一种利用单中波红外通道进行林火识别的方法

摘要

本发明公开了一种利用单中波红外通道进行林火识别的方法，首先对接收到的高分四号卫星(以下简称为GF-4)影像数据中的云和水体掩膜进行判定；针对GF-4影像数据进行绝对火点的判识；然后针对GF-4影像数据进行候选火点的判识；再针对GF-4影像数据进行有效背景像元的判定；以候选火点像元为窗口中心，采用劈窗法，分别对窗口内被判定为候选火点和有效背景像元的像元个数进行统计，并依此进行火点判识。该方法能够解决仅有多光谱通道和中波红外通道的GF-4卫星数据在森林防火监测中的应用，提高森林防火监测技术。

说明书

技术领域

本发明涉及林火监测技术领域，尤其涉及一种利用单中波红外通道进行林火识别的 方法。

背景技术

目前，国内外的卫星火情监测方法主要是利用生物质燃烧时在卫星遥感(如 AVHRR、MODIS、风云等)的中波红外通道和热红外通道间的亮温差异，通过设定的阈 值来判定卫星影像中的燃烧像元。

而对于仅有多光谱通道和中波红外通道的高分四号卫星(以下简称为GF-4)影像数 据，基于现有技术的中波红外与长波红外通道相结合的火点识别方法，将不能适用于该 卫星影像的火点自动识别，现有技术中基于单中波红外通道自适应林火识别的研究还未 见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用单中波红外通道进行林火识别的方法，该方法能够解 决仅有多光谱通道和中波红外通道的GF-4卫星数据在森林防火监测中的应用，提高森林 防火监测技术。

一种利用单中波红外通道进行林火识别的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：首先对接收到的高分四号卫星GF-4影像数据中的云和水体进行掩膜判定，具体 过程为：

当GF-4影像数据中的某一像素满足公式1中的某一条件时，则判定该像素为云体；

公式1：ρ_0.65+ρ_0.86＞0.9ORT₄＜280KOR(ρ_0.65+ρ_0.86＞0.7且T₄＜295K)，其中： ρ_0.65为GF-4红光通道的反射率，ρ_0.86为GF-4近红外通道的反射率，T₄为GF-4中波红外 通道的亮温值(单位为K)；

当GF-4影像数据中的某一像素满足公式2中的条件时，则判定该像素为水体；

公式2：ρ_0.86＜0.15ANDT₄＜305.0AND(ρ_0.86-ρ_0.65)/(ρ_0.86+ρ_0.65)＜0；

步骤2：针对GF-4影像数据进行绝对火点的判识，具体过程为：

当GF-4影像数据的中波红外通道像素的亮温大于360K时，将该像素直接判识为绝对 火点；

步骤3：然后针对GF-4影像数据进行候选火点的判识，具体过程为：

当白天GF-4影像数据中的某一像素满足公式3的条件时，将该像素判定为候选火点；

公式3：310K＜T₄＜360kANDρ_0.86＜0.3；

步骤4：再针对GF-4影像数据进行有效背景像元的判定，具体过程为：

当白天GF-4影像数据中的某一像素为非云体、非水体，且其满足公式4的陆地像元， 则将其判定为有效背景像元；

公式4：T₄＞305K；

步骤5：以候选火点像元为窗口中心，采用劈窗法，分别对窗口内被判定为候选火点 和有效背景像元的像元个数进行统计，并依此进行火点判识，具体过程为：

若满足有效背景像元总数大于1/4窗口大小像元数的条件时，且当候选火点像元的亮 温值满足公式5时，将该候选火点判定为火点；

公式5：ORδ₄＞₅，其中：为窗口内有效背景像元在中波红外通道的 亮温平均值；Δ₄为窗口内有效背景像元在中波红外通道的亮温均方差；δ₄为窗口内有效背 景像元在中波红外通道的绝对偏差。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法能够解决仅有多光谱通道和中波红 外通道的GF-4卫星数据在森林防火监测中的应用，提高森林防火监测技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他附图。

图1为本发明实施例所提供利用单中波红外通道进行林火识别的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所 提供利用单中波红外通道进行林火识别的方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1：首先对接收到的高分四号卫星(以下简称为GF-4)影像数据中的云和水体进行 掩膜判定；

该步骤的具体过程为：

当GF-4影像数据中的某一像素满足公式1中的某一条件时，则判定该像素为云体；

公式1：ρ_0.65+ρ_0.86＞0.9ORT₄＜280KOR(ρ_0.65+ρ_0.86＞0.7且T₄＜295K)，其中： ρ_0.65为GF-4红光通道的反射率，ρ_0.86为GF-4近红外通道的反射率，T₄为GF-4中波红外 通道的亮温值(单位为K)；

当GF-4影像数据中的某一像素满足公式2中的条件时，则判定该像素为水体；

公式2：ρ_0.86＜0.15ANDT₄＜305.0AND(ρ_0.86-ρ_0.65)/(ρ_0.86+ρ_0.65)＜0；

步骤2：针对GF-4影像数据进行绝对火点的判识；

该步骤的具体过程为：

当GF-4影像数据的中波红外通道像素的亮温大于360K时，将该像素直接判识为绝对 火点；该绝对火点不参与后续的判断；

步骤3：然后针对GF-4影像数据进行候选火点的判识；

该步骤的具体过程为：

当白天GF-4影像数据中的某一像素满足公式3的条件时，将该像素判定为候选火点；

公式3：310K＜T₄＜360kANDρ_0.86＜0.3；

步骤4：再针对GF-4影像数据进行有效背景像元的判定；

这里，有效背景像元指窗口内不属于待定火点像元的陆地像元，用于作为背景值的 统计，该步骤的具体过程为：

当白天GF-4影像数据中的某一像素为非云体、非水体，且其满足公式4的陆地像元， 则将其判定为有效背景像元；

公式4：T₄＞305K；

步骤5：以候选火点像元为窗口中心，采用劈窗法，分别对窗口内被判定为候选火点 和有效背景像元的像元个数进行统计，并依此进行火点判识。

该步骤的具体过程为：

若窗口大小从3×3像素开始，当该窗口内的有效背景像元总数满足大于1/4窗口大小条 件时，窗口不再进行扩大，并分别计算这两类像元亮温的平均值标准差(Δ₄) 和绝对偏差(δ₄)，用于后续火点判识；当该窗口内的有效背景像元总数少于1/4窗口大 小像元数条件时，则自动扩大窗口大小到5×5像素、7×7像素，直到21×21像素，并按前述 方式进行统计、判断与计算；如果到21×21像素窗口内仍没有满足有效背景像元总数大于 1/4窗口大小像元数条件时，则放弃对该候选火点像元的判断。

若满足有效背景像元总数大于1/4窗口大小像元数的条件时，当候选火点像元的亮温 值满足公式5时，将该候选火点判定为火点；

公式5：ORδ₄＞5，其中：为窗口内有效背景像元在中波红外通道的 亮温平均值(单位为K)；Δ₄为窗口内有效背景像元在中波红外通道的亮温均方差；δ₄为 窗口内有效背景像元在中波红外通道的绝对偏差(单位为K)。

具体实现中，在经过步骤5的判识确认为火点后，还需要再去除阳光的干扰，具体过 程为：

首先采用Kaufuman等人提出的方法，按公式6计算太阳耀斑角；

公式6：其中，θg为太阳耀斑角，θv为视场高 度角，θs为太阳高度角，为相对方位角

若经过步骤5的判识确认为火点后的像元满足公式7和8中一个或多个条件时，将其判 以为非火点；

公式7：θg＜2°；

公式8：θg＜8°ANDρ_0.86＞0.2ANDρ_0.65＞0.1。

同时，在经过步骤5的判识确认为火点后，还需要再去除沙漠的干扰，具体过程为：

当满足公式9的条件时，将经过步骤5的判识确认为火点后的像元判定为非火点，并 作为热点沙漠加以去除；

公式9：ρ_0.86＞0.2ANDANDδ₄＜3kAND

具体实现中，在判识出火点之后，还可以将所判识出火点的经纬度与行政区和地物 类型结合，获得每个火点对应的行政区(省、县)及地物类型，并由此判定出属于林火 的火点。

同时在判识出火点之后，还可以将相邻的火点像元判定为同一火场，并标示在GF-4 影像数据上；再按火点检测结果数据表格式输出每个火点像元的信息，以及每个火场的 中心经纬度、面积、所在省市和地物类型等。

综上所述，本发明实施例所述方法能够解决仅有多光谱通道和中波红外通道的GF-4 卫星数据在森林防火监测中的应用，提高森林防火监测技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的 保护范围为准。