利用HJ-IRS影像提取林火火点和火烧迹地算法研究

摘要

森林火灾不仅烧毁森林，破坏自然环境和生态平衡，而且还会对人类的生命财产安全造成极大的威胁。传统的林火监测手段主要包括护林员地面巡查、瞭望台观测、远程视频监控、机载红外传感器或地波雷达探测等，这些方式监测范围小、获取火场信息的效率低。卫星遥感技术的出现为林火监测提供了一种全新的手段，但是传统的气象卫星存在着空间分辨率低、几何定位精度差以及中红外波段饱和温度较低的缺点，直接影响了火点产品的性能。
　　 HJ-1B是我国2008年发射的环境和灾害监测预报小卫星，其上搭载的红外多光谱相机(IRS)具有较高的空间分辨率，其中红外波段的高温饱和温度达到了500K。本文以HJ-IRS影像为主要的遥感数据源，在MODIS火点探测V4算法的基础上提出了基于HJ-IRS影像的改进林火火点提取算法;并以提取火点为初始种子点，利用HJ-IRS第2，4波段构建改进的NBR（归一化燃烧指数）指数，然后在该指数图像上采用八邻接的种子点扩散算法进行火烧迹地提取。
　　 本文以2009年4月至5月间发生在我国黑龙江和俄罗斯远东地区森林火灾为研究对象，验证林火火点检测及火烧迹地提取的相关算法，其所做的主要研究工作如下:
　　 (1)针对环境小卫星红外相机传感器的特点，提出了一种在HJ-IRS影像中去云和进行水体提取的方法;
　　 (2)在MODIS火点探测V4算法的基础上，通过改进云和水体提取算法，调整绝对火点判别阈值及改进相对火点判别方法，提出了一种基于HJ-IRS影像的林火火点自动检测算法，并采用IDL语言实现算法以进行火点提取;
　　 (3)对比分析同时相同区域的HJ-IRS火点产品与MODIS火点产品，论证HJ-IRS火点提取算法的准确性及在低温小火点探测、火点几何定位方面的优劣;
　　 (4)针对火灾发生时传感器受烟雾干扰的问题，提出利用HJ-IRS短波红外和远红外波段来构建改进的NBR指数，提高火烧迹地和非火烧迹地在指数图像中的区分度;
　　 (5)提出了一种基于确定火点和改进的NBR指数的火烧迹地自动提取算法，即以提取火点为初始种子点，在改进的NBR指数图像上采用八邻接的种子点扩散算法进行火烧迹地的自动提取;
　　 (6)以HJ-CCD假彩色合成影像和ETM影像火烧迹地提取结果为参考，论证了火烧迹地提取算法的准确性及存在的问题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 火点探测

1．2．2 火烧迹地识别

1．3 研究内容与研究方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 本文章节安排

1．5 小结

第2章 遥感探火的相关理论

2．1 遥感探火的物理学基础

2．1．1 黑体辐射和普朗克定律

2．1．2 比辐射率和亮度温度

2．1．3 地物反射波谱

2．2 遥感探火原理

2．3 用于林火监测的传感器介绍

2．4 常见的林火火点提取算法

2．4．1 固定阈值法

2．4．2 基于邻近背景像元的上下文算法

2．4．3 基于MODIS的火点探测V4算法

2．5 火烧迹地提取方法

2．5．1 光谱指数

2．5．2 常见的火烧迹地提取算法

2．6 小结

第3章 HJ-IRS林火火点自动提取算法

3．1 HJ-IRS火点提取算法

3．1．1 数据预处理

3．1．2 云、水体掩膜

3．1．3 绝对火点判断

3．1．4 潜在火点判断

3．1．5 背景特性分析

3．1．6 相对火点判断

3．1．7 去除假火点

3．2 HJ-IRS火点提取算法验证

3．2．1 研究地和数据源

3．2．2 实验结果分析

3．3 HJ-IRS火点提取算法应用

3．3．1 MODIS火点探测结果

3．3．2 环境小卫星火点探测结果

3．3．3 火点产品矢量信息叠加展示

3．4 小结

第4章 火烧迹地自动识别算法

4．1 光谱指数

4．2 基于HJ-IRS火烧迹地自动识别模型

4．3 火烧迹地识别算法验证

4．3．1 数据源及实验过程

4．3．2 实验结果分析

4．4 小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 进一步研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究工作