基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，该方法包括：步骤A：数据预处理，分别得到波段1、波段2反射率影像，波段21、波段31及波段32辐射率影像，波段21、波段31及波段32对应亮温数据；步骤B：火点提取，其包括：步骤B1，剔除云像元和水像元；步骤B2，陆地像元分类；步骤B3，判识火点；步骤B4，去除虚假火点。本发明专利技术提供的基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，采用自适应阈值思想进行陆地像元分类，可灵活选取阈值，减少了火点的误检、漏检，提高了温带地区森林火灾检测精度。

Forest fire detection method in temperate zone based on MODIS data

【技术实现步骤摘要】
基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法
本专利技术涉及森林火灾检测
，特别是涉及一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法。
技术介绍
森林是一种重要的自然资源，在维持环境平衡中发挥着重要作用。森林火灾突发性强、破坏性大、处置较为困难，及时准确地掌握火情对于灾害救援、灾情评估十分关键。传统的林火监测手段主要包括护林员地面巡查、嘹望台观测、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，而卫星遥感技术的出现为林火监测提供了一种全新的手段，十分适合森林火灾的常态化监测，可以实现对森林大面积的高频次、快速监测，为各级政府针对森林火灾的监测与扑救提供了重要的参考依据。目前，利用遥感技术进行森林火灾预警与防控工作，形成了比较成熟的研究方法和技术路线。火点算法通常基于火的热学性质，使用中红外波段对火点进行实时监测。根据热辐射原理，地表火燃烧引起的局地温度骤升会带来该区域中红外波段辐射能量的急剧增大，与远红外通道及周围背景像元的辐射能量形成巨大反差，通过识别这种差异便可以从遥感影像中判识火点。在理论模型方面，有固定阈值算法、绝对火点识别算法、MODIS火点算法等。固定阈值法提取火点方法简便，但容易受到区域、季节因素的影响，统一的阈值设定往往会造成不同程度的火点漏检与误检，算法通用性较差；绝对火点识别算法在固定阈值法基础上引入背景像元概念，通过识别中红外通道亮温与周围背景像元亮温的差异提取火点，由于不同地域地表温度差异性存在，当下垫面背景像元温度比较高且达到设定的阈值时，非火点陆地像元可能会误检为火点，当下垫面背景温度较低时，容易造成低温或小面积火点的漏检；MODIS火点算法核心是基于邻近背景像元的上下文算法发展而来，考虑了像元之间的相互关联性，通过潜在火点像元与有效背景像元之间亮温关系提取火点，但在区分潜在火点像元与有效背景像元时阈值设定是全球通用的，存在火点漏检概率。综上所述，目前通用的火点检测算法大多考虑到背景像元亮温，在一定程度上减少火点误检、漏检个数，但是算法适用性较低，不能灵活选取阈值，针对温带地区森林火灾提取精度较低，存在火点误检、漏检。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，采用自适应阈值思想进行陆地像元分类，可灵活选取阈值，减少了火点的误检、漏检，提高了温带地区森林火灾检测精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，该方法包括以下步骤：步骤A：数据预处理，其包括：步骤A1，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据与1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正；步骤A2，对几何校正得到的250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行波段运算，得到波段1、波段2反射率影像；步骤A3，对几何校正得到的1km分辨率发射率波段SI数据波段运算，得到波段21、波段31及波段32辐射率影像；步骤A4，结合普朗克黑体公式得到波段21、波段31及波段32对应亮温数据；步骤B：火点提取，基于步骤A得到的数据提取火点，其包括：步骤B1，剔除云像元和水像元；步骤B2，陆地像元分类；步骤B3，判识火点；步骤B4，去除虚假火点；其中，步骤B2具体包括：对经过步骤B1处理后得到的陆地像元进行分类，如果陆地像元满足：(T4＞Th)∩(ρ0.65＜0.3)∩(ρ0.86＜0.3)，则为疑似火点像元，否则为非火点陆地像元；对得到的疑似火点像元继续分类，如果疑似火点像元满足T4＞340K，则为绝对火点像元，否则，对不满足T4＞340K的疑似火点像元继续分类；如果不满足T4＞340K的疑似火点像元满足(T4＞315K)∩(T411＞15K)，则为潜在火点像元，否则为有效背景像元；其中，Th为波长4μm对应波段21亮温自适应阈值：由最高温向最低温累加亮温直方图像元个数，直至累加到20％为止，所对应的亮温值即为Th；T4是波长4μm对应波段21亮温，T411是波长4μm对应波段21与11μm对应波段31亮温值之差，ρ0.65、ρ0.86分别代表波长为0.65μm对应波段1反射率、波长为0.86μm对应波段2反射率。可选的，所述步骤A1中，所述几何校正包括投影转换和去除蝴蝶结效应。可选的，所述步骤A1中，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据与1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正，包括：打开MOD021KM数据集中250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据，使用ENVI5.3软件中GeoreferenceMODIS工具，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行几何校正；同理，对1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正。可选的，所述步骤A2中，对几何校正得到的250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行波段运算，得到波段1、波段2反射率影像，其中反射率计算采用如下定标公式：Reflectance＝reflectance_scale*(DN-reflectance_offset)；式中，Reflectance代表反射率，reflectance_scale代表定标增益，DN代表图像有效计数值即亮度值，reflectance_offset代表定标偏移量。可选的，所述步骤A3中，对几何校正得到的1km分辨率发射率波段SI数据波段运算，得到波段21、波段31及波段32辐射率影像，其中辐射率计算采用如下定标公式：Radiance＝radiance_scale*(DN-radiance_offset)；式中，Radiance代表辐射率，radiance_scale代表定标增益，DN代表图像有效计数值即亮度值，radiance_offset代表定标偏移量。可选的，所述步骤A4中，结合普朗克黑体公式得到波段21、波段31及波段32对应亮温数据，包括：根据普朗克黑体公式推导得到亮温计算公式：式中，T表示像元亮温值，c表示真空中光速，h表示普朗克常数，为6.626*10-34m2kg/s，k表示玻尔兹曼常数，为1.38*10-23J/K，ωλ为辐射出射度；根据亮温计算公式得到波段21、波段31及波段32对应亮温数据。可选的，所述步骤B1中，剔除云像元和水像元，包括：识别并剔除云像元和水像元，如果白天像元满足：((ρ0.65+ρ0.86)＞0.9∪(T12＜265K))∪((ρ0.65+ρ0.86)＞0.7∩(T12＜285K))；夜晚像元满足T12＜265K，则识别为云像元，进行剔除处理，其中，ρ0.65、ρ0.86分别代表波长为0.65μm对应波段1反射率、波长为0.86μm对应波段2反射率，T12为波长12μm对应波段32对应亮温；利用土地利用类型进行叠加分析识别并剔除水像元。可选的，所述步骤B3中，判识火点，包括：对步骤B2得到的潜在火点像元进行判识，通过改变以潜在火点像元为中心像元的窗口大小，分析潜在火点像元与周围背景像元之间的亮温差异，来判别潜在火点像元是否为真实火点像元；窗口大小n*n从3*3循环扩大至21*21，当窗口中有效背景像元个数N满足(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：数据预处理，其包括：步骤A1，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据与1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正；步骤A2，对几何校正得到的250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行波段运算，得到波段1、波段2反射率影像；步骤A3，对几何校正得到的1km分辨率发射率波段SI数据波段运算，得到波段21、波段31及波段32辐射率影像；步骤A4，结合普朗克黑体公式得到波段21、波段31及波段32对应亮温数据；步骤B：火点提取，基于步骤A得到的数据提取火点，其包括：步骤B1，剔除云像元和水像元；步骤B2，陆地像元分类；步骤B3，判识火点；步骤B4，去除虚假火点；其中，步骤B2具体包括：对经过步骤B1处理后得到的陆地像元进行分类，如果陆地像元满足：(T4＞Th)∩(ρ0.65＜0.3)∩(ρ0.86＜0.3)，则为疑似火点像元，否则为非火点陆地像元；对得到的疑似火点像元继续分类，如果疑似火点像元满足T4＞340K，则为绝对火点像元，否则，对不满足T4＞340K的疑似火点像元继续分类；如果不满足T4＞340K的疑似火点像元满足(T4＞315K)∩(T411＞15K)，则为潜在火点像元，否则为有效背景像元；其中，Th为波长4μm对应波段21亮温自适应阈值：由最高温向最低温累加亮温直方图像元个数，直至累加到20％为止，所对应的亮温值即为Th；T4是波长4μm对应波段21亮温，T411是波长4μm对应波段21与11μm对应波段31亮温值之差，ρ0.65、ρ0.86分别代表波长为0.65μm对应波段1反射率、波长为0.86μm对应波段2反射率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：数据预处理，其包括：步骤A1，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据与1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正；步骤A2，对几何校正得到的250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行波段运算，得到波段1、波段2反射率影像；步骤A3，对几何校正得到的1km分辨率发射率波段SI数据波段运算，得到波段21、波段31及波段32辐射率影像；步骤A4，结合普朗克黑体公式得到波段21、波段31及波段32对应亮温数据；步骤B：火点提取，基于步骤A得到的数据提取火点，其包括：步骤B1，剔除云像元和水像元；步骤B2，陆地像元分类；步骤B3，判识火点；步骤B4，去除虚假火点；其中，步骤B2具体包括：对经过步骤B1处理后得到的陆地像元进行分类，如果陆地像元满足：(T4＞Th)∩(ρ0.65＜0.3)∩(ρ0.86＜0.3)，则为疑似火点像元，否则为非火点陆地像元；对得到的疑似火点像元继续分类，如果疑似火点像元满足T4＞340K，则为绝对火点像元，否则，对不满足T4＞340K的疑似火点像元继续分类；如果不满足T4＞340K的疑似火点像元满足(T4＞315K)∩(T411＞15K)，则为潜在火点像元，否则为有效背景像元；其中，Th为波长4μm对应波段21亮温自适应阈值：由最高温向最低温累加亮温直方图像元个数，直至累加到20％为止，所对应的亮温值即为Th；T4是波长4μm对应波段21亮温，T411是波长4μm对应波段21与11μm对应波段31亮温值之差，ρ0.65、ρ0.86分别代表波长为0.65μm对应波段1反射率、波长为0.86μm对应波段2反射率。2.根据权利要求1所述的基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述几何校正包括投影转换和去除蝴蝶结效应。3.根据权利要求1所述的基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，其特征在于，所述步骤A1中，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据与1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正，包括：打开MOD021KM数据集中250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据，使用ENVI5.3软件中GeoreferenceMODIS工具，对250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行几何校正；同理，对1km分辨率发射率波段SI数据进行几何校正。4.根据权利要求1所述的基于MODIS数据的温带地区森林火灾检测方法，其特征在于，所述步骤A2中，对几何校正得到的250m分辨率的太阳反射率波段数据抽样到1km分辨率时的SI数据进行波段运算，得到波段1、波段2反射率影像，其中反射率计算采用如下定标公式：Reflectance＝reflectance_scale*(DN-reflectance_offset)；式中，Reflectance代表反射率，reflectance_scale代表定标增益，DN代表图像有效计数值即亮度值，reflectance_offset代表定标偏移量。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剋，郭畅，李国洪，朱行辉，王玉静，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北,13