基于衛星遙感的疫情時期企業復工情況分析

翟雪奎，沈 忱，王 敏

（1.淄博市國土資源信息中心，山東 淄博 255000；2.山東天昀和測繪工程有限公司，山東 淄博 255000）

隨著新冠肺炎疫情防控形勢的持續向好，企業生產從停頓中慢慢恢復，掌握各地復工復產情況，已成為政府的一項重要工作。采用逐級上報的調研方式，人力物力消耗大、匯總周期長，且無法甄別虛假填報。因此，如何快速掌握真實可靠的復工情況，成為政府部門的迫切需求。針對上述問題，本文基于熱紅外遙感技術，利用單窗算法精確反演得到山東省新冠肺炎疫情前后的地表溫度，并以具備溫度差異的廠房為分析對象，疊加工業用地圖斑和影像地圖進行對比，進而明確已開工企業，為企業復工率評價、政策制定與調整等提供可靠數據支撐。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

山東省位于我國東部沿海，自北向南與河北、河南、安徽、江蘇等省接壤。山東省是一個工業大省，優勢產業集聚發展，是全國重要的化工、建材、醫藥、裝備制造生產基地，工業增加值由1952年的6.8億元 提高到2018年的2.89萬億元，按可比口徑增長了 2620倍[1]。目前，山東省擁有聯合國產業分類中的 41個工業大類和197個工業種類，其中輕工、化工、機械行業主營業務收入突破2萬億元，冶金、紡織、電子信息行業均超過萬億元。山東省工業在全國工業布局中發揮著舉足輕重的作用。

1.2 數據來源

本文利用Landsat8、MODIS等多源衛星多時相數據進行地表溫度反演計算[2]，并對2019年12月、 2020年2月、3月山東省全域多源熱紅外遙感數據進行對比分析，以疫情前后廠房溫度與室外溫度之差作為判斷企業復工復產的指標，為政府管理部門研判企業和項目開復工提供參考依據。

2 研究方法

數據處理流程如圖1所示。

圖1 數據處理流程圖

1）黑體輻射亮度計算。將圖像的亮度灰度值轉換為絕對的輻射亮度，則有：

式中，DN為像元灰度值；ML、NL分別為增益參數和偏置參數，從數據頭文件中獲取；K1=607.76、K2= 1 260.56[3-5]。

計算得到輻射強度Lλ后，再利用Planck輻射公式計算得到像元亮度溫度T。

2）植被覆蓋度計算。本文采用混合像元分解法計算植被覆蓋度，將整景影像的地類大致分為水體、植被和建筑，計算公式為：

式中，NDVI為歸一化植被指數，取NDVIV=0.70和NDVIS=0.00。當某個像元的NDVI＞0.70時，FV=1；當NDVI＜0.00時，FV=0。

3）地表比輻射率計算。物體的比輻射率是物體向外輻射電磁波的能力，是地溫反演時的一個關鍵參數[6-8]。本文將遙感影像分為水體、城鎮和自然表面 3種類型，水體像元的比輻射率賦值為0.995，自然表面和城鎮像元的比輻射率的計算公式為：

4）地溫反演。由于傳感器接收的輻射強度不僅包括地面物體的熱輻射，還包括大氣上行和下行的熱輻射成分[9-11]，因此地表溫度還需由亮溫經過反演運算得到。

式中，Ts為實際地表溫度；T為傳感器亮溫；C、D為中間變量，C=ε，D=(1-τ)[1+(1-ε)τ]；ε為地表比輻射率；τ為大氣透射率；Ta為大氣平均作用溫度；a、b為根據熱輻射強度和亮溫的關系擬合得到的回歸系數[12-13]。

5）目標區域挖掘。將工業用地圖斑與地表溫度反演成果相融合，利用以溫度距離為指標的多時相異常檢測局部異常因子的方法，對工業用地中地表溫度異常變化區域進行挖掘，進而分析得到疫情前后企業的開工情況。

對已開工工廠的判定方法為：①將當日地溫反演柵格圖疊加工業用地圖斑，取目標工業用地區域內各廠房溫度柵格值p，進而得到廠房區域內溫度均值f(p)；②將目標區域面積外擴N倍，得到擴大面積的溫度均值f(q)；③若溫度異常因子D(f(p)-f(q))＞K℃，則認為該處廠房已投入生產。

確定基本分類方法后，本文對多時相數據進行分析比對，具體步驟為：①將2019年12月地溫反演影像疊加工業用地圖斑，得到可監測投產企業的總數 量X；②將2020年2月18日（正月廿五）的疊加結果進行對比，得出因疫情導致停工停產的企業數量Y，則此時的復工率為Y/X；③將2020年3月5日的疊加結果進行對比，得出此時已復工的企業數量Y′，則此時的復工率為Y′/X。

3 研究結果與分析

3.1 典型區域驗證

典型區域驗證選取山東省淄博市桓臺東岳經濟開發區不同日期工作時間（2020年2月18日12：20和 3月5日12：10）的遙感影像，疊加當地工業用地圖斑和影像地圖，從而分析隨著時間推移，企業復工率的變化情況。

2020年2月18日目標區域熱紅外原始成像圖如 圖2所示，通過疊加本地工業用地矢量圖斑，可明確已開工的企業，圖中A、B兩處廠房溫度較高，可研判該企業已復工生產。將2020年2月18日和3月5日熱紅外原始成像結果疊加遙感影像圖，如圖3、4所示，可以看出，隨著時間的推移，該區域內復工企業數量明顯增多，各大廠房輻射強度均明顯高于周圍環境，超過85%廠房處于生產運行狀態，符合當地實際復工情況。

圖2 熱紅外原始成像圖

圖3 桓臺東岳經濟開發區熱紅外反演溫度對比圖（2.18）

圖4 桓臺東岳經濟開發區熱紅外反演溫度對比圖（3.5）

3.2 全省溫度反演結果分析

由山東省熱紅外遙感成像反演的地表溫度圖（圖5，威海數據源缺少較多）可知，全省已復工企業的分布特點為：①青島、煙臺等沿海地區熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業復工情況較好；②省會濟南熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業復工情況較好； ③淄博、濱州、鄒平等魯中地區熱紅外地表反演溫度和密度較高，企業復工情況較好；④臨沂、濰坊、 聊城、濟寧、泰安等其他地區熱紅外地表反演溫度和密度也較高，企業復工情況較好。綜上所述，通過熱紅外影像地溫反演疊加分析，可得到當日數據條件下復工企業的比例，快速、低成本地解決政府統計復工比例的難題，促進“誰復產快、達產率高，誰得到獎勵多”競爭激勵機制的執行，以及進一步出臺新規以調動各市返崗復工達產的積極性。

圖5 山東省熱紅外遙感成像反演地表溫度綜合圖

4 結 語

通過衛星攜帶的熱紅外傳感器獲取遙感影像反演地表溫度的算法較為成熟，其配合多源衛星數據可高效地在宏觀維度尋找發熱源。將地溫反演結果疊加工業用地圖斑發現，目前山東省境內企業復工狀況良好，尤其以沿海、省會濟南、魯中地區較為突出。利用該技術可根據政府部門的要求快速定位已開工企業，準確、客觀、低成本地獲取企業復工情況，為政策的制定和調整提供科學決策依據。

依托衛星數據反演地表溫度的算法模型雖然可得到輻射度高的熱源，從而評估工業生產狀況，但無法評估商業、服務業等無熱源的行業，存在一定的局限性；下一步可結合企業用電、用水量、人流量等政務大數據挖掘分析，通過多源數據互相印證，從而得到更準確、更詳盡的企業復工信息。