极化SAR林火燃烧面积提取与燃烧强度估计

摘要

林火在全球森林中普遍发生，是全球森林生态系统中的一个重要干扰因子，对森林的演替、生态多样性的形成、陆地和大气中的碳循环及全球变暖等都有重要而深刻的影响。因此准确地掌握林火信息，包括林火发生时间、发生位置、影响范围和影响程度等，是理解林火与生态系统以及与人类活动之间复杂关系的基础。卫星遥感是获取大范围林火信息的唯一可行手段。早期的林火研究主要是基于光学遥感或热红外遥感进行的，但是光学影像容易受到云层和天气的干扰。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）影像受天气影响小，能够全天时、全天候的观测。自20世纪90年代以来国外开展了相关研究，但国内相关研究还很少。而且目前的研究绝大多数是基于单极化通道数据进行的，很少用到全极化数据。林火不仅改变了散射单元的环境参数，还通过改变林木冠层和地面植被结构而改变其后向散射机制。只有全极化数据才能提供关于雷达后向散射机理的完整信息。
　　本研究主要内容包括：⑴运用林火发生前后获取的C波段和L波段的全极化数据，对过火迹地散射机理的变化进行了阐述。主要通过定量分析过火迹地的后向散射系数、去极化能力和散射分解的特征参数在林火发生前后的变化来解读过火迹地的散射机理变化。为后续燃烧面积提取和燃烧强度估计提供基础。⑵对比了C波段和L波段SAR数据对于监测林火能力的强弱情况。主要通过计算参数变化量和转换分离度分析不同波段数据对林火的监测能力。选择更有利于林火监测的数据进行后续分析。⑶在只有火后单时相数据的情况下，运用相对最优极化技术提取了林火燃烧面积。在同时有林火前后时相数据的情况下，运用变化检测的方法提取了林火燃烧面积。并对北方森林地区的一处林火进行面积提取实验，提取结果精度较好。⑷将林火前后全极化 SAR影像的极化参数运用回归分析建立了估计燃烧强度的模型。并通过估计北方森林地区一处林火的燃烧强度验证了分析得到的强度估计模型的有效性。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与本文组织结构

2极化SAR理论基础

2.1电磁波的极化

2.2目标极化散射特性的表征

2.3极化参数

2.4本章小结

3林火干扰区的散射特性

3.1研究区概况与实验数据

3.2数据预处理

3.3林火发生前后散射特性分析

3.4本章小结

4林火燃烧面积提取

4.1燃烧面积提取方法

4.2阈值分割与精度评价

4.3燃烧面积提取实验

4.4本章小结

5林火燃烧强度估计

5.1相关分析与回归分析

5.2燃烧强度估计实验

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果