污染地塊遙感特征參數識別技術規程（征求意見稿）本文件規定了基于遙感影像的污染地塊地物類型特征、地物遙感指數特征、地塊環境管理特征參數識別的方法原理和技術流程。本文件適用于利用高分辨率遙感數據開展污染地塊環境監測、風險評估預警，服務污染地塊土壤環境監管。疑似污染地塊、土壤污染重點監管單位等地塊特征參數提取可參照本文件執行。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T30115衛星遙感影像植被指數產品規范CH/T2009全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范DD2013-12多光譜遙感數據處理技術規程HJ682建設用地土壤污染風險管控和修復術語3術語和定義下列術語和定義僅適用于本文件。3.1衛星遙感影像satelliteremotesensingimage利用衛星搭載傳感器獲取的地球表面圖像數據。3.2無人機遙感影像unmannedaerialvehicleremotesensingimages利用無人機搭載傳感器收集目標物的圖像數據。3.3多光譜影像multi-spectral是對地物輻射中多個單波段的獲取，得到的影像數據中會有多個波段的光譜信息，通常指3到10個波段，對各個不同的波段分別賦予RGB顏色得到彩色影像。23.4全色影像panchromaticimage是遙感器獲取整個可見光波段范圍（為避免大氣散射影響常棄用藍光波段）的黑白影像稱為全色影像。3.5遙感特征參數remotesensingfeatureparameter污染地塊內利用遙感影像計算可用于表征地表特性的參數信息。3.6地塊混亂度contaminatedsitepreplexity指污染地塊內部生產管理空間布局是否混亂、生產布局動態是否穩定的遙感參數，地塊混亂度值越大表明地塊日常生產管理越差，生產狀態越不穩定。3.7污染物下滲遙感風險指數riskofpollutantinfiltration指基于遙感反演的地塊風險管控實施情況的指數，污染物下滲風險指數越低說明風險管控措施落實不到位，存在污染物遷移下滲的風險。4總則4.1工作原則4.1.1科學性原則綜合考慮污染地塊地物特點，遙感影像質量，結合當前科技發展和專業技術水平，采用程序化系統化方式構建污染地塊特征提取技術，保證污染地塊特征參數提取技術的科學性。4.1.2規范性原則采用統一、標準化的特征提取方法，確保污染地塊遙感特征參數識別提取工作的規范性。4.1.3可操作性原則特征參數的選擇應充分考慮污染地塊的特點，針對不同的污染地塊，應根據各自管理等方面的實際需求，對參考性特征參數進行增減。4.2目的任務結合前期地塊調查和風險評估結果，利用衛星遙感技術，開展污染地塊紋理光譜特征、地物指數特征、地塊管理特征、地物類型特征等參數遙感提取，為污染地塊環境監測、風險3評估預警等土壤生態環境管理工作提供支撐。4.3工作流程污染地塊特征參數提取工作程序包括數據收集、遙感影像預處理、污染地塊遙感特征參數識別、精度評價，詳見圖1。污染地塊特征參數遙感識別提取污染地塊特征參數遙感識別提取數據收集高分辨率遙感影像遙感影像預處理影像鑲嵌污染地塊遙感特征參數識別地物類型特征提取地塊環境管理特征污染地塊矢量邊界地物遙感指數特征輻射定標影像裁剪5數據收集5.1污染地塊矢量邊界污染地塊矢量數據一般由調查單位按照CH/T2009-2010,利用RTK等專業測繪儀器經實地高精度測量獲得。污染地塊矢量數據需滿足規范性、準確性及精度要求如下：1)文件格式：面矢量格式(polygon)。2)坐標系：2000國家大地坐標系(CGCS2000)。43）地圖投影與分帶：高斯-克呂格投影，標準3度分帶。4）坐標單位為米，保留小數點后2位。5）與地塊相關報告中地塊宗地圖/勘測定界圖一致。6）與衛星遙感影像底圖地物相套合。疑似污染地塊、土壤污染重點監管單位等其他地塊矢量邊界采集方式可基于現場GPS定位和高分辨率遙感影像底圖進行矢量勾繪，準確性及精度要求與高分衛星遙感影像上的地物邊界和位置的套合精度應控制在5m以內。5.2高分辨率遙感影像根據污染地塊矢量文件，選取研究時間范圍內的遙感影像，以衛星遙感影像為主，無人機遙感影像為輔，數據質量要求應符合以下要求：1）多光譜影像要求分辨率優于2m、全面覆蓋地塊、質量良好且地塊內部無云覆蓋；2）多光譜影像應具備纓帽變換系數，宜使用高分一號；3）波段要求應具有熱紅外波段、中紅外、近紅外、紅光、綠光、藍光和全色等波段，表1給出衛星遙感影像數據源及遙感儀器通道參數供參考：表1污染地塊地物特征參數識別的常用衛星遙感影像數據源及遙感儀器通道參數12341234123456*對于面積較小地塊，Landset8分辨率不滿足的情況下，可采用6遙感影像預處理光學遙感影像數據應按照GB/T15968-2008等相關規范性文件，需經過輻射定標、大氣校正、幾何校正、影像融合、鑲嵌與裁剪處理。6.1輻射定標應按GB/T30115中7.3的規定執行56.2大氣校正應按GB/T30115中7.6的規定執行6.3幾何校正應按GB/T37151的規定執行。采用基礎底圖影像為校正基礎，選取待校正影像進行正射校正。要求平原地區影像正射校正后的配準精度在1個像元以內，丘陵地區在2個像元以內，部分山區在4個像元以內。6.4影像融合應按DD2013-12中6.4的規定執行。對正射校正后滿足精度要求的全色與多光譜影像進行融合，要求融合后影像：1）能清晰地表現紋理信息，能突出主要地類（如重點生產區域、重點管控修復區域等）。2）影像色調均勻、反差適中、無重影模糊等現象，光譜特征還原真實、準確，監測區域無明顯光譜異常。6.5鑲嵌與裁剪當地塊橫跨兩幅或多幅圖像時，通常需要將兩幅或多幅圖像拼接起來形成一幅圖像。在進行圖像的鑲嵌時，需要確定一幅參考圖像，參考圖像將作為輸出鑲嵌圖像的基準，決定鑲嵌圖像的對比度匹配，以及輸出圖像的像元大小和數據類型等。鑲嵌的兩幅或多幅圖像選擇相同或相近的成像時間，使得圖像的色調保持一致。但接邊色調相差太大時，宜利用直方圖均衡、色彩平滑等使得接邊盡量一致，但用于變化信息提取時，相鄰圖像的色調不允許平滑，避免信息變異。影像裁剪的目的是將地塊之外的區域去除，常用的是按照污染地塊邊界進行影像的裁剪。6.6格式img或GeoTIFF格式。7污染地塊遙感特征參數識別7.1污染地塊地物類型特征7.1.1地物類型分類體系按照地塊地物拆除前、風險管控與修復階段，將污染地塊內地物按照重點生產區域（生產車間、儲罐、產品及原輔材料儲存區、廢氣治理及排放區、生產廢水治理區、固體廢物貯存或處置場），重點管控修復區域（阻隔設施、基坑、臨時工棚、廢水治理區），以及其他區域（辦公房屋、道路、水體、林地、草地、裸地、一般硬化地）進行分類，分類體系及示6例詳見表2。除前生產車間材料儲存區排放區生產廢水治理區7固體廢物貯復區域阻隔設施修復廢水治理區臨時工棚8其他區域例如辦公房屋、道路、辦公房屋7.1.2地物類型圖斑提取基于高分辨率遙感影像(宜使用高分二號等分辨率為亞米級遙感影像),采用人工目視解譯、監督分類或人工智能等分類方法，按照上述分類體系，對污染地塊內地物圖斑進行提取。7.1.3地物圖斑屬性賦值對提取的人類活動變化圖斑進行屬性賦值。各屬性字段名稱、類型和長度要求見表3。序號屬性字段名稱屬性字段類型屬性長度說明1與“全國建設用地土壤環境管理信息系統”中地塊編碼一致。25產品及原輔材料儲存區4廢氣治理及排放區5廢水治理區6固體廢3面積保留2位小數在2000國家大地坐標系(CGCS2000),高斯-克呂格投影，標準3度4備注7.2污染地塊地物遙感指數特征本規程宜計算地塊裸土指數(污染地塊裸露土壤極易引起污染的擴散，對周邊造成二次污染，裸土面積越大，污染擴散的可能越大)、地表溫度參數預警污染土壤擴散的風險。利用遙感圖像處理軟件，根據地物指數計算公式選擇相應波段進行計算，原理如下：97.2.1地塊裸土指數地塊裸土指數計算如公式（1）：(1)BSIMIRRED(1)MIRRED式中：MIR——代表中紅外波段反射率；RED——代表紅外波段反射率；BSI數值介于-1到1之間，數值越大表示土地裸露程度越高。7.2.2地表溫度參數采用單通道法對污染地塊地表溫度參數進行計算。選用衛星遙感的熱紅外單波段數據，借助于無線電探空或衛星遙感提供的大氣垂直廓線數據（溫度、濕度、壓力等結合大氣輻射傳輸方程計算大氣輻射和大氣透過率等參數，以修正大氣對比輻射率的影響，從而得到地表溫度。該方法所用數據為不同傳感器的單波段，地標溫度參數計算公式如公式（2）公式（3）：T[a(1CD)(b(1CD)CD)TsensorDTa]/C其中：CD(1)C式中：Ts——為實際地表溫度，單位為K；Tsensor——是星上輻射量度對應的亮溫溫度；Ta——是大氣平均作用溫度；τ——是大氣透過率；ε——是地表比輻射率；(2)(3)a、b——為回歸系數，近似計算TIRS第10波段普朗克函數導數的常數（見表4）；Ta根據近地表氣溫T0計算得到，對于中緯度夏季大氣模式，大氣平均作用溫度估算方程計算公式為（4）：Ta=16.0110+0.92621×T0表4不同溫度范圍內的a、b系數值[5]溫度范圍/℃ab20~70-70.17750.45810~50-62.71820.4339-20~30-55.42760.40867.3污染地塊環境管理特征本規程宜計算地塊混亂度、污染物下滲遙感風險指數、生產構筑物面積占比，反映污染地塊內部生產管理的秩序、地塊內部地表情況、構筑物情況對污染地塊污染物擴散風險。7.3.1污染地塊混亂度地塊混亂度CSP（Contaminatedsitepreplexity）體現污染地塊內部生產管理是否混亂、生產狀態是否穩定的參數，地塊混亂度值越大表明地塊日常生產管理越差，生產狀態越不穩定。利用遙感圖像處理軟件，計算污染地塊內紋理特征參數——均值、熵、角二階矩和相關性，進而計算污染地塊混亂度，公式為（5）：CSPlnEntASM/10Corr(5)式中：CSP——為污染地塊混亂度；Ent——為圖像熵；ASM——為圖像角二階矩；Corr——為圖像相關性。圖像熵、角二階矩、相關性計算方式如下：1)灰度共生矩陣灰度共生矩陣(GreyLevelCo-occurrenceMatrix)也叫做空間灰度級依賴矩陣，是基于統計的紋理特征提取方法，從灰度級為i的像素點離開某個固定位置關系d=(Dx,Dy)到達灰度級為j的像素點的概率，所有估計的值均表示成一個矩陣的形式，計算公式為（6）：P(i,j|d,){(x,y)|f(x,y)i,f(xdx,ydy)j;x,y0,1,2,,N1}(6)式中：d——表示用像素數量表示的相對距離，設置為1；——為方向，一般設置為0°;(x,y)——為影像中的像素坐標；L——為影像灰度級的數據，設置為8。2)熵熵度量了圖像包含信息量的隨機性，表現了圖像的復雜程度。當共生矩陣中所有值均相等或者像素值表現出最大的隨機性時，熵最大。熵計算如公式（7）：(7)EntP(i,j)log(P(i,j))(7)ij式中：Ent——為圖像熵；P(i,j)——為從灰度級為i的像素點離開到達灰度級為j的像素點的概率。3)角二階矩角二階矩又稱能量，是圖像灰度分布均勻程度和紋理粗細的一個度量[2]，反映了圖像灰度分布均勻程度和紋理粗細度。當圖像紋理均一規則時，能量值較大；反之灰度共生矩陣的元素值相近，能量值較小。角二階矩計算如公式（8）：ASMP(i,j)2(8)ij式中：ASM——為角二階矩；P(i,j)——為從灰度級為i的像素點離開到達灰度級為j的像素點的概率。4)相關性相關性用來度量圖像的灰度級在行或列方向上的相似程度，因此值的大小反映了局部灰度相關性，值越大，相關性也越大。相關性計算如公式（9）：式中：Corr——為圖像相關性；Mean——為圖像均值；P(i,j)——為從灰度級為i的像素點離開到達灰度級為j的像素點的概率；Var——為圖像方差。5)均值均值是指在一組數據中所有數據之和再除以這組數據的個數，是反映數據集中趨勢的一項指標。圖像均值計算如公式（10）：MeanP(i,j)*i(10)ij式中：Mean——為圖像均值；P(i,j)——為從灰度級為i的像素點離開到達灰度級為j的像素點的概率；6）方差方差是各變量值與其均值離差平方的平均數，是測算數值型數據離散程度的方法，圖像方差計算如公式（11）：VarP(i,j)*(iijMean)2(11)式中：Var——為圖像方差；P(i,j)——為從灰度級為i的像素點離開到達灰度級為j的像素點的概率；Mean——為圖像均值。7.3.2污染物下滲遙感風險指數將BCI范圍劃分為能反映污染物下滲遙感風險指數RPI：當BCI>0.1為不透水層，RPI為低（即污染物下滲風險低）；當-0.1<BCI<0.1為裸露土壤，RPI為高（即污染物下滲風險高）；當BCI<-0.1為植被或其他類型，RPI為中（污染物下滲風險中等）。RPI計算如公式（12）：低BCI0.1RPI高0.1BCI0.1(12)中BCI0.1式中：RPI——為污染物下滲遙感風險指數；BCI——為生物物理成分指數（Bio-physicalcompositionindex），不透水面BCI指數大于0，植被與其他土地覆蓋類型灰度值均小于0，土壤的灰度值接近于0。BCI計算公式如（13）：BCIHL/2V/HL/2V(13)式中：H——表示高反射率，是歸一化的TC1值；V——是植被，是歸一化的TC2值；L——表示低反射率，是歸一化的TC3值；TC1、TC2和TC3分別為遙感影像纓帽變換后形成的亮度、綠度、濕度3個分量，[TC1;TC2;TC3]WTCB，是變換前多光譜值；WTC是變換矩陣；B是避免出現負值所加的常數。宜使用高分一號衛星遙感影像，通過遙感圖像處理軟件相關纓帽變換，進行纓帽變換。7.3.3生產構筑物面積占比在污染地塊中，按照本規程7.1.1中地物類型分類體系，生產構筑物是指除其他區域外的重點生產區域（生產車間、儲罐、產品及原輔材料儲存區、廢氣治理及排放區、生產廢水治理區、固體廢物貯存或處置場）或重點管控修復區域（阻隔設施、基坑、臨時工棚、廢水治理區生產構筑物分布較多的區域存在跑冒滴漏的風險較大，構筑物占比反映污染地塊在生產或拆遷過程中發生跑冒滴漏問題的風險。根據地塊地物類型分類結果，計算生產構筑物面積占比如公式（14）：SAP——生產構筑物面積占比；S構策物為7.1污染地塊地物類型提取后，重點生產區域或重點管控修復區域計算得到的圖斑面積之和8精度評價8.1選取樣本地塊隨機抽取本項工作污染地塊數量的10%作為樣本地塊。8.2樣本地塊特征參數識別精度評價8.2.1數值型特征參數數值型特征參數，通過地面核實、溫度測量、面積量算的方式，采集樣本地塊的地物類型、地表溫度