降水中有机酸（乙酸、甲酸和草酸）的测定离子色谱法》（HJ1004一2018）：二、《环境空气降水中阳离子（Nat、NH4t、K+、Mg2+、Ca2+）的测定离子色谱法》（HJ1005-2018);
三、《固定污染源废气挥发性卤代烃的测定气袋采样气相色谱法》（HJ1006一2018）；四、《固定污染源废气碱雾的测定电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ1007—2018）；五、《卫星遥感秸秆焚烧监测技术规范》（HJ1008—2018）。以上标准自2019年6月1日起实施，由中国环境出版集团出版，标准内容可在生态环境部网站（kjs.mee.gov.cn/hjbhbz/）查询。特此公告。
生态环境部
2018年12月26日
适用范围。
规范性引用文件
术语和定义
监测方法
监测产品制作.
质量控制..
附录A（资料性附录）
卫星秸秆监测常见数据源
.............
....+....+.....
HJ1008—2018
HJ1008—2018
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，规范和指导秸秆楚烧卫星遥感监测工作，防治大气污染，改善空气质量，制定本标准。本标准规定了秸秆焚烧卫星遥感监测的方法、产品制作、质量控制等内容。本标准的附录A为资料性附录。
本标准为首次发布。
本标准由生态环境部生态环境监测司、法规与标准司组织制订。本标准起草单位：环境保护部卫星环境应用中心。本标准验证单位：江苏省环境监测中心、北京市环境监测中心、黑龙江省环境科学研究院。本标准生态环境部2018年12月26日批准。本标准自2019年6月1日起实施。本标准由生态环境部解释。
1适用范围
卫星遥感精秆楚烧监测技术规范HJ1008—2018
本标准规定了利用极轨卫星开展秸秆焚烧遥感监测的方法、产品制作、质量控制等内容。本标准适用于秸秆楚烧卫星遥感监测工作。2规范性引用文件
本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，其所注日期的版本适用于本标准。卫星对地观测数据产品分类分级规则。GB/T32453-2015
3：术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.1
亮度温度
brightnesstemperature
与观测物体辐射出射度相等的黑体温度，其在数值上等同辐射温度。引自GB/T32453一2015。3.2
表观反射率apparentreflectance指大气层顶反射能量与太阳入射能量的比值。3.3
秸秆焚烧疑似火点
suspectedfirepointofstrawburning指由本标准技术方法反演的待实地核查的秸秆焚烧火点，3.4
秸秆楚烧疑似火点信度suspectedfirepointconfidenceofstrawburning指由本标准技术方法监测的秸杆楚烧疑似火点为真实火点的概率。4总则
4.1监测原理
基于秸秆焚烧疑似火点像元与背景常温像元在中红外和热红外波段亮度温度的差异识别热异常点，结合土地分类数据，提取秸杆焚烧疑似火点。4.2
2监测手段
利用极轨卫星的光学及红外传感器开展秸杆焚烧监测工作。传感器应具有0.65um附近的可见光红波段、0.8um附近的近红外波段、4um附近的中红外波段、11um及12um附近的热红外波段，波段设置参考见附录A。
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3监测内容
秸秆焚烧疑似火点的位置、数量、信度。4.4
监测流程
秸秆焚烧卫星遥感监测流程如图1所示。土地利用数据
地理信息数据
卫星遥感数据
遥感数据预处理
热异常点提取
秸秆荧烧疑似火点提取
秸秆楚烧疑似火点信度估算
监测产品制作
秸秆楚烧卫星遥感监测流程
5监测方法
遥感数据预处理
首先对卫星遥感数据进行质量检查、辐射校正及几何校正，然后计算可见光、近红外波段的表观反射率及中红外、热红外波段的亮度温度表观反射率计算式如式（1)：
式中：p
表观反射率：
常量，sr：
L—辐射亮度，W/（msrum）；
D一一日地之间距离，天文单位；元LD2
ESUNcoso
ESUN一大气层顶的平均太阳光谱辐照度，W/（m~um）：e太阳天顶角，（°）。
亮度温度计算式如式（2）：
式中：T表观亮度温度，K
光速，m/s：
元——中心波长，um；
L辐射亮度，W/（msrum）；
h——普朗克常数，取6.626x10-34J-s:k一玻尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K。5.2云、水体像元识别与剔除
识别并剔除满足下列条件的云像元和水体像元。云像元的判别条件为：
(p, +P,)>Th(TzThaa ^Tz水体像元的判别条件为：
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(P, ）其中，NDVI=（p-p)/(p+p.）
式中：P,
像元在红波段的表观反射率；
像元在近红外波段的表观反射率；像元在热红外波段（12um附近）的亮度温度，K；判别阈值，参考值可取0.9；
判别阈值，参考值可取0.7；
判别阈值，参考值可取265K；
判别阈值，参考值可取285K；
判别阈值，参考值可取0.15：
归一化植被指数；
太阳天顶角<85°（下同）；
太阳天顶角≥85°（下同）。
5.3热异常点提取
5.3.1提取流程
热异常点提取流程如图2所示。
六法地像儿
初是火烹划划
是火点维过阅
背定求点
途火点背素虑红判是
鼎型水志除
广热流点
热异常点提取流程
HJ1008—2018
5.3.2初定火点判别
首先要对遥感像元进行初步分类，以区分初定火点像元与非火点像元。初定火点判定条件为：
(T>Th3)A(△T>Th)(P,[(T >Thu)A(△T>Than)
像元在中红外波段（4um附近）的亮度温度，K；式中：T4
像元在中红外波段（4um附近）与热红外波段（1lum附近）的亮度温度的差值，K；判别阈值，参考值可取0.3：
-判别阈值，参考值可取300K；
判别阈值，参考值可取305K；
Than判别阈值，参考值可取10K。5.3.3初定火点绝对阈值测试
若初定火点在叠间情况下，满足式（6）即可判定为暂定火点。在夜间情况下，满足式（7）即可标识为热异常点。其他不满足条件的初定火点需通过背景阈值测试过程，进一步加以判别。T4>Thts
T4>Tht6
-判别阈值，参考值可取360K；
式中：Thts
Tht6—判别阈值，参考值可取320K。5.3.4初定火点背景阈值测试
以初定火点为中心，建立大小为NXN的背景窗口，对窗口中的背景像元进行分类并统计其亮度温度特征。背景像元包括背景火点像元和有效背景像元两种类型。其中，背景火点像元在查间和夜间分别满足以下条件：叠间：（T4>Th）^（△T>Th2）
夜间：（T4>Th）△（△T>Tha）判别阀值，参考值可取325K；
式中：Thz
一判别阈值，参考值可取20K；
判别阈值，参考值可取310K；
That3——判别阈值，参考值可取10K。(8)
窗口中背景火点像元之外的无云陆地背景像元为有效背景像元。如果有效背景像元数量满足窗口内总像元数的25%，且多于8个，则统计窗口的背景像元温度特性，窗口起始大小为3×3。若有效背景像元不够，则增大窗口（如：5×5，7×7，…，21×21），并继续进行上述分类和统计，直到窗口中有足够的有效背景像元。如果当N=21时仍未选出足够有效背景像元，则该初定火点被标识为非火点。如果上述背景火点像元和有效背景像元温度特性被成功提取，则将其与初定火点的温度特性（T4、Ti及△T）进行多个阈值条件的判别，如下所示：AT>△T+Th×8A
△T>T+Thar4
T >T + Th×8.
式中：AT
T>T+-ThgWww.bzxZ.net
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有效背景像元在中红外波段（4um附近）与热红外波段（11um附近）的亮度温度差值的均值，K；
有效背景像元在中红外波段（4um附近）亮度温度的均值，K；像元在热红外波段（11um附近）的亮度温度，K；有效背景像元在热红外波段（1lum附近）亮度温度的均值，K；有效背景像元在中红外波段（4um附近）亮度温度的平均绝对偏差：有效背景像元在热红外波段（11um附近）亮度温度的平均绝对偏差；有效背景像元在中红外波段（4um附近）与热红外波段（11um附近）的亮度温度差值的平均绝对偏差：
背景火点像元在中红外波段（4um附近）亮度温度的平均绝对偏差：判别阈值，参考值取3.5；
判别阈值，参考值取6K；
判别阈值，参考值取3；
-判别阈值，参考值取4K；
判别阈值，参考值取5K。
如果初定火点在间满足式（10）～式（12）中所有条件，同时满足式（13）或式（14）中条件之，则初定火点被标识为暂定火点：在夜间满足式（10）～式（12）中的所有条件时，则初定火点被标识为热异常点，否则被标识为非火点。将昼间标识为暂定火点进行虚假火点去除，得到热异常点。5.3.5虚假火点去除
5.3.5.1太阳耀光引起的虚假火点去除计算火点像元的耀光角：
coso.=coso,.coso,-sino,sino,.cosm式中：0—火点像元的耀光角，（°)；0—观测天顶角，（°)：
0—太阳天顶角，（°)；
Φ—相对方位角，（°）。
判别太阳耀光的國值条件为：
o,(0 Thes)A(p, >Thos)(0,(N>0)
式中：Th判别阅值，参考值取2°；Th2——判别阈值，参考值取8°；(15)
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Th3判别阈值，参考值取12°；
Thps——判别阅值，参考值取0.1；Thp6——判别阈值，参考值取0.2：N—统计窗口中水体像元的个数。如果暂定火点像元满足式（16）～式（18）中条件之一，则判定为太阳耀光引起的虚假火点。5.3.5.2沙漠边缘的虚假火点去除针对沙漠边缘的辐射特点设置识别虚假火点的值条件：NTh,N
(T式中：N.
统计窗口中背景火点的个数
统计窗口中有效背景像元个数；背景火点像元4um附近波段亮度温度的均值，K；判别阈值，参考值取0.1；
判别阈值，参考值取4；
判别阈值，参考值取0.15；
判别阅值，参考值取345K；
判别阈值，参考值取3K
判别阈值，参考值取6。
如果暂定像元满足式（19）中的全部条件，则被判定为沙漠边缘的虚假火点。5.4秸秆焚烧疑似火点提取
结合士地分类数据，把位于农田范围内的热异常点提取出来作为秸秆焚烧疑似火点。5秸秆楚烧疑似火点信度估算
统计分析秸秆焚烧疑似火点像元的亮度温度特征，估算其火点信度，评判的依据是：火点像元的T4及（T4-T）越大，火点信度越高：火点像元T4及（T4-T）与周围常温背景的差别越大，火点信度越高；在昼间的情况下，火点像元邻近的云或水体像元越少，火点信度越高。具体步骤如下：a）计算火点与有效背景像元温度特性的差异统计参数Z4和ZuT:Z.=-
b）基于信度判别斜坡函数S(x,α,β)计算单项信度指数Ci，C2，，Cs：C,=S(T4,Thu3,Th14)
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