基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法及系统，其中的方法包括：根据传感器提供的定标参数，将待估算地区的Landsat影像的像元DN值转换为反射率；根据反射率获取Landsat影像中的火烧迹地像元，并将火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块；将参与估算的露天生物质燃烧火点与矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配；根据匹配结果构建估算模型，根据所述估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积。通过本发明专利技术能够准确估算露天生物质燃烧的过火面积，可以为区域空气质量模式提供实时的排放源清单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物质燃烧卫星遥感探测
，更为具体地，涉及一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法及系统。
技术介绍
露天生物质燃烧是大气痕量气体及气溶胶颗粒物的重要来源。例如森林火灾、计划性燃烧、农田秸秆焚烧所排放的颗粒物、氮氧化物、一氧化碳等污染物，不仅能够改变大气成分的化学组成，导致大气能见度下降和空气质量恶化，并且还能够引发负面的健康效应；而二氧化碳和黑炭气溶胶的排放又直接或间接地改变着地气系统之间的辐射能量平衡，从而导致区域尺度乃至全球范围的气候系统发生异常。因此，对露天生物质燃烧污染物的排放量进行估算可以为区域空气质量提供实时的生物质燃烧排放源清单，从而有效模拟生物质燃烧的污染物排放量及影响范围，进而为森林防火、污染暴露及人群疏散提供决策依据。当前对露天生物质燃烧污染物的排放量估算主要基于以下模型：Emission＝A*B*C*e；其中，Emission表示露天生物质燃烧的排放量，A表示燃烧过火面积，B表示植被密度，C表示燃烧过程中植被的消耗比例，e表示生物质燃烧的污染物排放因子。在上述参数中，燃烧过火面积(即上述参数A)是估算排放量模型的主要参数，也是当前生物质燃烧排放源清单中误差最大的参数。目前获取燃烧过火面积(即上述参数A)的途径有两种，一种是传统的地面人工调查方式，另一种则是基于卫星遥感数据。然而，传统的地面人工调查方式，虽可以精确地测量燃烧过火面积，但需要耗费大量的人力、物力、财力，并且只能够局限于区域尺度范围，无法保证数据的时效性及完整性；卫星遥感数据的多光谱、多时相、大尺度等特点，能够为露天生物质燃烧提供更为方便、及时的监测手段，从而弥补了传统地面测量方式的不足。现有的卫星遥感数据是根据地面目标对象在光谱波段内引起的异常与周围地物或先前状态的明显反差来构建算法模型，根据不同火情状态的光谱响应特征差异，可以分为燃烧火点监测和火烧迹地监测两种方式。燃烧火点监测是利用高温燃烧物体与低温背景的差异，及时捕获卫星过境瞬间地面燃烧的时间和位置信息；而火烧迹地监测则是利用燃烧前后植被地表覆盖的光谱特征变化来获取地面燃烧面积。然而，燃烧火点监测由于卫星过境的瞬时性，火点像元大小并不能表征地面燃烧的真实面积，并且瞬间地面真实燃烧面积往往小于卫星火点像元大小，如MODIS(Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer，中分辨率成像光谱仪)热异常产品最小探测面积为50m2，利用燃烧火点像元大小代表瞬间地面实际燃烧面积具有极大的不确定性；火烧迹地监测虽可以较为准确地测量地面过火面积，但其监测能力受到传感器像元分辨率限制，如MODIS燃烧面积产品能够检测的最小燃烧面积为1.2km2，远大于其500米分辨率的反射率产品像元大小。常用的中低分辨率卫星传感器如MODIS，AVHRR(美国国家海洋和大气局系列卫星的主要探测仪器，具有1km分辨率)等尽管具有较高的时间分辨率，然而对于面积较小的燃烧斑块往往无法监测；而高分辨率的卫星遥感数据，如LandsatTM(美国陆地探测卫星，其具有30m分辨率)尽管理论上可以用于监测面积较小的燃烧斑块，但由于其重访周期较长(16天)且容易受到云覆盖等不利条件的干扰，难以获取较为完整的露天生物质燃烧过火面积信息。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法及系统，以解决现有的卫星遥感数据对露天生物质燃烧过火面积估算不准确的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，包括：根据传感器提供的定标参数，将待估算地区的Landsat影像的像元DN值转换为反射率；根据反射率获取Landsat影像中的火烧迹地像元，并将火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块；其中，根据反射率获取Landsat影像中的火烧迹地像元的过程包括：根据反射率获取Landsat影像的归一化燃烧比，根据归一化燃烧比对燃烧前后的Landsat影像进行对比，获取燃烧后的Landsat影像的差分归一化燃烧比，根据差分归一化燃烧比获取Landsat影像中的火烧迹地像元；将参与估算的露天生物质燃烧火点与矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配；其中，参与估算的露天生物质燃烧火点的来源为：获取待估算地区的矢量格式的MODIS燃烧火点，通过对矢量格式的MODIS燃烧火点进行过滤，以排除低置信度火点、异常火点及固定火点，确定参与估算的露天生物质燃烧火点；根据匹配结果构建估算模型，根据所述估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积。另一方面，本专利技术提供一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算系统，包括：反射率转换单元，用于根据传感器提供的定标参数，将待估算地区的Landsat影像的像元DN值转换为反射率；火烧迹地像元获取单元，用于根据反射率获取Landsat影像中的火烧迹地像元，并将火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块；其中，根据反射率获取Landsat影像中的火烧迹地像元的过程包括：根据反射率获取Landsat影像的归一化燃烧比，根据归一化燃烧比对燃烧前后的Landsat影像进行对比，获取燃烧后的Landsat影像的差分归一化燃烧比，根据差分归一化燃烧比获取Landsat影像中的火烧迹地像元；匹配单元，用于将参与估算的露天生物质燃烧火点与矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配；其中，参与估算的露天生物质燃烧火点的来源为：获取待估算地区的矢量格式的MODIS燃烧火点，通过对矢量格式的MODIS燃烧火点进行过滤，以排除低置信度火点、异常火点及固定火点，确定参与估算的露天生物质燃烧火点；过火面积估算单元，用于根据匹配结果构建估算模型，根据估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积。利用上述根据本专利技术提供的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法及系统，能够准确估算露天生物质燃烧的过火面积，可以为区域空气质量模式提供实时的排放源清单，从而有效地模拟生物质燃烧的污染物排放量及影响范围，为森林防火及污染暴露人群疏散提供决策依据。为了实现上述以及相关目的，本专利技术的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本专利技术的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。此外，本专利技术旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。附图说明通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：图1为根据本专利技术实施例的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法的流程示意图；图2为根据本专利技术实施例的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算系统的逻辑结构框图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细描述。需要说明的是，本专利技术中的Landsat影像通过Landsat-5卫星获取，传感器采用LandsatTM传感器；MODIS燃烧火点通过MODIS传感器获取。为了说明本专利技术提供的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，图1示出了根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，包括：根据传感器提供的定标参数，将待估算地区的Landsat影像的像元DN值转换为反射率；根据所述反射率获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元，并将所述火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块；其中，根据所述反射率获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元的过程包括：根据所述反射率获取所述Landsat影像的归一化燃烧比，根据所述归一化燃烧比，对燃烧前后的Landsat影像进行对比，以获取燃烧前后的Landsat影像的差分归一化燃烧比，根据所述差分归一化燃烧比获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元；将参与估算的露天生物质燃烧火点与所述矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配；其中，所述参与估算的露天生物质燃烧火点的来源为：获取待估算地区的矢量格式的MODIS燃烧火点，通过对所述矢量格式的MODIS燃烧火点进行过滤，以排除低置信度火点、异常火点及固定火点，确定参与估算的露天生物质燃烧火点；根据匹配结果构建估算模型，根据所述估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积。

【技术特征摘要】
1.一种基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，包括：根据传感器提供的定标参数，将待估算地区的Landsat影像的像元DN值转换为反射率；根据所述反射率获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元，并将所述火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块；其中，根据所述反射率获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元的过程包括：根据所述反射率获取所述Landsat影像的归一化燃烧比，根据所述归一化燃烧比，对燃烧前后的Landsat影像进行对比，以获取燃烧前后的Landsat影像的差分归一化燃烧比，根据所述差分归一化燃烧比获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元；将参与估算的露天生物质燃烧火点与所述矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配；其中，所述参与估算的露天生物质燃烧火点的来源为：获取待估算地区的矢量格式的MODIS燃烧火点，通过对所述矢量格式的MODIS燃烧火点进行过滤，以排除低置信度火点、异常火点及固定火点，确定参与估算的露天生物质燃烧火点；根据匹配结果构建估算模型，根据所述估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积。2.如权利要求1所述的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，其中，在根据所述定标参数将待估算地区的Landsat影像像元的DN值转换为反射率的过程中，获取待估算地区的Landsat影像，并对所述Landsat影像进行筛选；根据所述定标参数，将筛选后的Landsat影像的像元DN值转换为卫星接收的后向散射太阳辐射亮度数据；根据所述传感器提供的卫星姿态参数及与卫星姿态相对应的Landsat影像的观测时刻，将所述后向散射太阳辐射亮度数据转换为反射率。3.如权利要求1所述的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，其中，在根据所述反射率获取所述Landsat影像中的火烧迹地像元的过程
\t中，通过卫星影像目视解译、人工判读或者资料搜集方式获取待估算地区的地面燃烧样本；根据所述地面燃烧样本，将与所述地面燃烧样本相对应的燃烧前后的Landsat影像各波段反射率进行对比，获取所述Landsat影像中燃烧前后反射率变化差异最大的波段，并根据所述波段计算所述Landsat影像的归一化燃烧比；根据所述归一化燃烧比计算燃烧前后的Landsat影像的差分归一化燃烧比；将所述地面燃烧样本与所述差分归一化燃烧比进行对应，根据对应结果统计所述Landsat影像的过火面积的识别阈值，根据所述识别阈值识别所述Landsat影像中所有的火烧迹地像元；将所述火烧迹地像元矢量化为Landsat燃烧斑块。4.如权利要求1所述的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，其中，在对矢量格式的MODIS燃烧火点进行过滤的过程中，获取所述MODIS燃烧火点的置信度，并根据预设的置信度区间对所述MODIS燃烧火点进行过滤；其中，将置信度不在所述置信度区间内的MODIS燃烧火点过滤掉；同时，基于所述MODIS燃烧火点所处的经纬度坐标，通过匹配对应的土地覆盖类型数据识别所述MODIS燃烧火点的地物类型，并根据所述MODIS燃烧火点的地物类型，排除非露天生物质燃烧火点、异常火点和固定火点。5.如权利要求3或4所述的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，其中，在将参与估算的露天生物质燃烧火点与所述矢量化后的火烧迹地像元进行空间和时间尺度的匹配的过程中，在进行空间尺度匹配时，以所述参与估算的露天生物质燃烧火点位置为中心、以MODIS卫星传感器实际观测像元尺寸的一半为半径建立缓存区，将所述缓存区与所述Landsat燃烧斑块有重叠的MODIS燃烧火点作为匹配火点；在进行时间尺度匹配时，获取所述差分归一化燃烧比所用到的燃烧前后
\t的Landsat影像的观测时刻，将在所述观测时刻之间的、且经过空间位置匹配的参与估算的露天生物质燃烧火点进行时序统计分析，确定所述匹配火点的燃烧发生时间，根据所述匹配火点的燃烧发生时间构建与所述燃烧斑块相对应的MODIS火点数据集。6.如权利要求1所述的基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算方法，其中，在根据所述估算模型估算待估算地区的露天生物质燃烧的过火面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：余超，陈良富，李莘莘，邹铭敏，王子峰，陶金花，张莹，苏林，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11