秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）編制說明

《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）

編制說明

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《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》

編制說明

1項目背景

1.1任務(wù)來源

秸稈焚燒會對大氣環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境、交通安全和火災(zāi)防護(hù)帶來極大的影響。為有效

的對秸稈焚燒進(jìn)行管理和監(jiān)測，根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部《關(guān)于開展2011年度國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

制修訂項目工作的通知》（環(huán)辦函〔2011〕312號），將《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)

范》列入國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目計劃，項目統(tǒng)一編號為2011-29，項目承擔(dān)單位為環(huán)境保護(hù)部

衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心。

1.2工作過程

2011年，任務(wù)下達(dá)后，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心迅速成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，制定了相

關(guān)工作計劃，明確了項目成員的分工。

根據(jù)工作計劃進(jìn)度安排，標(biāo)準(zhǔn)編制組認(rèn)真的進(jìn)行了資料收集和前期調(diào)研工作。內(nèi)容包括：

收集整理有關(guān)秸稈焚燒衛(wèi)星遙感相關(guān)技術(shù)規(guī)范的國內(nèi)外文獻(xiàn)；調(diào)研秸稈焚燒衛(wèi)星遙感的現(xiàn)有

數(shù)據(jù)源、監(jiān)測方法、驗證方法；此外，編制組還積極開展了秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測方法的深

入研究及實驗工作。在前期大量工作的基礎(chǔ)上，編制組確定了本標(biāo)準(zhǔn)編制的原則、技術(shù)路線

和要求，完成了《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的開題報告和標(biāo)準(zhǔn)文本初稿。

2012年4月13日，環(huán)境保護(hù)部環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所在北京組織召開了本標(biāo)準(zhǔn)的開題論證會。

論證委員會由北京師范大學(xué)、中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、中國科學(xué)院對地觀測與數(shù)字地球科學(xué)

中心、北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所、北京市環(huán)境監(jiān)測中心的有關(guān)專家組

成。論證委員會聽取了標(biāo)準(zhǔn)主編單位關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)開題論證報告的主要技術(shù)內(nèi)容、編制技術(shù)路線

和標(biāo)準(zhǔn)初稿內(nèi)容介紹，經(jīng)質(zhì)詢和討論，認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)的編制對于規(guī)范和指導(dǎo)秸稈焚燒衛(wèi)星遙感

監(jiān)測工作，防治大氣環(huán)境污染，改善環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義；前期調(diào)研充分，開題報告

和標(biāo)準(zhǔn)初稿材料齊全，結(jié)構(gòu)合理，內(nèi)容較為詳實、完整；標(biāo)準(zhǔn)開題報告提出的編制原則科學(xué)、

合理，技術(shù)路線可行。論證委員會一致通過本標(biāo)準(zhǔn)的開題，并提出如下修改意見和建議：加

強相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的調(diào)研，注重與其他標(biāo)準(zhǔn)的銜接；注重標(biāo)準(zhǔn)用語，加強公式、專業(yè)術(shù)語的規(guī)

范化。

根據(jù)論證委員會提出的修改意見，編制單位進(jìn)行了相關(guān)資料的收集，形成了標(biāo)準(zhǔn)文本征

求意見稿和征求意見稿編制說明初稿。之后，編制組將標(biāo)準(zhǔn)文本、編制說明初稿發(fā)給環(huán)境保

護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)研究所進(jìn)行審查，根據(jù)反饋意見又對標(biāo)準(zhǔn)文本和編制說明進(jìn)行了進(jìn)一步的修改，最

終形成了標(biāo)準(zhǔn)文本征求意見稿和征求意見稿編制說明。

2標(biāo)準(zhǔn)制訂的必要性分析

2.1環(huán)境形勢的變化對標(biāo)準(zhǔn)提出新的要求

由于觀念、技術(shù)和體制等方面的綜合原因，我國每年有大量秸稈被當(dāng)作廢棄物焚燒。秸

稈燃燒時，會產(chǎn)生大量的CO2、CO、氮氧化合物、苯以及環(huán)芳烴等有害氣體,不僅危害人體

健康，而且給大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、交通安全和火災(zāi)防護(hù)造成了極大的影響。

早在1999年原國家環(huán)境保護(hù)總局就發(fā)布了《秸稈焚燒和綜合利用管理辦法》，一些省市

的環(huán)保局也出臺了相應(yīng)的焚燒管理辦法。1999年-2005年，原國家環(huán)境保護(hù)總局采取了一系

列措施，使秸稈焚燒和綜合利用工作取得了較好成效，全國大部分地區(qū)秸稈焚燒現(xiàn)象得到了

有效控制。但近幾年來，有些地方的秸稈焚燒現(xiàn)象出現(xiàn)了嚴(yán)重反彈，由于秸稈焚燒火點分布

在縣、鄉(xiāng)，不易查證，難以統(tǒng)計，再加上人力、物力的限制，禁燒的管理、監(jiān)測難度增大，

因此對秸稈焚燒的治理往往無的放失，難以奏效。

《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》明確要求要強化污染物減排治理，加強

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環(huán)境監(jiān)管能力。提出了要建立健全區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機制，控制區(qū)域復(fù)合型大氣污染以

及要健全環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，加強環(huán)境監(jiān)測、預(yù)警和應(yīng)急能力建設(shè)的要求。

新的環(huán)境形勢要求環(huán)境監(jiān)管要更加科學(xué)化、高效化。當(dāng)前，開展秸稈禁燒工作已經(jīng)成為

環(huán)境監(jiān)管的重要內(nèi)容之一，它要求秸稈焚燒監(jiān)管要利用新的技術(shù)手段，增加執(zhí)法的準(zhǔn)確性和

效率。衛(wèi)星遙感技術(shù)恰恰能很好的解決這一問題。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有時效性強、分辨率高、

資料獲取快捷和費用低廉的特點，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)一方面可以動態(tài)、大范圍地監(jiān)測秸稈焚

燒狀況，獲取秸稈焚燒火點位置、數(shù)目等信息，大大提高秸稈焚燒監(jiān)管的工作效率并確保監(jiān)

測結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，另一方面還可為國家掌握秸稈焚燒信息，制定大氣污染防控措施

提供有力的技術(shù)支持。目前我國還無專門針對秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，

因此急需制定《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。

2.2相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保工作的需要

隨著秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，會不斷產(chǎn)生新的監(jiān)測方法及產(chǎn)品。為

了有效、正確地利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行秸稈禁燒監(jiān)測，對全國各級環(huán)境保護(hù)管理人員、科研

人員、監(jiān)測人員提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，迫切需要制定《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。

該規(guī)范通過對秸稈焚燒遙感監(jiān)測方法、產(chǎn)品制作及產(chǎn)品驗證技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，確保監(jiān)測產(chǎn)

品更具科學(xué)性與權(quán)威性，從而為保質(zhì)保量地完成秸稈星監(jiān)測工作提供技術(shù)支持，為各類業(yè)務(wù)

部門進(jìn)行監(jiān)測提供技術(shù)參考。因此，為滿足秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)建設(shè)與管理的需

要，編制符合我國國情、科學(xué)實用的《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》十分必要。

3標(biāo)準(zhǔn)編制的依據(jù)與原則

3.1標(biāo)準(zhǔn)編制的依據(jù)

《大氣污染防治法》(2000年)

《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》（1999年）

GB15968-2008遙感影像平面圖制作規(guī)范

GB/T14950-94攝影測量與遙感術(shù)語

GB/T17798-2007地球空間數(shù)據(jù)交換格式

GJB421A-97衛(wèi)星術(shù)語

GJB2700-96衛(wèi)星遙感器術(shù)語

DZ/T0143-1994衛(wèi)星遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量控制規(guī)范

3.2標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

（1）適用性、可操作性原則

本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容應(yīng)具有普遍適用性，方法應(yīng)具有可操作性，能夠為環(huán)境監(jiān)測及管理等相關(guān)

業(yè)務(wù)部門進(jìn)行秸稈監(jiān)測提供技術(shù)參考。

（2）科學(xué)性、先進(jìn)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中應(yīng)積極借鑒和利用國內(nèi)外相關(guān)研究成果，運用可靠的原理、成熟先

進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的方法，保證制定的標(biāo)準(zhǔn)具有科學(xué)性和先進(jìn)性。

（3）經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性原則

標(biāo)準(zhǔn)中采用的技術(shù)方法應(yīng)經(jīng)濟(jì)可行，確保按照該標(biāo)準(zhǔn)開展秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測時，涉

及到的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源比較容易獲取、方法比較容易實現(xiàn)，監(jiān)測成本較低，經(jīng)濟(jì)可行。

4標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

4.1標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測的手段、原理、監(jiān)測處理流程、監(jiān)測方法、結(jié)果驗證、

產(chǎn)品制作、質(zhì)量控制等內(nèi)容。

秸稈焚燒監(jiān)測、監(jiān)管是環(huán)保部門的業(yè)務(wù)之一，綜合考慮到監(jiān)測的時間分辨和空間分辨率、

精度要求及遙感監(jiān)測技術(shù)的可行性，標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍中確定了極軌衛(wèi)星相應(yīng)的傳感器作為秸

稈焚燒衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)源。具體適用范圍為：

適用于環(huán)境保護(hù)部門利用極軌衛(wèi)星的星載光學(xué)及紅外傳感器來開展秸稈焚燒衛(wèi)星監(jiān)測工

作。衛(wèi)星傳感器要求具有0.65μm附近的可見光紅波段、0.8μm附近的近紅外波段、4μm附近

5

的中紅外波段、11μm、12μm附近的熱紅外波段，且數(shù)據(jù)性能可靠。

4.2標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)框架

表1《秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容

1適用范圍概述了本標(biāo)準(zhǔn)的編制內(nèi)容和適用范圍。

2規(guī)范性引用文件介紹了本標(biāo)準(zhǔn)中引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件。

規(guī)定了10個術(shù)語，包括像元、熱異常火點、秸稈焚燒

3術(shù)語和定義火點、專題圖、亮度溫度、潛在火點、背景窗口、背

景像元、背景火點像元、有效背景像元等。

4總則規(guī)定了監(jiān)測手段、原理、內(nèi)容及處理流程。

規(guī)定了遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、云檢測及水體像元識別及

5監(jiān)測方法剔除、熱異?；瘘c提取、秸稈焚燒火點提取、秸稈

焚燒火點信度估算方法。

規(guī)定了地面實地觀測驗證及其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)驗證兩種

6監(jiān)測結(jié)果驗證

手段。

7監(jiān)測產(chǎn)品制作規(guī)定了監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)品的制作內(nèi)容及制作原則。

8質(zhì)量控制規(guī)定了衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量、幾何定位精度、監(jiān)測結(jié)果精

度控制內(nèi)容。

附錄A（資料性附錄）介紹了衛(wèi)星秸稈日監(jiān)測產(chǎn)品模版示例。

附錄B（資料性附錄）介紹了常用的衛(wèi)星及其傳器用于熱異常點監(jiān)測的譜段

范圍及用途。

4.3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.1像元pixel

遙感圖像組成的基本單元，也就是采樣單位。

該定義引自《地理學(xué)名詞（第二版，定義版）》，科學(xué)出版社，1989。

4.3.2熱異?；瘘canomalyfirepoint

如果某像元的溫度與周圍像元的溫度有明顯的差異，則該像元稱為熱異?；瘘c。

該定義由編制組給出。

4.3.3秸稈焚燒火點anomalyfirepointbystrawburning

指由于農(nóng)作物秸稈焚燒導(dǎo)致的某像元的溫度與周圍像元的溫度有明顯差異的熱異?；?/p>

點。

該定義由編制組給出。

4.3.4遙感專題圖thematicmap

指遙感圖像通過判讀形成的不同專業(yè)的地圖。

該定義引自《地理學(xué)名詞（第二版，定義版）》，科學(xué)出版社，1989

4.3.5亮度溫度brightnesstemperature

簡稱亮溫。指一般地物與絕對黑體具有相等的輻射亮度時，以絕對黑體的溫度表示的

該地物的溫度。

該定義引自《大氣科學(xué)名詞（第三版，定義版）》，科學(xué)出版社，1996

4.3.6潛在火點potentialfirepoint

指可能為火點的像元。

該定義由編制組給出。

4.3.7背景窗口backgroundwindow

指以潛在火點為中心確定的N*N像元大小的窗口。N取值范圍為3-21。

該定義由編制組給出。

4.3.8背景像元backgroundpixel

指背景窗口中除潛在火點之外的其他像元。

該定義由編制組給出。

6

4.3.9背景火點像元backgroundfirepointpixel

指背景窗口中潛在火點之外的溫度較高的像元。

該定義由編制組給出。

4.3.10有效背景像元effectivebackgroundpixel

指背景窗口內(nèi)背景火點之外的無云陸地背景像元。

該定義由編制組給出。

4.4監(jiān)測原理

秸稈熱異常火點遙感監(jiān)測的原理基于維恩位移定律。常溫地物熱輻射能量的峰值位于長

波紅外波段，隨著溫度升高，熱輻射的峰值向波長較短的波段移動。因此，熱異?；瘘c的一

個顯著特征就是中紅外波段的輻射能量高于常溫地物。通過遙感觀測的輻射能量可以計算物

體的亮度溫度，基于上述特征可設(shè)置適當(dāng)?shù)牧炼葴囟乳撝祵崿F(xiàn)火點判別。維恩位移定律是描

述黑體電磁輻射能流密度的峰值波長與自身溫度之間反比關(guān)系的定律，其可以表示為:

b

λ=

MAXT

－３

式中：λMAX為輻射的峰值波長（m）；T為黑體的絕對溫度（K）；b＝２.８９７７６８５×１０ｍ·Ｋ，

稱為維恩位移常數(shù)。維恩位移定律說明了一個物體溫度越高，其輻射譜的波長越短。根據(jù)維

恩位移定律，物體輻射峰值波長隨溫度升高向短波方向移動。一般秸稈燃燒溫度為500-1000

Ｋ，按照維恩位移定律，其輻射能量應(yīng)主要集中在２.8–5.7μｍ，實際觀測的燃燒火焰輻射峰

值約分布在4μm附近的中紅外區(qū)域，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常溫物體（300K）在這一光譜區(qū)域的輻射，但

二者在11–12μm的熱紅外區(qū)域相差不大。秸稈火點遙感探測正是利用內(nèi)部含有火焰的高溫像

元與背景常溫像元在中紅外和熱紅外波段輻射能量的差異來識別地面火點。算法的核心內(nèi)容

是將目標(biāo)像元的溫度特性與周圍背景像元（backgroundpixels）的平均溫度特性準(zhǔn)確地統(tǒng)計出

來，并進(jìn)行多閾值判別，根據(jù)判別結(jié)果提取火點像元。

4.5監(jiān)測手段的選擇

根據(jù)火點的監(jiān)測原理，考慮到目前環(huán)境管理對火點監(jiān)測分辨率、時效性的需求以及當(dāng)前

衛(wèi)星遙感發(fā)展的現(xiàn)狀，本標(biāo)準(zhǔn)選擇極軌衛(wèi)星的星載光學(xué)及紅外傳感器來開展秸稈焚燒衛(wèi)星監(jiān)

測工作。衛(wèi)星傳感器要求具有0.65μm附近的可見光紅波段、0.8μm附近的近紅外波段、4μ

ｍ附近的中紅外波段、11μm、12μm附近的熱紅外波段，且數(shù)據(jù)性能可靠。

4.6監(jiān)測方法的確定

本標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測方法是在文獻(xiàn)調(diào)研、方法實驗與應(yīng)用實踐的基礎(chǔ)上確定的。開展國內(nèi)外研

究與應(yīng)用狀況調(diào)研，主要是為了保證秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)中采用方法的科學(xué)性、有效

性。開展方法實驗與應(yīng)用實踐，主要是為了保證標(biāo)準(zhǔn)方法結(jié)果的可靠性。

4.6.1國外常用的衛(wèi)星火點監(jiān)測算法

國際上最早被用于火點監(jiān)測的衛(wèi)星包括美國航空航天管理局（NationalAeronauticsand

SpaceAdministration,NASA）的地球同步業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星（GeostationaryOperational

EnvironmentalSatellite,GOES），以及美國海洋與大氣管理局（NationalOceanicand

AtmosphericAdministration,NOAA）的極軌衛(wèi)星。兩個衛(wèi)星系列設(shè)計的主要目的是提供環(huán)境

和氣象的業(yè)務(wù)化監(jiān)測，其搭載的中紅外通道（3.7~4μm）和熱紅外通道（10~11μm）可被用于

監(jiān)測火點。從上世紀(jì)80年代初至今，已積累了近30年連續(xù)的區(qū)域及全球火點分布數(shù)據(jù)，被

廣泛用于森林火災(zāi)的監(jiān)測與預(yù)警、生物質(zhì)燃燒排放估算以及生態(tài)及氣候影響評估。為了更好

地監(jiān)測全球火點，NASA充分借鑒NOAA衛(wèi)星的監(jiān)測經(jīng)驗，設(shè)計的中分辨率成像光譜儀

（Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer,MODIS）設(shè)有專門用于火點探測的中紅外通

道，具有更高的輻射分辨率且不易飽和，同時在可見-近紅外譜段具有更多通道以提高火點識

別的精度。MODIS分別于1999年和2002年搭載于Terra和Aqua兩顆極軌衛(wèi)星發(fā)射升空，

每日可對全球大部分地區(qū)進(jìn)行多次觀測，目前已成為全球火點監(jiān)測最主要的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源之一。

以下是分別基于GOESVAS、NOAAAVHRR和Terra/AquaMODIS等典型的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源

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的主要算法。

（1）基于GOESVAS的火點監(jiān)測算法

搭載于GOES衛(wèi)星上的多光譜成像儀VAS（VISSRAtmosphericSounder）具有5個通道，

其中的可見光通道（0.52~0.72μm）、中紅外通道（3.78~4.03μm）以及熱紅外通道（10.2~11.2μm）

可被用于探測火點。目前用于GOES火點監(jiān)測的ABBA算法（AutomatedBiomassBurning

Algorithm）是一種基于背景對比（contextual）的多光譜閾值算法[PrinsandMenzel,1996]，利

用統(tǒng)計方法從多波段的GOES圖像中動態(tài)的獲取局地閾值，從而自動提取火點像元。在識別

出火點像元之后，算法借助輔助數(shù)據(jù)修正水汽吸收削弱、地表反射率、太陽反射信號等因素

的影響。最后依據(jù)VAS中紅外、熱紅外的觀測數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)，通過數(shù)值方法求取像元內(nèi)部

的火點面積及其平均溫度。ABBA算法的火點產(chǎn)品主要包括：火點像元的位置、像元內(nèi)火點

的面積與平均溫度，火點及常溫背景像元在中紅外及熱紅外通道的亮度溫度等。

1994年升空的GOES-8及之后的GOES系列衛(wèi)星具有較高的空間分辨率（可見光達(dá)到

1km，中紅外及熱紅外通道達(dá)到4km）以及甚高的時間分辨率（北美地區(qū)15分鐘、其他地區(qū)

半小時覆蓋一次），對于獲取火點特征的日內(nèi)變化以及火災(zāi)的早期預(yù)警十分有益。

（2）基于NOAAAVHRR的火點監(jiān)測算法

搭載于NOAA系列極軌氣象衛(wèi)星的AVHRR傳感器（AdvancedVeryHighResolution

Radiometer）從1978年開始進(jìn)行連續(xù)觀測，具有從可見光到熱紅外譜段的6個通道，如表2

所示。AVHRR的中紅外3B通道的設(shè)計本來是用于反演海面溫度，其飽和亮度溫度較低，對

高溫火點的探測能力有一定限制。目前基于NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)的火點監(jiān)測算法主要可以分

為單通道閾值算法、多通道閾值算法以及背景對比算法[Lietal.,2000a]。

表2NOAA/AVHRR通道的譜段范圍及其典型用途

通道序號光譜范圍/μm空間分辨率典型用途

10.55~0.681.1km白天的云及地表觀測成圖

20.725~1.001.1km水陸邊界識別

3A1.58~1.641.1km冰雪識別

3B3.55~3.931.1km夜間云圖、海面溫度

410.30~11.301.1km夜間云圖、海面溫度

511.50~12.501.1km海面溫度

?單通道閾值算法

單通道閾值算法僅基于AVHRR的3B通道的亮度溫度閾值來識別火點，算法簡單直觀，

對于相對低溫環(huán)境或低太陽反射區(qū)域的火點具有較好的敏感性。但AVHRR的3B通道在設(shè)計

時并非由于火點觀測，其飽和亮度溫度為320~331K，因此火點識別的閾值無法設(shè)置很高。單

通道閾值方法容易受到高亮地表及云反射的太陽輻射影響，同時變化的太陽高度角以及不同

的地表類型導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的不確定性。因此，為提升單通道閾值算法精度，一方面應(yīng)根據(jù)不

同的區(qū)域及植被類型（更準(zhǔn)確地說，是不同的地表反照率）選擇適當(dāng)?shù)?B通道閾值，同時

要考慮不同太陽高度角的影響；二是應(yīng)在識別火點前將高亮地表和云等高反射地物去除，避

免火點誤判。

?多通道閾值算法

為減少單通道閾值算法的不確定性，多通道閾值算法引入了AVHRR可見光、近紅外及

熱紅外通道，用于去除虛假火點的干擾，提取真實火點。大多數(shù)多通道閾值算法包括以下三

個步驟：1）利用3B通道提取所有潛在火點（potentialfire）；2）利用第4等通道去除云的影

響；3）利用3B通道與第4通道亮度溫度的差異將火點從較熱的背景中分離出來。每一步對

應(yīng)的閾值都要針對不同的環(huán)境與火點條件進(jìn)行調(diào)整。除這三個基本步驟外，還需要進(jìn)一步對

地表反射信號和不同類型的云進(jìn)行處理，如利用第1、2通道數(shù)據(jù)進(jìn)一步去除云及高亮地表的

反射影響，以及利用第4、5通道的亮度溫度之差去除薄卷云的影響。多通道閾值算法被廣泛

用于區(qū)域甚至洲際尺度的火點監(jiān)測，其閾值設(shè)置必須根據(jù)不同的植被類型和環(huán)境條件而調(diào)整，

因此該類算法在全球的適用性有限。

在所有的判別條件中，3B通道與第4通道的亮度溫度差異（T3-T4）是去除虛假火點最

主要的依據(jù)，普遍認(rèn)為火點像元的T3-T4要顯著高于普通常溫像元，但實際上影響這一差異

的因素相當(dāng)復(fù)雜。從理論上看，有四種因素可以影響T3-T4的數(shù)值：1）兩通道的大氣效應(yīng)不

8

同；2）兩通道的地表發(fā)射率差異；3）3B通道內(nèi)的太陽反射貢獻(xiàn)；4）非均一的亞像元火點

形態(tài)。學(xué)者們對各類因素的影響進(jìn)行了細(xì)致的研究和比較，發(fā)現(xiàn)T3-T4在表征火點性質(zhì)時有

很大的不確定性，利用固定的T3-T4閾值難以準(zhǔn)確地提取真實火點。表3給出加拿大遙感中

心（CanadianCenterofRemoteSensing，CCRS）[Lietal.,2000b]和歐洲空間局（EuropeanSpace

Agency，ESA）[ArinoandMellinotte,1998]使用的多通道閾值算法，作為參考。表3中，所

有閾值均針對白天情況，亮度溫度的單位為K，R1、R2分別為第1、2通道的表觀反射率，

T3、T4分別為第3、4通道亮度溫度，T34、T45分別為第3、4通道和第4、5通道的亮度溫度

之差。

表3CCRS及EPA使用的NOAAAVHRR多通道閾值算法的關(guān)鍵閾值設(shè)置

閾值說明CCRSESA

適用區(qū)域區(qū)域/加拿大全球/區(qū)域

火點提取T3>315T3>320

濾除高溫地表T34>=14T34>15

濾除云像元T4>=260T4>245

濾除高反射地表R2<0.22R1<0.25

濾除太陽耀斑-|R1–R2|>0.1

其他判別條件T34>19或T45<4.1-

后處理去除非森林火點或孤立的火點人工目視檢查，NDVI年最大值>0

?背景對比算法

為進(jìn)一步發(fā)揮多通道閾值算法的優(yōu)勢，基于AVHRR多通道數(shù)據(jù)的背景對比算法

（contextualalgorithm）也迅速發(fā)展起來。與多通道閾值算法相比，背景對比算法在整個演技

區(qū)域內(nèi)不再使用一套固定閾值，而是使用可變的、針對每個待判火點都動態(tài)調(diào)整的閾值。該

算法包括三個主要步驟：

i）通過多通道閾值判別提取潛在火點—這一步與多通道閾值方法相似，但所用閾值

更為寬松，目的是避免漏判真實火點；

ii）針對逐個潛在火點，計算其鄰域內(nèi)常溫背景像元3B通道亮度溫度及3B與第4

通道亮度溫度之差的均值與標(biāo)準(zhǔn)差；該鄰域可設(shè)為以潛在火點為中心的N×N窗

口（N=3,4…21）。

iii）基于潛在火點像元周圍常溫背景的亮度溫度均值與標(biāo)準(zhǔn)差，生成對當(dāng)前潛在火點

具有針對性的判別閾值，完成火點識別。

表4列舉了三種在加拿大北方森林測試過的背景對比算法的關(guān)鍵閾值，分別是世界地圈

生物圈（InternationalGeosphere-BiosphereProgramme）使用的算法[MalingreauandJustice,

1997]、Giglio等學(xué)者提出的算法[Giglioetal.,1999]，以及為MODIS設(shè)計的算法[Kaufmanetal.,

1998]，可為本項目技術(shù)規(guī)范提供參考。

表4IGBP、Giglio、MODIS/AVHRR等三種背景對比算法的關(guān)鍵閾值設(shè)置

算法描述IGBPGiglioMODIS/AVHRR

適用區(qū)域全球全球全球

潛在火點提取T3>311且T34>8T3>310且T34>6T3>315且T34>5

背景窗口范圍3×3到15×155×5到21×213×3到21×21

有效鄰近像元數(shù)不少于max(0.25N2,3)不少于max(0.25N2,6)不少于max(0.25N2,3)

有效鄰近像元條件T3<311且T34<8T3<318且T34<12T3<320且T34<20

定義：

定義：定義：ξ3=Min{320,av(T3)+4*

ξ3=av(T3)+2*sd(T3)+3ξ3=av(T3)+ad(T3)-3Max[sd(T3),2]}

ξ=Max[8,ξ=av(T)+ξ=Min{20,md(T)

火點判別條件3434343434

av(T34)+2*sd(T34)]Max[2.5*ad(T34),4]+4*Max[sd(T34),2]}

判為火點條件：判為火點條件：判為火點條件：

T3>ξ3且T34>ξ3T3>ξ3且T34>ξ3T3>360或

（T3>ξ3且T34>ξ3）

9

R1+R2<1.2或T4>265或R1+R2<1.2或T4>265或R1+R2<1.2或T4>265或

濾除云像元（R1+R2<0.8且（R1+R2<0.8且（R1+R2<0.8且

T4>285）T4>285）T4>285）

濾除高反射地表R2<0.2R2<=0.25

R<0.3或R<0.3或

濾除太陽耀斑-12

反射太陽角大于40°

表4中，所有閾值均針對白天情況，亮度溫度的單位為K，R1、R2分別為第1、2通道

的表觀反射率，T3、T4分別為第3、4通道亮度溫度，T34分別為第3、4通道的亮度溫度之差，

av()為均值，ad()為平均絕對偏差，md()為中數(shù)，sd()為標(biāo)準(zhǔn)偏差。

（3）基于Terra/AquaMODIS的火點監(jiān)測算法

盡管NOAAAVHRR數(shù)據(jù)在全球覆蓋能力和長時間尺度觀測方面具有很高的應(yīng)用價值，

但其載荷的火點探測能力仍有欠缺：中紅外通道易于飽和、傳感器輻射響應(yīng)問題、大氣水汽

對信號的削弱等。作為新一代“圖譜合一”的中分辨率成像光譜儀，MODIS充分借鑒了AVHRR

的火點觀測經(jīng)驗，設(shè)置專門用于火點探測和描述火點熱輻射特征的兩個中紅外通道（波段范

圍相同，飽和亮度溫度分別為331K和近500K），不僅保證了觀測數(shù)據(jù)的輻射精度，也避免

了高溫火點導(dǎo)致通道飽和的問題。同時，MODIS還使用一個2.1μm的短波紅外通道加強對太

陽耀斑和水體邊緣虛假火點的去除。目前，用于MODIS的火點監(jiān)測算法主要是背景對比算

法，所需通道數(shù)據(jù)如表5所示，可大致分為以下幾個環(huán)節(jié)。

表5MODIS火點監(jiān)測算法所需通道的譜段范圍及主要用途

通道序號光譜范圍/μm算法標(biāo)識主要用途

10.62~0.67ρ0.65太陽耀斑、水體邊緣影響去除，云檢測

20.84~0.88ρ0.86高反射地表、太陽耀斑、水體邊緣影響去除，

云檢測

72.10~2.16ρ2.1太陽耀斑、水體邊緣影響去除

213.93~3.99T4（高響應(yīng)范圍）火點探測與火點特性反演

223.93~3.99T4（低響應(yīng)范圍）火點探測與火點特性反演

3110.75~11.25T11火點探測，云檢測

3211.75~12.25T12云檢測

?云及水體標(biāo)記

利用ρ0.65、ρ0.86及T12，通過設(shè)置合適的閾值對白天和夜間的有云像元進(jìn)行識別。然

后基于與MODIS數(shù)據(jù)匹配的水陸掩碼輔助數(shù)據(jù)（在MODIS發(fā)射前就已設(shè)定）將河流、湖泊

等水體像元標(biāo)記出來。通過這兩步處理，從MODIS圖像中篩選出適宜進(jìn)行火點監(jiān)測的無云

陸地像元。

?潛在火點識別

與NOAAAVHRR中的對應(yīng)環(huán)節(jié)相似，通過設(shè)置中紅外通道亮度溫度T4及中紅外與熱紅

外通道亮度溫度差異（T4-T11）的閾值，提取潛在火點，作為背景對比算法的判別目標(biāo)。與

AVHRR算法不同的是，MODIS算法要針對白天和夜間的情況分別給出適宜的閾值。

?絕對閾值判別

分別針對白天和夜間的情況在中紅外波段設(shè)置足夠高的絕對閾值T4_Abs，潛在火點若滿

足T4>T4_Abs，則被判為真實火點，無需再經(jīng)過后續(xù)的背景對比判別。然而，太陽耀斑有時也

會引起T4的異常高值，因此在絕對閾值判定的火點中去除太陽耀斑影響也十分必要。

?背景溫度描述

在以潛在火點為中心的N×N窗口內(nèi)選取有效鄰近像元，用于統(tǒng)計火點周圍常溫背景在

中紅外和熱紅外波段的熱輻射特性。有效鄰近像元被定義為觀測數(shù)據(jù)有效的無云陸地像元，

且為不具備顯著的火點特征常溫像元；同時，窗口中除待判潛在火點外的其他高溫火點被標(biāo)

記為背景火點。窗口內(nèi)有效鄰近像元數(shù)量應(yīng)超過窗口內(nèi)像元總數(shù)的1/4，且不少于8個，以使

常溫背景的熱輻射特性具有統(tǒng)計意義；否則窗口將逐步擴(kuò)大直至獲得足夠的有效鄰近像元。

在選出足夠的有效鄰近像元后，有效鄰近像元和背景火點像元的T4、T11以及（T4-T11）均值

及平均絕對偏差分別被統(tǒng)計出來，作為生成后續(xù)背景對比判別閾值的基礎(chǔ)。

10

?背景對比判別

基于上述常溫背景及背景火點的熱輻射統(tǒng)計指標(biāo)，形成一系列動態(tài)判別閾值，以考察待

判潛在火點的T4、T11以及（T4-T11）。對于夜間情形，若潛在火點滿足相應(yīng)的判別條件，則

被判為真實火點；對于白天情形，潛在火點在滿足相應(yīng)的判別條件后還要進(jìn)行進(jìn)一步的虛假

火點去除。而那些在背景溫度描述環(huán)節(jié)中沒有找到足夠有效鄰近像元的潛在火點，則被判為

未知類型，即當(dāng)前算法無法確定其是否為真實火點。

?虛假火點去除

太陽耀斑能夠?qū)е路腔瘘c像元的T4及（T4-T11）顯著升高，造成虛假火點；另外，處在

沙漠邊緣或水體邊緣等不同溫度地物的交界處，背景熱輻射特性的統(tǒng)計易受溫度劇烈變化的

影響而“失真”，導(dǎo)致火點的誤判或漏判。這三類不確定因素均是在白天情況下發(fā)生，因此對

通過白天情形下背景對比判別的火點，還需要進(jìn)一步經(jīng)過太陽耀斑、沙漠邊緣、水體邊緣影

響的判別，以去除可能虛假火點。最終，未被虛假火點判別條件濾除的白天火點被判為真實

火點。

?火點信度計算

識別出真實火點之后，背景對比算法還對每個火點的信度（confidence）進(jìn)行了計算。此

處使用了一套經(jīng)驗性的評判準(zhǔn)則，即：火點的T4及（T4-T11）越大，火點信度越高；火點與

周圍常溫背景在T4及（T4-T11）上的差別越大，火點信度越高；火點鄰近的云或水體像元越

少，火點信度越高。根據(jù)上述準(zhǔn)則設(shè)計了一系列信度計算函數(shù)，最終各函數(shù)值的幾何平均數(shù)

為火點的最終信度值。

4.6.2國內(nèi)常用的衛(wèi)星火點監(jiān)測算法

盡管在國內(nèi)也沒有專門針對秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，但國內(nèi)

有些研究應(yīng)用也在利用NASA的Terra、Aqua的MODIS傳感器，NOAA的AVHRR等傳感

器以及國內(nèi)的HJ-1紅外傳感器及FY-1D傳感器進(jìn)行火點監(jiān)測。

國內(nèi)學(xué)者利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行火點監(jiān)測始于上世紀(jì)八十年代，經(jīng)過近30年的發(fā)展已在森林

火災(zāi)、秸稈焚燒等生物質(zhì)燃燒的遙感監(jiān)測方面積累了豐富的技術(shù)方法與應(yīng)用經(jīng)驗，但目前尚

無利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行火點監(jiān)測的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范。國內(nèi)火點監(jiān)測應(yīng)用廣泛使用NOAA

AVHRR及Terra/AquaMODIS等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，相關(guān)算法與國際上的主流方法基本一致；同時，

我國的風(fēng)云（FY）系列極軌、地球同步衛(wèi)星，以及環(huán)境一號B星（HJ-1B）的觀測數(shù)據(jù)也已

成為國內(nèi)火點監(jiān)測的常用數(shù)據(jù)源，所用算法能夠為本技術(shù)規(guī)范的制定提供借鑒。

1．FY系列衛(wèi)星的火點監(jiān)測算法

（1）FY極軌衛(wèi)星的火點監(jiān)測

FY-1C/1D及FY-3A/3B衛(wèi)星為我國業(yè)務(wù)化極軌氣象衛(wèi)星，均搭載了多通道可見光紅外掃

描輻射計，F(xiàn)Y-3A/3B的可見光紅外掃描輻射計（VIRR）共有10個通道，其中前5個通道設(shè)

置與FY-1C/1D的可見光紅外掃描輻射計（MVISR）與NOAA/AVHRR相近，如表6所示，

可用于火點監(jiān)測。多通道可見光紅外掃描輻射計提取火點時采用背景對比算法和人工目視判

讀相結(jié)合的方法[Zhangetal.,2011]。首先基于第3、4通道的亮度溫度閾值提取潛在火點，并

統(tǒng)計常溫背景的溫度特性，實現(xiàn)火點的自動判別。然后利用第1、2通道的表觀反射率及第4、

5通道亮度溫度對云、高反射地表的影響進(jìn)行去除，減少虛假火點。在進(jìn)行上述自動判別的

同時，通過第1、2、3通道圖像的組合與拉伸，通過人機交互實現(xiàn)火點識別。其火點監(jiān)測算

法流程如圖1所示。

表6FY-1C/1DMVISR與FY-3A/3BVIRR火點監(jiān)測通道的性能指標(biāo)及用途

通道序號光譜范圍/μm空間分辨率動態(tài)范圍典型用途

10.58~0.681.1km0~90%去除高反射的云和地表

20.84~0.891.1km0~90%去除高反射的云和地表

33.55~3.951.1km190~340K火點探測

410.3~11.31.1km190~330K火點探測

511.5~12.51.1km190~330K去除薄云

11

圖1FY-1C/1D衛(wèi)星火點監(jiān)測算法流程

圖1FY極軌衛(wèi)星的火點監(jiān)測算法流程圖

（2）FY地球同步衛(wèi)星的火點監(jiān)測

FY-2C/2D衛(wèi)星是我國第二批業(yè)務(wù)運行的地球同步氣象衛(wèi)星，搭載有可見光紅外旋轉(zhuǎn)掃描

幅設(shè)計（VISSR），具有可見光、中紅外及熱紅外等5個通道（如表7）。由于VISSR的通道

設(shè)置與GOESVAS載荷較為接近，可以采用與GOES近似的算法進(jìn)行火點監(jiān)測。與極軌衛(wèi)星

相比，盡管FY-2C/2D衛(wèi)星的空間分辨率較低，但其在20°×20°的空間范圍內(nèi)每半小時即可提

供一次火情監(jiān)測結(jié)果，能更加準(zhǔn)確的反映森林火災(zāi)等生物質(zhì)燃燒的日變化特征，也能為火災(zāi)

早期識別、實時監(jiān)控提供及時的數(shù)據(jù)支持。

表7FY-2C/2DVISSR火點監(jiān)測通道的性能指標(biāo)及用途

通道序號光譜范圍/μm空間分辨率動態(tài)范圍典型用途

10.5~0.91.25km0~98%火燒跡地識別、去云

23.5~4.05km180~330K火點探測

36.3~7.65km180~280K水汽探測

410.3~11.35km180~330K火點探測、去云

511.5~12.55km180~330K火燒跡地識別、去云

2．環(huán)境一號B星（HJ-1B）火點監(jiān)測算法

環(huán)境一號衛(wèi)星星座于2008年10月發(fā)射升空，包括A、B兩顆光學(xué)衛(wèi)星，其中的B星

（HJ-1B）搭載一臺紅外相機（IRS），設(shè)有4個觀測通道。第1、2通道位于近紅外譜段，第

3通道位于中紅外譜段，第4通道位于熱紅外譜段，如表8所示。相比于AVHRR、MODIS

12

等載荷，紅外相機的優(yōu)勢在于其較高的空間分辨率：除第4通道數(shù)據(jù)的空間分辨率為300m

外，其余3個通道數(shù)據(jù)的空間分辨率都是150m。同時，紅外相機掃描幅寬為720km，可實

現(xiàn)對同一地區(qū)4天一次的觀測（白天）。

表8HJ-1B紅外相機通道參數(shù)

通道序號光譜范圍/μm空間分辨率動態(tài)范圍火點監(jiān)測中的用途

10.75~1.10150m9.32mW/(cm2·Sr)云及高反射地物去除

21.55~1.75150m0.89mW/(cm2·Sr)冰雪/云區(qū)分

33.50~3.90150m300~500k火點識別

410.5~12.5300m200~340k火點識別、云去除

與MODIS和AVHRR數(shù)據(jù)探測火點的原理類似，利用高溫火點在HJ-1B衛(wèi)星紅外相機

中紅外和熱紅外通道輻射能量的巨大差異，通過在這兩個通道設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝?，能夠?qū)⑸?/p>

林、草原火災(zāi)和秸稈焚燒等熱異常點從常溫背景像元中識別出來。同時，利用HJ-1B衛(wèi)星紅

外相機的近紅外通道和熱紅外通道觀測數(shù)據(jù)，輔助進(jìn)行云檢測和太陽耀斑影響去除，以減少

虛假火點的誤判幾率?；贖J-1B紅外相機的火點監(jiān)測算法可分為如下幾個主要環(huán)節(jié)[王橋

等，2011]。

（1）云檢測

云覆蓋較厚的時候無法進(jìn)行地面火點識別，而且有云像元容易被誤判為火點，因此需要

首先進(jìn)行云檢測。檢測出的有云像元將不參與火點判別或背景像元的溫度特性統(tǒng)計。

（2）火點識別

火點識別主要依靠HJ-1B紅外相機第3、4通道的表觀亮度溫度，分別記為T3和T4。參

考以往的經(jīng)驗閾值，將火點判別的閾值方案設(shè)為：

T3＞360K且T4＞320K且(T3-T4)＞20K（白天）

或者T3＞330K且T4＞315K且(T3-T4)T3＞10K（夜間）

若一無云陸地像元滿足上述閾值判別條件，則被判定為火點像元。為避免固定閾值可能

引起的探測誤差，上述閾值需要在參考常用經(jīng)驗閾值的基礎(chǔ)上，充分考慮目標(biāo)地物的輻射特

性和其他因素，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（3）去除耀斑干擾

在高反射體或特殊的觀測幾何條件下，太陽輻射的反射信號會大大增加第三通道的輻射

亮度，造成該像元第三和第四通道的亮度溫度差異顯著增大，容易誤判為火點。這種情況主

要發(fā)生在反射率較高的裸露地表、云表面以及水體（鏡面反射），這些像元稱為耀斑點?；?/p>

于可見、近紅外通道的反射率與觀測幾何條件能較好的識別耀斑點，從而減少火點的誤判。

通過綜合研究以上國內(nèi)外主要衛(wèi)星遙感火點監(jiān)測方法，得知：基于上下文火點監(jiān)測方法

考慮比較全面，適用范圍較廣，已逐步成為應(yīng)用最為廣泛的區(qū)域及全球火點監(jiān)測算法，是目

前國際上應(yīng)用廣泛的遙感數(shù)據(jù)源MODIS產(chǎn)品所采用的算法，基于極軌衛(wèi)星，在具有0.65μｍ

附近的可見光紅波段、0.8μm附近的近紅外波段、4μｍ附近的中紅外波段、11μｍ、12μｍ附

近的熱紅外波段，且數(shù)據(jù)性能可靠的傳感器情況下，能夠獲得較高的火點監(jiān)測結(jié)果。通過上

下文火點探測方法探測火點時，背景窗口受未探測到的云、水、火和其他源的影響很小。它

與單通道、多通道固定閾值方法相比的最大優(yōu)勢是能根據(jù)每個待判潛在火點的輻射能量和背

景情況，動態(tài)的調(diào)整判別閾值，大大減少了火點誤判的可能性，提高了算法的通用性，可操

作性，具有較強的適用性。所以本標(biāo)準(zhǔn)選取了上下文火點監(jiān)測方法作為秸地焚燒衛(wèi)星監(jiān)測方

法，方法中提供的參考閾值參考了MODIS傳感器算法。

13

此外，在上下文火點監(jiān)測方法基礎(chǔ)上，開發(fā)了軟件系統(tǒng)開展了三年多的全國火點監(jiān)測的

實驗工作，確定了以準(zhǔn)確度高的基于上下文對比的熱異?；瘘c提取方法為核心的衛(wèi)星遙感秸

稈焚燒火點監(jiān)測方法體系，具體包括：遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、云檢測及水體像元識別及剔除、熱

異?；瘘c提取、秸稈焚燒火點提取、秸稈焚燒火點信度估算幾個環(huán)節(jié)。

4.6.3遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下三個步驟：

a)讀取衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，從頭文件中提取各通道的輻射定標(biāo)系數(shù)、像元經(jīng)緯度等輔助數(shù)據(jù)；

對各通道的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正及幾何校正；

b)提取火點識別所需的可見光、近紅外波段的表觀反射率及中紅外、熱紅外波段的表觀

輻射亮度；

c)將中紅外、熱紅外波段的表觀輻射亮度轉(zhuǎn)換為表觀亮度溫度。

在常用的火點監(jiān)測算法中，常將火點的輻射亮度轉(zhuǎn)化為亮度溫度，然后根據(jù)亮度溫度閾

值進(jìn)行火點判定。亮度溫度是描述一般地物輻射能力的等效溫度參數(shù)，即在一定波段范圍內(nèi)，

一般地物與絕對黑體具有相等的輻射亮度時，以絕對黑體的溫度等效該地物的溫度，此溫度

稱為地物的亮度溫度，利用普朗克公式可把物體的輻射亮度轉(zhuǎn)換為亮度溫度。實際處理中首

先讀取衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，從頭文件中提取各通道的輻射定標(biāo)系數(shù)、像元經(jīng)緯度等輔助數(shù)據(jù)，然

后對各通道的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正及幾何校正。在此基礎(chǔ)上，提取火點識別所需的可見光、

近紅外波段的表觀反射率及中紅外、熱紅外波段的表觀輻射亮度，并基于普朗克定律將中紅

外、熱紅外波段的表觀輻射亮度轉(zhuǎn)換為表觀亮度溫度。計算公式如下:

hc1

T=(1)

kλ??2hc2

ln1?÷5+

è?λL

式中：

T—表觀亮度溫度（K）；

c—光速（m/s）；

λ—中心波長（μｍ）；

L—輻射亮度［Wm-2·sr·μm）］；

h＝6.626×10-34J·s，稱為普朗克常數(shù)；

k＝1.38×10-23J/K，稱為玻爾茲曼常數(shù)；

4.6.4云檢測及水體像元識別及剔除

火點識別針對的是無云的陸地像元，因此需要嚴(yán)格準(zhǔn)確剔除有云像元和水體像元。云的

探測方法參考了AVHRR-derivedGlobalFireProduct(LouisGiglio,2003)。這種方法完全可以用

來識別大片的、溫度低的云，但對于會忽略小片云及云的邊緣，好處是不可能把非云像元當(dāng)

作云。當(dāng)遙感數(shù)據(jù)具有紅波段、熱紅外波段時，如果像元滿足下述條件則被標(biāo)識為云。

白天云的判別條件為：

（ρρ+）＞Thú（T<Th）ú((ρρ+）＞ThùT＜Th)（2）

rn1123rn2124

夜晚云的判別條件為：

T＜Th（3)

123

根據(jù)水體像元在紅波段的表觀反射率較低和歸一化植被指數(shù)小于0的特征，通過紅波段的

表觀反射率和歸一化植被指數(shù)來標(biāo)識水體像元:

(ρ<Th)ù<(NDVI0)

r5（4）

上式中：

NDVI=（）ρn-+ρr/（ρρnr）（5)

ρ－像元在紅波段的表觀反射率；

r

ρn－像元在近紅外波段的表觀反射率；

14

T12－像元在熱紅外波段（12μｍ附近）的亮度溫度；

Th1－判別閾值，參考值可取0.9；

Th2－判別閾值，參考值可取0.7；

Th3－判別閾值,參考值可取265K；

Th4－判別閾值,參考值可取285K；

Th5－判別閾值,參考值可取0.15；

4.6.5熱異?；瘘c提取

熱異?；瘘c像元的識別方法主要基于上下文對比算法（或環(huán)境對比算法）。首先要對像元

進(jìn)行初步分類，以區(qū)分背景像元（明顯不是火點的像元）與潛在火點像元（可能為火點的像

元）。方法及相應(yīng)閾值的設(shè)定參照了Stroppiana,Pinnock,&Gregoire,2000、Giglioetal.,1999），

Kaufmanetal.,1998、LouisGiglioetal.,2003。

（1）潛在火點判別

潛在火點判別的目的是為了去除明顯不是火點的像元。首先要對遙感像元進(jìn)行初步分類，

以區(qū)分潛在火點像元與非火點像元，通過像元在熱紅外波段的亮溫、中紅外波段（4μｍ附近）

與熱紅外波段（11μm附近）的亮度溫度的差、紅波段的表觀反射率的閾值來確定（Giglioetal.,

2003）。

對于無云陸地像元，像元在白天情況下如果滿足條件（6）,則被判定為潛在火點。

T>Th)ù(T>Thù<ρTh

(44DTDDTT)(rr)(6)

對于無云陸地像元，像元在夜晚情況下如果滿足下述條件：

(T44>ThNT)ù>()TDTThDT(7)

則像元被判為潛在火點；其他像元則被判為非火點。

上式中：

ρ－像元在紅波段的表觀反射率；

r

T4－像元在中紅外波段（4μｍ附近）的亮度溫度；

DT－像元在中紅外波段（4μｍ附近）與熱紅外波段（11μｍ附近）的亮度溫度的差；

Thr－判別閾值，參考值可取0.3；

ThDT4－判別閾值，參考值可取310K；

Th

NT4－判別閾值，參考值可取305K；

潛在火點像元如果滿足下述絕對閾值測試，可以判定為暫定火點（白天）和真實火點（夜

晚）。

（2）潛在火點絕對閾值測試

絕對閾值的設(shè)值足夠高，目的是確定那些可能性極大的火點像元，若潛在火點在白天情

況下,滿足：

T>Th

44DAT（8）

即可判定為暫定火點。因為在白即使第4段段亮溫值設(shè)的很高，也有可能是由于太陽耀斑

影響的假火點，所以設(shè)定為暫定火點，經(jīng)過下面虛假火點去除后，才能確定為真實火點。

在夜晚情況下,滿足：

T>Th（9）

44NAT

即可標(biāo)識為真實火點。

其他不滿足條件的潛在火點需進(jìn)入背景閾值測試過程，進(jìn)一步加以判別。

上式中：

T4－像元在中紅外波段（4μｍ附近）的亮度溫度；

ThDAT4－判別閾值，參考值可取360K；

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ThNAT4－判別閾值，參考值可取320K；

（3）潛在火點背景閾值測試

潛在火點背景閾值測試是在經(jīng)過絕對測試后，進(jìn)一步判斷剩余潛在火點是否能成為暫定

火點（白天）和真實火點（夜晚）。具體做法是以潛在火點為中心，建立大小為Ｎ×Ｎ的背

景窗口，對窗口中的背景像元進(jìn)行分類并統(tǒng)計其溫度特性。背景像元包括背景火點像元和有

效背景像元兩種類型，來進(jìn)一步確定暫定火點像元（白天）和真實火點像元（夜晚）。

其中，背景火點像元在白天和夜晚分別滿足以下條件：

白天：(T>Th)ù()D>TTh

44dbdbTD（10）

夜晚：(T>Th)ù()D>TTh

44nbnbTD（11）

上式中：

T4－像元在中紅外波段（4μｍ附近）的亮度溫度；

DT－像元在中紅外波段（4μｍ附近）與熱紅外波段（11μｍ附近）的亮度溫度的差；

Th

db4－判別閾值，參考值可取325K；

Th

dbTD－判別閾值，參考值可取20K；

Th

nb4－判別閾值，參考值可取310K；

Th

nbTD－判別閾值，參考值可取10K；

背景窗口內(nèi)背景火點之外的無云有效觀測的其他陸地背景像元為有效背景像元。如果有

效背景像元數(shù)量滿足窗口內(nèi)總像元數(shù)的25%，且多于8個，則統(tǒng)計窗口的背景像元溫度特

性：窗口起始大小為3×3，若有效背景像元不夠，則增大窗口（變?yōu)?×5、7×7……21×21）

并繼續(xù)進(jìn)行上述分類和統(tǒng)計，直到窗口中有足夠的有效背景像元。如果當(dāng)