《污染地塊遙感特征參數(shù)識別技術(shù)規(guī)程》

ICS

CCSZ

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/GIAXXX－2023

污染地塊遙感特征參數(shù)識別技術(shù)規(guī)程

（征求意見稿）

Technicalregulationsforremotesensingidentificationandextractionof

characteristicparametersofcontaminatedsites

XX-XX-XX發(fā)布XX-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村中環(huán)土壤地下水污染防控與修復(fù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布

污染地塊遙感特征參數(shù)識別技術(shù)規(guī)程（征求意見稿）

1范圍

本文件規(guī)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(shù)特征、地塊環(huán)境管

理特征參數(shù)識別的方法原理和技術(shù)流程。

本文件適用于利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)開展污染地塊環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)險評估預(yù)警，服務(wù)污染

地塊土壤環(huán)境監(jiān)管。疑似污染地塊、土壤污染重點(diǎn)監(jiān)管單位等地塊特征參數(shù)提取可參照本文

件執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(wèi)星遙感影像植被指數(shù)產(chǎn)品規(guī)范

CH/T2009全球定位系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范

DD2013-12多光譜遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)程

HJ682建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)術(shù)語

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義僅適用于本文件。

3.1

衛(wèi)星遙感影像satelliteremotesensingimage

利用衛(wèi)星搭載傳感器獲取的地球表面圖像數(shù)據(jù)。

3.2

無人機(jī)遙感影像unmannedaerialvehicleremotesensingimages

利用無人機(jī)搭載傳感器收集目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)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。

1

3.4

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(lán)光波段）的黑白影像

稱為全色影像。

3.5

遙感特征參數(shù)remotesensingfeatureparameter

污染地塊內(nèi)利用遙感影像計算可用于表征地表特性的參數(shù)信息。

3.6

地塊混亂度contaminatedsitepreplexity

指污染地塊內(nèi)部生產(chǎn)管理空間布局是否混亂、生產(chǎn)布局動態(tài)是否穩(wěn)定的遙感參數(shù)，地塊

混亂度值越大表明地塊日常生產(chǎn)管理越差，生產(chǎn)狀態(tài)越不穩(wěn)定。

3.7

污染物下滲遙感風(fēng)險指數(shù)riskofpollutantinfiltration

指基于遙感反演的地塊風(fēng)險管控實(shí)施情況的指數(shù)，污染物下滲風(fēng)險指數(shù)越低說明風(fēng)險管

控措施落實(shí)不到位，存在污染物遷移下滲的風(fēng)險。

4總則

4.1工作原則

4.1.1科學(xué)性原則

綜合考慮污染地塊地物特點(diǎn)，遙感影像質(zhì)量，結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展和專業(yè)技術(shù)水平，采用

程序化系統(tǒng)化方式構(gòu)建污染地塊特征提取技術(shù)，保證污染地塊特征參數(shù)提取技術(shù)的科學(xué)性。

4.1.2規(guī)范性原則

采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的特征提取方法，確保污染地塊遙感特征參數(shù)識別提取工作的規(guī)范性。

4.1.3可操作性原則

特征參數(shù)的選擇應(yīng)充分考慮污染地塊的特點(diǎn)，針對不同的污染地塊，應(yīng)根據(jù)各自管理等

方面的實(shí)際需求，對參考性特征參數(shù)進(jìn)行增減。

4.2目的任務(wù)

結(jié)合前期地塊調(diào)查和風(fēng)險評估結(jié)果，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，開展污染地塊紋理光譜特征、

地物指數(shù)特征、地塊管理特征、地物類型特征等參數(shù)遙感提取，為污染地塊環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)險

2

評估預(yù)警等土壤生態(tài)環(huán)境管理工作提供支撐。

4.3工作流程

污染地塊特征參數(shù)提取工作程序包括數(shù)據(jù)收集、遙感影像預(yù)處理、污染地塊遙感特征參

數(shù)識別、精度評價，詳見圖1。

圖1工作流程

5數(shù)據(jù)收集

5.1污染地塊矢量邊界

污染地塊矢量數(shù)據(jù)一般由調(diào)查單位按照CH/T2009-2010，利用RTK等專業(yè)測繪儀器經(jīng)

實(shí)地高精度測量獲得。污染地塊矢量數(shù)據(jù)需滿足規(guī)范性、準(zhǔn)確性及精度要求如下：

1）文件格式：面矢量格式（polygon）。

2）坐標(biāo)系：2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）。

3

3）地圖投影與分帶：高斯-克呂格投影，標(biāo)準(zhǔn)3度分帶。

4）坐標(biāo)單位為米，保留小數(shù)點(diǎn)后2位。

5）與地塊相關(guān)報告中地塊宗地圖/勘測定界圖一致。

6）與衛(wèi)星遙感影像底圖地物相套合。

疑似污染地塊、土壤污染重點(diǎn)監(jiān)管單位等其他地塊矢量邊界采集方式可基于現(xiàn)場GPS

定位和高分辨率遙感影像底圖進(jìn)行矢量勾繪，準(zhǔn)確性及精度要求與高分衛(wèi)星遙感影像上的地

物邊界和位置的套合精度應(yīng)控制在5m以內(nèi)。

5.2高分辨率遙感影像

根據(jù)污染地塊矢量文件，選取研究時間范圍內(nèi)的遙感影像，以衛(wèi)星遙感影像為主，無人

機(jī)遙感影像為輔，數(shù)據(jù)質(zhì)量要求應(yīng)符合以下要求：

1）多光譜影像要求分辨率優(yōu)于2m、全面覆蓋地塊、質(zhì)量良好且地塊內(nèi)部無云覆蓋；

2）多光譜影像應(yīng)具備纓帽變換系數(shù)，宜使用高分一號；

3）波段要求應(yīng)具有熱紅外波段、中紅外、近紅外、紅光、綠光、藍(lán)光和全色等波段，

表1給出衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)源及遙感儀器通道參數(shù)供參考：

表1污染地塊地物特征參數(shù)識別的常用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)源及遙感儀器通道參數(shù)

衛(wèi)星通道波長范圍星下點(diǎn)空間分辨率

10.45~0.52μm

20.52~0.59μm

8m

高分一號30.63~0.69μm

40.77~0.89μm

全色0.45~0.90μm2m

10.45~0.52μm

20.52~0.59μm

3.2m

高分二號30.63~0.69μm

40.77~0.89μm

全色0.45~0.90μm0.8m

10.433~0.453μm

20.450~0.515μm

30.525~0.600μm

30m

Landsat8*40.630~0.680μm

50.845~0.885μm

61.560~1.660μm

1010.6~11.2μm100m

*對于面積較小地塊，Landset8分辨率不滿足的情況下，可采用無人機(jī)搭載熱紅外、中紅外載荷航飛。

6遙感影像預(yù)處理

光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)應(yīng)按照GB/T15968-2008等相關(guān)規(guī)范性文件，需經(jīng)過輻射定標(biāo)、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(biāo)

應(yīng)按GB/T30115中7.3的規(guī)定執(zhí)行

4

6.2大氣校正

應(yīng)按GB/T30115中7.6的規(guī)定執(zhí)行

6.3幾何校正

應(yīng)按GB/T37151的規(guī)定執(zhí)行。采用基礎(chǔ)底圖影像為校正基礎(chǔ)，選取待校正影像進(jìn)行正

射校正。要求平原地區(qū)影像正射校正后的配準(zhǔn)精度在1個像元以內(nèi)，丘陵地區(qū)在2個像

元以內(nèi)，部分山區(qū)在4個像元以內(nèi)。

6.4影像融合

應(yīng)按DD2013-12中6.4的規(guī)定執(zhí)行。對正射校正后滿足精度要求的全色與多光譜影像

進(jìn)行融合，要求融合后影像：

1）能清晰地表現(xiàn)紋理信息，能突出主要地類（如重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域、重點(diǎn)管控修復(fù)區(qū)域等）。

2）影像色調(diào)均勻、反差適中、無重影模糊等現(xiàn)象，光譜特征還原真實(shí)、準(zhǔn)確，監(jiān)測區(qū)

域無明顯光譜異常。

6.5鑲嵌與裁剪

當(dāng)?shù)貕K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(jìn)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(zhǔn)，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(shù)據(jù)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(diào)保持一致。但接邊色調(diào)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(diào)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(qū)域去除，常用的是按照污染地塊邊界進(jìn)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(shù)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(fēng)險管控與修復(fù)階段，將污染地塊內(nèi)地物按照重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域（生

產(chǎn)車間、儲罐、產(chǎn)品及原輔材料儲存區(qū)、廢氣治理及排放區(qū)、生產(chǎn)廢水治理區(qū)、固體廢物貯

存或處置場），重點(diǎn)管控修復(fù)區(qū)域（阻隔設(shè)施、基坑、臨時工棚、廢水治理區(qū)），以及其他

區(qū)域（辦公房屋、道路、水體、林地、草地、裸地、一般硬化地）進(jìn)行分類，分類體系及示

5

例詳見表2。

表2污染地塊地物分類體系及示例

污染地區(qū)域類

地物類型示例1示例2

塊階段型

生產(chǎn)車間

儲罐

地物拆重點(diǎn)生產(chǎn)品及原輔

除前產(chǎn)區(qū)域材料儲存區(qū)

廢氣治理及

排放區(qū)

生產(chǎn)廢水治

理區(qū)

6

固體廢物貯

存或處置場

阻隔設(shè)施

基坑

風(fēng)險管重點(diǎn)管

控與修控修復(fù)

復(fù)區(qū)域

修復(fù)廢水治

理區(qū)

臨時工棚

7

例如辦公房

屋、道路、

其他區(qū)

裸地、一般

域

硬化地、林

地、草地等

一般硬化地辦公房屋

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(jiān)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(nèi)地物圖斑進(jìn)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(jìn)行屬性賦值。各屬性字段名稱、類型和長度要求見表3。

表3污染地塊地物類型圖班提取屬性表

序號屬性字段名稱屬性字段類型屬性長度說明

與“全國建設(shè)用地土壤

1地塊代碼文本50環(huán)境管理信息系統(tǒng)”中

地塊編碼一致。

1生產(chǎn)車間2儲罐3

產(chǎn)品及原輔材料儲存區(qū)

4廢氣治理及排放區(qū)

5廢水治理區(qū)6固體廢

2地物類型代碼文本5

物貯存或處置場7阻

隔設(shè)施8基坑9修復(fù)

廢水治理區(qū)10臨時工

棚11其他區(qū)域

在2000國家大地坐標(biāo)系

（），高斯

保留位小CGCS2000-

面積數(shù)字2克呂格投影，標(biāo)準(zhǔn)度

3數(shù)3

分帶投影下，計算幾何

面積得到。

4備注文本255

7.2污染地塊地物遙感指數(shù)特征

本規(guī)程宜計算地塊裸土指數(shù)（污染地塊裸露土壤極易引起污染的擴(kuò)散，對周邊造成二次

污染，裸土面積越大，污染擴(kuò)散的可能越大）、地表溫度參數(shù)預(yù)警污染土壤擴(kuò)散的風(fēng)險。

利用遙感圖像處理軟件，根據(jù)地物指數(shù)計算公式選擇相應(yīng)波段進(jìn)行計算，原理如下：

8

7.2.1地塊裸土指數(shù)

地塊裸土指數(shù)計算如公式（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(shù)值介于-1到1之間，數(shù)值越大表示土地裸露程度越高。

7.2.2地表溫度參數(shù)

采用單通道法對污染地塊地表溫度參數(shù)進(jìn)行計算。選用衛(wèi)星遙感的熱紅外單波段數(shù)據(jù)，

借助于無線電探空或衛(wèi)星遙感提供的大氣垂直廓線數(shù)據(jù)（溫度、濕度、壓力等），結(jié)合大氣

輻射傳輸方程計算大氣輻射和大氣透過率等參數(shù)，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(shù)據(jù)為不同傳感器的單波段，地標(biāo)溫度參數(shù)計算公式如公式（2）公

式（3）：

Ts[a(1CD)(b(1CD)CD)TsensorDTa]/C(2)

其中：

C

(3)

D(1)

式中：

Ts——為實(shí)際地表溫度，單位為K；

Tsensor——是星上輻射量度對應(yīng)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；

a、b——為回歸系數(shù)，近似計算TIRS第10波段普朗克函數(shù)導(dǎo)數(shù)的常數(shù)（見表4）；

Ta根據(jù)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(4)

表4不同溫度范圍內(nèi)的a、b系數(shù)值[5]

溫度范圍/℃ab

20~70-70.17750.4581

0~50-62.71820.4339

-20~30-55.42760.4086

9

7.3污染地塊環(huán)境管理特征

本規(guī)程宜計算地塊混亂度、污染物下滲遙感風(fēng)險指數(shù)、生產(chǎn)構(gòu)筑物面積占比，反映污染

地塊內(nèi)部生產(chǎn)管理的秩序、地塊內(nèi)部地表情況、構(gòu)筑物情況對污染地塊污染物擴(kuò)散風(fēng)險。

7.3.1污染地塊混亂度

地塊混亂度CSP（Contaminatedsitepreplexity）體現(xiàn)污染地塊內(nèi)部生產(chǎn)管理是否混亂、

生產(chǎn)狀態(tài)是否穩(wěn)定的參數(shù)，地塊混亂度值越大表明地塊日常生產(chǎn)管理越差，生產(chǎn)狀態(tài)越不穩(wěn)

定。利用遙感圖像處理軟件，計算污染地塊內(nèi)紋理特征參數(shù)——均值、熵、角二階矩和相關(guān)

性，進(jìn)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(guān)性。

圖像熵、角二階矩、相關(guān)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(tǒng)

計的紋理特征提取方法，從灰度級為i的像素點(diǎn)離開某個固定位置關(guān)系d=(Dx,Dy)到達(dá)灰度

級為j的像素點(diǎn)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(shù)量表示的相對距離，設(shè)置為1；

——為方向，一般設(shè)置為0°；

(x,y)——為影像中的像素坐標(biāo)；

L——為影像灰度級的數(shù)據(jù)，設(shè)置為8。

2)熵

熵度量了圖像包含信息量的隨機(jī)性，表現(xiàn)了圖像的復(fù)雜程度。當(dāng)共生矩陣中所有值均相

等或者像素值表現(xiàn)出最大的隨機(jī)性時，熵最大。熵計算如公式（7）：

EntP(i,j)log(P(i,j))(7)

ij

式中：

Ent——為圖像熵；

10

P(i,j)——為從灰度級為i的像素點(diǎn)離開到達(dá)灰度級為j的像素點(diǎn)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(xì)的一個度量[2]，反映了圖像灰

度分布均勻程度和紋理粗細(xì)度。當(dāng)圖像紋理均一規(guī)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）：

2

ASMP(i,j)(8)

ij

式中：

ASM——為角二階矩；

P(i,j)——為從灰度級為i的像素點(diǎn)離開到達(dá)灰度級為j的像素點(diǎn)的概率。

4)相關(guān)性

相關(guān)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(guān)性，值越大，相關(guān)性也越大。相關(guān)性計算如公式（9）：

(iMean)(jMean)P(i,j)2

Corr(9)

ijVar

式中：

Corr——為圖像相關(guān)性；

Mean——為圖像均值；

P(i,j)——為從灰度級為i的像素點(diǎn)離開到達(dá)灰度級為j的像素點(diǎn)的概率；

Var——為圖像方差。

5)均值

均值是指在一組數(shù)據(jù)中所有數(shù)據(jù)之和再除以這組數(shù)據(jù)的個數(shù)，是反映數(shù)據(jù)集中趨勢的一

項(xiàng)指標(biāo)。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(diǎn)離開到達(dá)灰度級為j的像素點(diǎn)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(shù)，是測算數(shù)值型數(shù)據(jù)離散程度的方法，圖像

方差計算如公式（11）：

2

VarP(i,j)*(iMean)(11)

ij

式中：

11

Var——為圖像方差；

P(i,j)——為從灰度級為i的像素點(diǎn)離開到達(dá)灰度級為j的像素點(diǎn)的概率；

Mean——為圖像均值。

7.3.2污染物下滲遙感風(fēng)險指數(shù)

將BCI范圍劃分為能反映污染物下滲遙感風(fēng)險指數(shù)RPI：當(dāng)BCI>0.1為不透水層，RPI

為低（即污染物下滲風(fēng)險低）；當(dāng)-0.1<BCI<0.1為裸露土壤，RPI為高（即污染物下滲風(fēng)險

高）；當(dāng)BCI<-0.1為植被或其他類型，RPI為中（污染物下滲風(fēng)險中等）。RPI計算如公式

（12）：

低BCI0.1

RPI高0.1BCI0.1(12)

中BCI0.1

式中：

RPI——為污染物下滲遙感風(fēng)險指數(shù)；

BCI——為生物物理成分指數(shù)（Bio-physicalcompositionindex），不透水面BCI指數(shù)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(xiàn)負(fù)值所

加的常數(shù)。宜使用高分一號衛(wèi)星遙感影像，通過遙感圖像處理軟件相關(guān)纓帽變換，進(jìn)行纓帽

變換。

7.3.3生產(chǎn)構(gòu)筑物面積占比

在污染地塊中，按照本規(guī)程7.1.1中地物類型分類體系，生產(chǎn)構(gòu)筑物是指除其他區(qū)域外

的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域（生產(chǎn)車間、儲罐、產(chǎn)品及原輔材料儲存區(qū)、廢氣治理及排放區(qū)、生產(chǎn)廢水

治理區(qū)