专利名称：基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法
技术领域：
本发明涉及大气遥感技术领域，尤其涉及一种基于观测卫星遥感数据的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法。
背景技术：
卫星遥感气溶胶的研究始于上世纪七十年代中期。法国自1996年起推动了偏振多角度(POLDER)相机探测气溶胶的研究，于1999年和2002年发射的美国Terra和Aqua 携带的中分辨率成像光谱仪(M0DIQ对全球发布了 10千米气溶胶的全球分布产品。卫星遥感气溶胶反演算法上也已经形成了体系，卫星遥感陆地气溶胶方法主要有暗目标法、结构函数法、多角度偏振法等。我国用于气溶胶监测的载荷主要是风云FY系列，风云二号FY2具有了沙尘探测能力；风云三号FY3载有可见光红外扫描辐射计、中分辨率成像光谱仪等传感器，可进行气溶胶探测。我国的环境与灾害监测预报小卫星星座环境一号卫星(HJ-1A/B)，具有较高空间、 时间分辨率和宽覆盖特点，将为我国环境空气质量遥感监测提供新的遥感平台。基于卫星遥感估算近地面颗粒污染物浓度和监测区域污染，主要的思路都是直接或间接地借助其他参数建立气溶胶光学厚度(Α0Τ或A0D)与近地面颗粒物浓度间的相关模型。大致可分为三类DAOT与近地面颗粒物浓度的直接相关模型。有学者将地基观测的AOT与近地面的PMltl(通常把空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘)和PM2.5(PM2. 5是指大气中直径小于或等于2. 5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物)浓度进行了相关分析(Chu等，2003 ； Slater等，2004)，也有直接将卫星遥感的AOT与近地面颗粒物浓度进行相关比对。(Wang 和 Christopher，2003 ；Koelemeijer 等，2006 ；Engle-Cox 等，2004)。2)考虑气溶胶垂直分布和相对湿度影响的相关模型。Koelemeijer等Q006)利用大气边界层高度和相对湿度数据对MODIS AOT进行了垂直订正和湿度订正，估算了欧洲地区的近地面颗粒物；Wang等Q010)在利用激光雷达探测的大气边界层高度和实测的相对湿度对地基反演的AOT进行垂直订正和湿度订正；Liu 等(2004)率先使用大气化学传输模式模拟每个格网处整层AOT与近地面颗粒物浓度的相关关系。3)考虑多种环境气象因素的相关模型。Gupta(2006)初步分析了 AOT与近地面颗粒物浓度相关关系对云覆盖度、风速及混合层高度、相对湿度等气象因素的敏感性；Pelletier等Q007)综合考虑了风速、压力、相对湿度、大气可降水量等，建立了近地面颗粒物浓度和AOT的经验相关模型；Liu等 (2005a)使用了一个PM2.5浓度的通用线性回归模型，引入若干地理、环境因素作为辅助因子。沙尘天气是指强风从地面卷起大量尘沙，使空气混浊，水平能见度明显下降的一种天气现象，是由特殊的地理环境和气象条件所致的一种自然现象。目前沙尘的遥感监测主要利用静止气象卫星和GMS/VISSR、极轨气象卫星NOAA/AVHRR (A VHRR是NOAA系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪)、FY21C/MVISR以及Terra、Aqua/MODIS 数据。MVISR和AVHRR数据，空间分辨率是1. 1km，高于静止气象卫星(1. 25 4km)，扫描宽度2300 ^OOkm,如时机恰当则可较好的用于提取沙尘信息。利用卫星遥感进行沙尘监测，国内外已有多人进行了研究(范一大等，2003; Goudie et al，1992 ；厉青等，2006)，主要采用多波段组合的方法实现沙尘的监测。一般秸秆燃烧温度介于500K-1000K之间，因此其辐射能量应主要集中在2. 8微米-5. 7微米之间。高温燃烧火的辐射主要集中在两个离散的区域，强带在4-5微米之间， 弱带在2-3微米之间(Justice et al.，2006)，而其他谱段的辐射则相对小的多。由此可见，高温燃烧属于选择性辐射体。生物燃烧时，在中红外波段的辐射值要远远高于其周围背景像元，其辐亮度特征非常明显。利用遥感技术进行大范围的秸秆焚烧火点位置和焚烧烟尘监测，国内已有多人进行了研究(何立明等，2007 ；邹春辉等，2005 ；方萌等，2006)。基于NOAA/AVHRR和Terra/ MODIS等传感器数据的“上下文火点探测算法”(Giglio et al. ,2003 ；Flasse et al,1996) 在火点监测方面应用最为广泛。目前，主要用于火点监测的传感器为MODIS(GigliC) et al.，2003)，AVHRR(Flasse et al.，1996)等，HJ-IB星的红外相机也具有火点探测的能力。在现有的卫星遥感控制质量监测方法中，，对颗粒物、秸秆焚烧、沙尘等空气质量指标分别进行监测，监测效率低。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种基于环境一号A星和B星环境空气质量综合监测方法，可利用卫星遥感技术，在满足快速、大范围、面状监测的同时，得到面向环境保护领域的空气质量空间分布结果，与地面监测台站实现了有力的互补。(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，该方法包括步骤Si.根据环境一号A星和/或B星的遥感数据，利用遥感模型，反演环境空气质量监测遥感参数；S2.根据基础地理信息数据，分析所述遥感参数，获得环境空气质量监测结果。其中，所述遥感模型包括暗目标算法、上下文火点探测、以及多波段阈值算法。其中，步骤Sl进一步包括Si. 1根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用暗目标算法，反演气溶胶光
学厚度；Si. 2根据环境一号A星和/或B星红外相机数据，利用上下文火点探测算法，反演 Si. 3根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用多波段阈值算法，反演沙尘分布及等级。
其中，步骤S2进一步包括S2. 1利用颗粒物反演算法，根据基础地理信息数据以及所述气溶胶光学厚度，获得颗粒物污染监测及分析结果；S2. 2利用秸秆焚烧反演算法，根据基础地理信息数据以及所述热异常点，获得秸秆焚烧监测与分析结果；S2. 3根据基础地理信息数据以及所述沙尘分布及等级，获得沙尘遥监测与分析结果ο其中，步骤S2. 1之前还包括步骤对所述气溶胶光学厚度进行垂直订正以及湿度订正。其中，所述基础地理信息数据为按照不同级别的行政区划的矢量数据以及设定比例尺的地表分类数据。其中，其特征在于，所述设定比例尺为1 100万。(三)有益效果本发明的方法基于卫星遥感技术，基于HJ-1A/B星的CXD相机和红外相机数据，在满足快速、大范围、面状监测的同时，得到了面向环境保护领域的空气质量空间分布结果。
图1为依照本发明一种实施方式的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法流程图。
具体实施例方式本发明提出的基于环境一号卫星(HJ-1A/B)的环境空气质量综合监测方法，结合附图及实施例详细说明如下。如图1所示，依照本发明一种实施方式的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法包括步骤Si.根据HJ-IA和/或B星的遥感原始数据，利用包含暗目标算法、上下文火点探测算法以及多波段阈值法的算法的遥感模型，进行遥感反演计算，得到气溶胶、沙尘、热异常等环境空气质量监测遥感参数的反演结果；S2.根据基础地理信息数据，分析上面得到的各个遥感参数，获得面向颗粒物、沙尘、以及秸秆焚烧等方面的环境空气质量监测结果。其中，步骤Sl进一步包括Si. 1根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用暗目标算法，反演气溶胶光
学厚度；Si. 2根据环境一号A星和/或B星红外相机数据，利用上下文火点探测算法，反演
乂 I ι Tj ；^^，Si. 3根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用多波段阈值算法，反演沙尘分布及等级。步骤S2进一步包括S2. 1利用颗粒物反演算法，根据基础地理信息数据以及经过垂直订正以及湿度订
5正的气溶胶光学厚度，获得颗粒物污染监测及分析结果；S2. 2利用秸秆焚烧反演算法，根据基础地理信息数据以及所述热异常点，获得秸秆焚烧监测与分析结果；S2. 3根据基础地理信息数据以及所述沙尘分布及等级，获得沙尘遥监测与分析结
本实施方式提到的基础地理信息数据包括省、市、县三级行政区划的矢量数据，以及1 100万的地表分类数据等。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，该方法包括步骤51.根据环境一号A星和/或B星的遥感数据，利用遥感模型，反演环境空气质量监测遥感参数；52.根据基础地理信息数据，分析所述遥感参数，获得环境空气质量监测结果。
2.如权利要求1所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，所述遥感模型包括暗目标算法、上下文火点探测、以及多波段阈值算法。
3.如权利要求2所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，步骤Sl进一步包括Si. 1根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用暗目标算法，反演气溶胶光学厚度；Si. 2根据环境一号A星和/或B星红外相机数据，利用上下文火点探测算法，反演热异常点；51.3根据环境一号A星和/或B星CXD相机数据，利用多波段阈值算法，反演沙尘分布及等级。
4.如权利要求3所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，步骤S2进一步包括52.1利用颗粒物反演算法，根据基础地理信息数据以及所述气溶胶光学厚度，获得颗粒物污染监测及分析结果；S2. 2利用秸秆焚烧反演算法，根据基础地理信息数据以及所述热异常点，获得秸秆焚烧监测与分析结果；S2. 3根据基础地理信息数据以及所述沙尘分布及等级，获得沙尘遥监测与分析结果。
5.如权利要求4所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，步骤S2. 1之前还包括步骤对所述气溶胶光学厚度进行垂直订正以及湿度订正。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，所述基础地理信息数据为按照不同级别的行政区划的矢量数据以及设定比例尺的地表分类数据。
7.如权利要求6所述的基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，其特征在于，所述设定比例尺为1 100万。
全文摘要
本发明公开了一种基于环境一号卫星的环境空气质量综合监测方法，该方法包括步骤S1.根据环境一号A星和/或B星的遥感数据，利用遥感模型，反演环境空气质量监测遥感参数；S2.根据基础地理信息数据，分析所述遥感参数，获得环境空气质量监测结果。本发明的方法利用卫星遥感技术，在满足快速、大范围、面状监测的同时，得到了面向环境保护领域的空气质量空间分布结果，与地面监测台站实现了有力的互补。
文档编号G01W1/02GK102176073SQ20111002581
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者厉青, 周春艳, 张丽娟, 杨幸, 段文举, 毛慧琴, 王中挺, 王子峰, 王桥, 陈辉, 黄陆雄 申请人:环境保护部卫星环境应用中心