發(fā)布時(shí)間：2020-12-19所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：利用歸一化差分積雪指數(shù)得到了污染物濃度的線性模型，并利用此模型建立了研究區(qū)的積雪污染物濃度空間分布專題地圖，得到了污染物濃度的空間分布特征，以此推測(cè)不同區(qū)域的污染物來(lái)源和成分。 關(guān)鍵詞：污雪 NDSI 遙感技術(shù) 一、引言 近年來(lái)冰雪遙感監(jiān)測(cè)技
摘要：利用歸一化差分積雪指數(shù)得到了污染物濃度的線性模型，并利用此模型建立了研究區(qū)的積雪污染物濃度空間分布專題地圖，得到了污染物濃度的空間分布特征，以此推測(cè)不同區(qū)域的污染物來(lái)源和成分。
關(guān)鍵詞：污雪 NDSI 遙感技術(shù)
一、引言
近年來(lái)冰雪遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究系統(tǒng)產(chǎn)生了較多的改進(jìn)，在原有的分類基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了越來(lái)越多的分支技術(shù)。測(cè)深、測(cè)高等技術(shù)使冰雪的遙感監(jiān)測(cè)從單純的平面畫(huà)面升級(jí)為3D立體的模型建設(shè)。除此之外針對(duì)冰雪內(nèi)在屬性的重力，反照率，吸光物質(zhì)分布監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法從無(wú)到有，并取得了較大進(jìn)展。各種規(guī)格樣的數(shù)據(jù)和工具產(chǎn)品快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于科技發(fā)展和生產(chǎn)生活。
黑龍江省擁有豐富的冰雪資源，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林防護(hù)，旅游運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域。冰雪資源的重要性不言而喻，大量積雪長(zhǎng)期存在就難以避免的存在大量污染物，而且積雪融化的長(zhǎng)時(shí)間性，融水的不可控性，使得污染物更加難以處理。另外，冰雪的組成物質(zhì)主要是固態(tài)水，液態(tài)水及部分空氣，在遙感波段的反射性較高，其中由于冬季燃煤取暖，積雪中的炭灰，塵土，有機(jī)化合物之類的污染物較多，這些污染物反射率低于積雪表面時(shí)，就會(huì)吸熱，造成冰雪融化速度加快，縮短積雪在地表存留時(shí)間。有研究表明，黑碳引起冰雪表面反照率變化導(dǎo)致的地表增溫效果約占工業(yè)革命以來(lái)全球變暖的四分之一[1]，因此，基于遙感技術(shù)的冰雪污染物分布鑒定，從而進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)的研究格外重要。針對(duì)冰雪中的部分吸光性污染物進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用線性光譜混合模型將污雪的光譜特性可見(jiàn)化，將對(duì)污雪的針對(duì)性處理有益。
二、數(shù)據(jù)和方法
1.數(shù)據(jù)
(1)試驗(yàn)區(qū)選取
試驗(yàn)區(qū)選擇了黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)(圖2.1)，南崗區(qū)是哈爾濱市中心城區(qū)，處東經(jīng)126°45′~126°43′，北緯45°30′~45°40′，東與道外區(qū)毗連，南鄰香坊區(qū)，北以哈長(zhǎng)、濱北鐵路線與道里、道外兩區(qū)分界，西南部隔運(yùn)糧河與雙城市相望，總面積182.8平方公里，其中城區(qū)面積60平方千米。南崗區(qū)的區(qū)域分布有利于本研究的進(jìn)行，城市居民地面積和農(nóng)業(yè)用地面積都較大且邊界較簡(jiǎn)單清晰，便于直接觀察吸光性污染物的空間分布特征。南崗區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.5℃，1月氣溫最低，月平均零下19.4℃，7月氣溫最高，月平均22.8℃，無(wú)霜期139天，結(jié)冰期190天左右。冬季漫長(zhǎng)，寒冷干燥，多刮西北風(fēng)，冰雪存積時(shí)間較長(zhǎng)有利于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，也使得本次實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[2]。
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(2)數(shù)據(jù)來(lái)源
本文用到的所有原始遙感數(shù)據(jù)均來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云。研究選取反射性相對(duì)于冰雪區(qū)別較大且肉眼可以觀察的物質(zhì)作為主要研究的積雪污染來(lái)源，可以更加方便直觀的判斷具有代表性的污染物反射特性。除此之外，城市內(nèi)部的道路冰雪，都通過(guò)添加融雪劑等的方式人工融雪，但是對(duì)于冰雪來(lái)說(shuō)，融雪劑本身就是一種污染物。融雪劑主要成分為氯化鹽類，會(huì)將積雪的物理性質(zhì)轉(zhuǎn)換為偏黃色的半融化狀態(tài)[2]。因此，由于融雪劑引起的冰雪的反射率和光譜屬性改變，也將其算作吸光性污染物的范疇。
2.研究方法
(1)原理
采用歸一化差異雪指數(shù)將不同區(qū)域污染物對(duì)積雪反射率的影響可視化為折線圖并生成了分類后專題地圖，各不同區(qū)域污染物的污染程度通過(guò)對(duì)計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督分類獲得。歸一化差分積雪指數(shù)計(jì)算公式由原始Landsat 8 合成后的單日遙感影像的第四波段和第六波段計(jì)算：
NDSI=(BAND4-BAND6)/(BAND4+BAND6)
(2)研究方法
結(jié)合目視解譯和監(jiān)督分類，根據(jù)歸一化差異雪指數(shù)NDSI將原始影像分類成3個(gè)類別，根據(jù)類別的分布和實(shí)地考察的結(jié)果分析3個(gè)地區(qū)的污雪污染物的屬性濃度，以此討論各地區(qū)歸一化差異雪指數(shù)的特征和污染物屬性濃度的關(guān)系，總結(jié)討論該種污染物污雪的光譜屬性，并根據(jù)不同地物的光譜特征對(duì)影像進(jìn)行不同波段的疊加計(jì)算應(yīng)用到不同種類污染物，達(dá)到多種污染物監(jiān)測(cè)的目的。
3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程
(1)遙感影像下載以及初步處理
在地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)上篩選了Landsat 8 OLI-TIRS的2015年和2017年12月份哈爾濱市南崗區(qū)及其周邊部分地區(qū)的遙感影像，根據(jù)經(jīng)緯度范圍利用ENVI5.2裁剪出以南崗區(qū)為中心的矩形區(qū)域，如圖3.1所示
(2)通過(guò)歸一化差異雪指數(shù)及目視解譯對(duì)積雪受污染情況進(jìn)行分類
通過(guò)計(jì)算結(jié)果曲線圖以及對(duì)影像的目視判別得出積雪閾值為5%，即NDSI>0.15時(shí)認(rèn)為地物有積雪覆蓋,同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)的分布情況將所得到的積雪
按照NDSI值分為3類并在ARCGIS10.3中輸出得到歸一化差異雪指數(shù)計(jì)算結(jié)果分類對(duì)比
4.總結(jié)和討論
可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)NDSI<0.15時(shí)，此處為沒(méi)有積雪覆蓋的地物主要分布在城市主干路沿線，此處積雪大部分被人工清除或被車輛輪胎摩擦產(chǎn)生的熱量融化;當(dāng)NDSI=0.15-0.2范圍內(nèi)時(shí)判定為污染程度較高的積雪，這些積雪主要分布在城市建筑物的屋頂以及主要道路的兩側(cè)，屋頂污染物來(lái)源主要是煤灰，尾氣等空中氣溶膠膠粒，道路兩側(cè)污染物為人工清雪后的堆積積雪和融雪劑殘留;當(dāng)NDSI=0.2-0.3范圍內(nèi)判定為污染程度適中的積雪，這些積雪主要分布在城市的外沿以及城鄉(xiāng)結(jié)合部中，它們的厚度適中而且較為潔凈，人類活動(dòng)相對(duì)于城市中心較少，沒(méi)有大型集中供暖的設(shè)施和車輛;當(dāng)NDSI>0.3時(shí)判定為污染程度較輕的積雪，這些積雪主要分布于城市外的大規(guī)模農(nóng)田中，研究區(qū)冬季無(wú)農(nóng)業(yè)作業(yè)，積雪的厚度較大且受到人類活動(dòng)影響最小，雪質(zhì)最好。——論文作者：黃鑫鳳 1 王曉迪 1 鞏翼龍 **2 趙子鵬 1
