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自然资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (4): 121-129    DOI: 10.6046/zrzyyg.2020399
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卫星热红外温度反演钢铁企业炼钢月产量估算模型
李特雅(), 宋妍(), 于新莉, 周圆锈
中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,武汉 430000
Monthly production estimation model for steel companies based on inversion of satellite thermal infrared temperature
LI Teya(), SONG Yan(), YU Xinli, ZHOU Yuanxiu
School of Geography and Information Engineering, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430000, China
全文: PDF(2839 KB)   HTML  
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摘要 

钢铁业是国民经济发展中重要组成部分,掌握钢铁企业月产量有利于开展宏观调控及合理分配资源。以钢铁企业的月产量为研究对象,运用景观格局指数的理论和方法,利用卫星热红外遥感数据表面温度反演后的分级结果,结合厂房矢量数据来获取表面温度异常值和热力景观分布参数,以此提出并建立钢铁企业炼钢月产量估算模型。再结合华中和华北两个典型钢铁企业实际月产量数据,根据最小二乘拟合分别求估算模型,模型的决定系数(R2)大于0.9。分析后验差检验结果可知,该估算模型精度等级为二级; 且在95%的置信度下,实际产量值均落在估算值的置信区间内,综合反映本文提出的炼钢月产量估算模型精度较高。

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李特雅
宋妍
于新莉
周圆锈
关键词 热红外遥感景观格局指数炼钢月产量估算模型后验方差检验    
Abstract

The iron and steel industry is a very important part in economic development. Obtaining the knowledge of the monthly production of steel companies is conducive to the macro control of the economy and the rational allocation of resources. In this paper, a monthly production estimation model for steel companies was proposed based on the grading results of the surface temperature obtained from the inversion of satellite thermal infrared data as well as the theory and method of landscape pattern indices. The surface temperature anomalous values and the thermal landscape distribution parameters of steel companies can be calculated according to the vector data of the spatial framework of steel companies. Based on this and the actual monthly production data of two typical steel companies in Central China and North China, the estimation model was established through the least-squares fitting, and the coefficient of determination (R2) of the model was greater than 0.9. According to the posterior variance test results, the accuracy of the estimation model proposed in this study is level 2. Meanwhile, the actual production values all fall within the 95% confidence interval of the estimation values. All these comprehensively reflect the monthly production model proposed in this paper are highly accurate.

Key wordsthermal infrared remote sensing    landscape pattern index    steelmaking monthly production estimation model    posterior variance test
收稿日期: 2020-12-14      出版日期: 2021-12-23
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国防科工局民用“十三五”航天预先研究项目“星载高分辨率红外高光谱相机及应用技术”(D040104)
通讯作者: 宋妍
作者简介: 李特雅(1996-),男,硕士研究生,主要研究方向为热红外遥感应用技术。Email: liteya@cug.edu.cn
引用本文:   
李特雅, 宋妍, 于新莉, 周圆锈. 卫星热红外温度反演钢铁企业炼钢月产量估算模型[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 121-129.
LI Teya, SONG Yan, YU Xinli, ZHOU Yuanxiu. Monthly production estimation model for steel companies based on inversion of satellite thermal infrared temperature. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(4): 121-129.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2020399      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I4/121
Fig.1  炼钢厂厂房热辐射示意图
Fig.2  炼钢月产量估算模型建模流程图
参数 含义 与实际值
间相关性
Shp/S 高温工作斑块面积/总体斑块面积 0.817
NPhp 高温工作斑块数目 0.574
NPhnp 高温非工作斑块数目 -0.704
NPm 中温斑块数目 0.464
NPl 低温斑块数目 -0.339
NP 总体斑块数目 -0.087
|NPhp- NPhnp- NPl |/NP -0.920
|NPhp- NPl |/NP -0.841
|NPhp- NPhnp |/NP 0.816
|NPhp- NPhnp- NPm |/NP 0.420
|NPhp- NPm |/NP 0.403
Tab.1  参数与月产量实际值相关性
精度等级 C P
1级(良好) C<0.35 P>0.95
2级(合格) 0.35≤C<0.50 0.80<P≤0.95
3级(勉强) 0.50≤C<0.65 0.70<P≤0.80
4级(不合格) C≥0.65 P≤0.70
Tab.2  拟合精度等级
表面孤立温度
区温度值/℃
四邻域表面温度值/℃ 结果
图3(b) 38.764 38.982, 39.175, 39.120, 38.614 保留
图3(d) 45.191 47.324, 47.274, 47.196, 46.680 剔除
Tab.3  表面孤立温度区及其四邻域表面温度值
Fig.3  表面孤立温度区箱线图分析
时间 残差Yj-
Y j 0
残差百分比(Yj-
Y j 0)/ Yj×100%
2017年2月 -4.409 -3.50%
2017年10月 -1.889 -1.35%
2017年12月 -0.601 -0.45%
2018年7月 -4.372 -3.13%
2018年9月 -3.800 -2.76%
2018年10月 1.736 1.24%
2018年11月 1.554 1.12%
2020年2月 -7.575 -6.47%
均值 -2.419 -1.91%
Tab.4  验证用实际值与SMPE值残差及残差百分比
Fig.4  验证用实际值与SMPE值曲线
参数 y - e - S1 S2 C P
数值 134.080 -2.419 7.772 3.019 0.388 1
Tab.5  企业A的SMPE精度验证参数
Fig.5  SMPE值置信区间(置信度=95%)
Fig.6  表面孤立温度区箱线图分析
时间 残差Yj-
Y j 0
残差百分比(Yj-
Y j 0)/ Yj×100%
2013年7月 3.163 4.52%
2013年8月 3.369 4.22%
2014年7月 0.770 1.01%
2016年5月 1.019 1.39%
2017年4月 -0.826 -1.06%
均值 1.499 2.02%
Tab.6  验证用实际值与SMPE残差及残差百分比
Fig.7  验证用炼钢月产量实际值与SMPE曲线
参数 y - e - S1 S2 C P
均值 75.528 1.499 3.604 1.576 0.438 1
Tab.7  企业B SMPE模型精度验证参数
Fig.8  SMPE值置信区间(置信度=95%)
[1] Wu Y. The Chinese steel industry:Recent developments and prospects[J]. Resources Policy, 2000,26(3):171-178.
doi: 10.1016/S0301-4207(00)00026-X
[2] Hua L Z, Zhang X X, Nie Q, et al. The impacts of the expansion of urban impervious surfaces on urban heat islands in a coastal city in China[J]. Sustainability, 2020,12(2):475.
doi: 10.3390/su12020475
[3] 董家集, 任华忠, 郑逸童, 等. 基于多源遥感数据的城市环境宜居性研究——以北京市为例[J]. 国土资源遥感, 2020,32(3):165-172.doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.22.
doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.22
Dong J J, Ren H Z, Zhen Y T, et al. A study of the livability of urban environment based on multi-source remote sensing data:A case study of Beijing City[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2020,32(3):165-172.doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.22.
doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.22
[4] Arslan E, Erenoglu R C. Assessment of hotspots using sparse autoencoder in industrial zones[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2019,191(7):453.
doi: 10.1007/s10661-019-7572-3 pmid: 31222399
[5] 李静, 孙强强, 张平, 等. 基于多时相热红外遥感的钢铁企业生产状态辅助监测[J]. 国土资源遥感, 2019,31(1):220-228.doi: 10.6046/gtzyyg.2019.01.29.
doi: 10.6046/gtzyyg.2019.01.29
Li J, Sun Q Q, Zhang P, et al. A study of auxiliary monitoring in iron and steel plant based on multi-temporal thermal infrared remote sensing[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2019,31(1):220-228.doi: 10.6046/gtzyyg.2019.01.29.
doi: 10.6046/gtzyyg.2019.01.29
[6] 吴未, 许丽萍, 张敏, 等. 不同斑块类型的景观指数粒度效应响应——以无锡市为例[J]. 生态学报, 2016,36(9):2740-2749.
Wu W, Xu L P, Zhang M, et al. Impact of landscape metrics on grain size effect in different types of patches:A case study of Wuxi City[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016,36(9):2740-2749.
[7] 唐新明, 王鸿燕, 祝小勇. 资源三号卫星测绘技术与应用[J]. 测绘学报, 2017,46(10):1482-1491.
Tang X M, Wang H Y, Zhu X Y, et al. Technology and applications of surveying and mapping for ZY-3 satellites[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2017,46(10):1482-1491.
[8] 田国良, 柳钦火, 陈良富. 热红外遥感[M]. 北京: 电子工业出版社, 2014.
Tian G L, Liu Q H, Chen L F. Thermal remote sensing[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2014.
[9] Walker M L, Dovoedo Y H, Chakraborti S, et al. An improved boxplot for univariate data[J]. The American Statistician, 2018,72(4):348-353.
doi: 10.1080/00031305.2018.1448891
[10] 张玉敏. 基于攀钢炼钢厂车间布局视角的SLP优化设计研究[J]. 物流技术, 2013,32(5):418-421,442.
Zhang Y M. An SLP perspective on layout optimization for steel-making workshops of Pangang[J]. Logistics Technology, 2013,32(5):418-421,442.
[11] Sekertekin A, Kutoglu S H, Kaya S. Evaluation of spatio-temporal variability in Land Surface Temperature:A case study of Zonguldak,Turkey[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2016,188(1):1-15.
[12] El-Hattab M, Amany S M, Lamia G E. Monitoring and assessment of urban heat islands over the Southern region of Cairo Governorate,Egypt[J]. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 2018,21(3):311-323.
doi: 10.1016/j.ejrs.2017.08.008
[13] Mujabar P S. Spatial-temporal variation of land surface temperature of Jubail Industrial City,Saudi Arabia due to seasonal effect by using Thermal Infrared Remote Sensor (TIRS) satellite data[J]. Journal of African Earth Sciences, 2019,155:54-63.
doi: 10.1016/j.jafrearsci.2019.03.008
[14] Nádudvari A, Abramowicz A, Maniscalco R, et al. The estimation of lava fow temperatures using Landsat night-time images:Case studies from eruptions of Mt. Etna and Stromboli (Sicily,Italy),Kīlauea (Hawaii Island),and Eyjafallajökull and Holuhraun (Iceland)[J]. Remote Sensing, 2020,12(16):2537.
doi: 10.3390/rs12162537
[15] 李召良, 段四波, 唐伯惠, 等. 热红外地表温度遥感反演方法研究进展[J]. 遥感学报, 2016,20(5):899-920.
Li Z L, Duan S B, Tang B H, et al. Review of methods for land surface temperature derived from thermal infrared remotely sensed data[J]. Journal of Remote Sensing, 2016,20(5):899-920.
[16] 王猛猛. 地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法研究[D]. 北京:中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所), 2017.
Wang M M. Methodology development for retrieving land surface temperature and near suface air temperature based on thermal infrared Remote Sensing[D]. Beijing:The University of Chinese Academy of Sciences(Institute of Remote Sensing and Digital Earth), 2017.
[17] Dash P, Göttsche F M, Olesen F S, et al. Land surface temperature and emissivity estimation from passive sensor data:Theory and practice-current trends[J]. International Journal of Remote Sensing, 2002,23(13):2563-2594.
doi: 10.1080/01431160110115041
[18] Wang Y N, Wei F F, Sun C Q, et al. The research of improved grey GM (1,1) model to predict the postprandial glucose in type 2 diabetes[J]. BioMed Research International, 2016: 6837052.
[19] 朱军桃, 李亚威, 熊东旭, 等. 建筑物沉降监测中的改进灰色模型[J]. 测绘科学, 2017,42(11):85-91.
Zhu J T, Li Y W, Xiong D X, et al. An improved grey mode in the building settlement monitoring[J]. Science of Surveying and Mapping, 2017,42(11):85-91.
[20] Tavares M, Cunha A, Motta-marques D, et al. Comparison of methods to estimate lake-surface-water temperature using Landsat7 ETM+ and MODIS imagery:Case study of a large shallow subtropical lake in southern Brazil[J]. Water, 2019,11(1):168.
doi: 10.3390/w11010168
[21] Wang M M, Zhang Z J, Hu T, et al. A practical single-channel algorithm for land surface temperature retrieval:Application to Landsat series data[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2019,124(1):299-316.
[22] 陈瀚阅, 朱利, 李家国, 等. 基于Landsat8数据的2种海表温度反演单窗算法对比——以红沿河核电基地海域为例[J]. 国土资源遥感, 2018,30(1):45-53.doi: 10.6046/gtzyyg.2018.01.07.
doi: 10.6046/gtzyyg.2018.01.07
Chen H Y, Zhu L, Li J G, et al. A comparison of two mono-window algorithms for retrieving sea surface temperature from Landsat8 data in coastal water of Hongyan River nuclear power station[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2018,30(1):45-53.doi: 10.6046/gtzyyg.2018.01.07.
doi: 10.6046/gtzyyg.2018.01.07
[23] 徐双, 李飞雪, 张卢奔, 等. 长沙市热力景观空间格局演变分析[J]. 生态学报, 2015,35(11):3743-3754.
Xu S, Li F X, Zhang L B, et al. Spatiotemporal changes of thermal environment landscape pattern in Changsha[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015,35(11):3743-3754.
[24] Williamson D F, Parker R A, Kendrick J S. The box plot:A simple visual method to interpret data[J]. Annals of Internal Medicine, 1989,110(11):916-921.
pmid: 2719423
[25] 潘明慧, 兰思仁, 朱里莹, 等. 景观格局类型对热岛效应的影响——以福州市中心城区为例[J]. 中国环境科学, 2020,40(6):2635-2646.
Pan M H, Lan S R, Zhu L Y, et al. Influence of landscape pattern types on heat island effect over central Fuzhou City[J]. China Environmental Science, 2020,40(6):2635-2646.
[26] 陈云浩, 李晓兵, 史培军, 等. 上海城市热环境的空间格局分析[J]. 地理科学, 2002(3):317-323.
Chen Y H, Li X B, Shi P J, et al. Study on spatial pattern of urban heat environment in Shanghai City[J]. Scientia Geographica Sinica, 2002(3):317-323.
[27] 梁顺林, 李小文, 王锦地. 定量遥感: 理念与算法[M]. 北京: 科学出版社, 2013: 23.
Liang S L, Li X W, Wang J D. Remote sensing:Concept and algorithm[M]. Beijing: Science Press, 2013: 23.
[28] 张仁华, 田静, 李召良, 等. 定量遥感产品真实性检验的基础与方法[J]. 中国科学:地球科学, 2010,40(2):211-222.
Zhang R H, Tian J, Li Z L, et al. Principles and methods for the validation of quantitative remote sensing products[J]. Scientia Sinica(Terrae), 2010,40(2):211-222.
[29] Cheng C T, Luo B, Miao S M, et al. Mid-term electricity market clearing price forecasting with sparse data:A case in newly-reformed Yunnan electricity market[J]. Energies, 2016,9(10):804.
doi: 10.3390/en9100804
[30] 周松林, 茆美琴, 苏建徽. 风电功率短期预测及非参数区间估计[J]. 中国电机工程学报, 2011,31(25):10-16.
Zhou S L, Mao M Q, Su J H. Short-term forecasting of wind power and non-parametric confidence interval estimation[J]. Proceedings of the CSEE, 2011,31(25):10-16.
[31] Lampton M. Damping-undamping strategies for the Levenberg-Marquardt nonlinear least-squares method[J]. Computers in Physics, 1997,11(1):110-115.
doi: 10.1063/1.168600
[32] Petrá I, Bednárová D. Total least squares approach to modeling:A Matlab toolbox[J]. Acta Montana Slovaca, 2010,15(2):158-170.
[1] 王平. 热红外遥感技术在钢铁去产能监测中的应用[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 271-276.
[2] 王小龙, 闫浩文, 周亮, 张黎明, 党雪薇. 利用SVM分类Landsat影像的朝鲜主要城市建设用地时空特征分析[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 163-171.
[3] 梅昭容, 李云驹, 康翔, 魏善宝, 潘剑君. 基于移动窗口分析法的矿区景观格局时空演变研究[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(4): 60-68.
[4] 李静, 孙强强, 张平, 孙丹峰, 温礼, 李宪文. 基于多时相热红外遥感的钢铁企业生产状态辅助监测[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(1): 220-228.
[5] 余健, 姚云军, 赵少华, 贾坤, 张晓通, 赵祥, 孙亮. 基于改进的METRIC模型的农田潜热通量估算[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(3): 83-88.
[6] 陈瀚阅, 朱利, 李家国, 范协裕. 基于Landsat8数据的2种海表温度反演单窗算法对比——以红沿河核电基地海域为例[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(1): 45-53.
[7] 关震, 吴虹, 曹翠, 黄晓娟, 郭琳, 柳艳, 郝敏. 基于ETM+6-γ示矿信息反演的花山花岗岩铀矿预测[J]. 国土资源遥感, 2014, 26(3): 92-98.
[8] 温少妍, 屈春燕, 单新建, 闫丽莉, 宋冬梅. 祁连山和首都圈卫星热红外背景场变化特征[J]. 国土资源遥感, 2013, 25(3): 138-144.
[9] 马红章, 柳钦火, 闻建光, 施建. 热红外与L波段土壤温度的数值模拟及差异分析[J]. 国土资源遥感, 2011, 23(2): 26-32.
[10] 徐永明, 覃志豪, 万洪秀. 热红外遥感反演近地层气温的研究进展[J]. 国土资源遥感, 2011, 23(1): 9-14.
[11] 贺佳惠, 梁春利, 李名松.
核电站近岸温度场航空热红外遥感测量数据处理研究
[J]. 国土资源遥感, 2010, 22(3): 51-53.
[12] 高慧, 何政伟, 倪忠云, 蔡柯柯, 王乐. 绵竹市北部山区震后土地利用景观格局变化研究[J]. 国土资源遥感, 2010, 22(2): 97-101.
[13] 于艳梅, 甘甫平, 周萍, 闫柏琨. 热红外遥感火星矿物填图方法初步研究及应用[J]. 国土资源遥感, 2009, 21(4): 35-39.
[14] 樊辉. 基于Landsat TM的城市热岛效应与地表特征参数稳健关系模型[J]. 国土资源遥感, 2008, 20(3): 45-51.
[15] 陈峰, 何报寅, 龙占勇, 杨小琴. 利用Landsat ETM+分析城市热岛与下垫面的空间分布关系[J]. 国土资源遥感, 2008, 20(2): 56-61.
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