中原城市扩展及区域SO2空间分布遥感监测研究

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1、密级:博士学位论文中原城市扩展及区域SO2空间分布遥感监测研究作者姓名：程洋指导教师:顾行发研究员中国科学院遥感与数字地球研究所赵利民副研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统研究所:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月AStudyonRemoteSensingMonitoringofUrbanExpansionandRegionalSO2SpatialDistributioninCentralPlainsCityClusterBy[ChengYang]ADissertationSubmittedtoUniversit

2、yofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofCartographyandGeographicalInformationSystemCollegeofEngineeringandInformationTechnologyUniversityofChineseAcademyofSciencesJune,2018II中国科学院遥感与数字地球研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究

3、工作所取得的成果。论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人在导师指导下完成的论文，知识产权归属中国科学院遥感与数字地球研究所。本人完全了解中国科学院遥感与数字地球研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意研究所保存或向国家有关部门及机构送交论文的印刷版和电子版，允许论文被查阅和借阅；同意授权研究所采用影印、缩印、数字

4、化或其它复制手段保存和汇编本学位论文。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文（著作）或使用论文工作成果时，第一署名单位为中国科学院遥感与数字地球研究所，并征得导师同意。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：导师签名：日期：年月日题目摘要2017年中国城市化率已达到58.52%。城市化和工业化进程的加速推进加剧了大气污染程度，迫切需要有效而及时地解决大气污染的监测、防范与治理问题。快速、准确地把握城市化扩展情况，是降低和防范城市化过程中所产生大气污染问题的有效途径。痕量气体SO2是困扰中国城市空气质量的主要污染物之一。研究城市化扩展对大气污染的影响，可为新型城市化

5、建设的大气污染治理提供参考依据。本文选取中原城市群为研究区域，首先利用MODIS数据获得生物物理成分指数（BiophysicalCompositionIndex，BCI）图像，结合夜间灯光数据（NighttimeLight，NTL）与BCI指数提出一种BCI辅助夜光数据指数（BCIAssistedNTLIndex，BANI）提取城市用地信息，得到城市用地分布。其次，采用OMI二级数据产品，利用波谱对差值残差法对SO2浓度进行反演，得到SO2柱浓度的空间分布特征。最后，利用TASI航空高光谱热红外数据，采用杂波匹配滤波法和膨胀扩张的思想对SO2进行监测，获取其污染源及扩散

6、痕迹。主要研究内容如下：（1）提出一种获取城市用地信息的方法。将BCI指数和夜间灯光数据相结合提出了BANI指数，用于提取中原城市群城市用地。该方法可以在细微特征上更准确的描述城市建成区，且轮廓较为细致。同时，相比于NDVISVM提取方法该方法平均总体精度（OA）提高了6.67%，平均Kappa系数提高了0.28。尤其对地表不透水面、裸土、植被混合程度较高的城市，精度提高最明显，总体精度最高可提高9.77%，Kappa系数最高可提高0.4。BANI指数方法是一种能够提取城市用地信息的准确而可靠的方法，且对于发展中的中、小型城市更具备优势。（2）得到中原城市群2007-2

7、017年城市动态变化及区域SO2时空变化特征。通过BANI指数法获得2007-2017年间中原城市群城市动态变化，利用OMI数据反演的SO2浓度数据，获得SO2柱浓度时空分布特征。对以上变化及特征进IV摘要行分析，包括整体趋势及单个城市的特征分析。（3）提出一种航空高光谱热红外SO2气体监测算法。以TASI航空高光谱热红外数据为数据源，提出一个航空高光谱热红外痕量气体检测算法，基于杂波匹配滤波（Cluttermatchedfilter，CMF）算法，将膨胀扩张思想引入算法，进而对高光谱热红外图像中的痕量气体进行识别和检测。通过与地表温度结