一种森林草原火灾中火场蔓延区域的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种森林草原火灾中火场蔓延区域检测方法，用以解决现有技术中对火场在一定时长内的蔓延区域进行检测的问题。所述火场蔓延区域检测方法，首先从待检测时段的T

【技术实现步骤摘要】
一种森林草原火灾中火场蔓延区域的检测方法
本专利技术属于自然灾害检测领域，具体涉及一种森林草原火灾中火场蔓延区域的检测方法。
技术介绍
森林草原等在自然状态下，由于环境中火种的存在及自身的可燃性，极易引发野外火灾，每年由此引起的损失非常巨大。森林草原火灾发生后的应急扑救过程中，需要密切关注火场的蔓延情况，有效调度指挥火场的扑救工作。森林草原火蔓延是森林草原火灾火险分析和扑救决策的重要参考指标，国内外现有的森林草原火蔓延模型主要包括以美国的Rotherml模型为代表的物理机理模型、以加拿大的FBP模型为代表的半机理半统计模型、和以澳大利亚McArthur模型为代表的统计模型等三种模型。上述模型主要利用火场(或火场附近)的气象、地形和植被等要素来预测森林草原火灾发生后在未来某时刻火场蔓延的方向、速度和区域等，与现实森林草原火灾发生中火场真实蔓延状况均存在着一定误差，也不能准确检测出火场的蔓延情况。现有技术中，还缺乏利用时序卫星遥感技术及时准确检测森林草原火灾蔓延态势。在国内外森林草原火灾日常卫星遥感监测中，主要利用Terra/AquaMODIS、NOAA/AVHRR、FY-3等具有中低空间分辨率(公里级别的热红外传感器)、高时间分辨率(白天、夜晚对同一地点各观测一次)的卫星数据，由于受到这些卫星影像的时间、空间和辐射等分辨率的限制，人们通常仅利用获取的单时次卫星影像提取该时刻森林草原的着火像元或火烧迹地像元，未对火场在一定时长内的蔓延区域进行检测。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种森林草原火灾中火场蔓延区域的检测方法，通过具有高时间分辨率特性的高分四号卫星(简称GF-4)白天同时观测获取的空间分辨率为50m的可见近红外多光谱影像(简称PMS)文件和空间分辨率为400m的中波红外影像(简称IRS)文件组合形成的影像文件(简称GF-4PMI)，检测森林草原火灾发生过程中火场蔓延区域，准确、有效地指挥火灾应急扑救工作，制定高效、正确的决策方案。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种森林草原火灾中火场蔓延区域检测方法，所述火场蔓延区域检测方法包括如下步骤：步骤S1，从T1时刻和T2时刻的GF-4PMI影像中分别获取PMS和IRS文件，所述T1时刻和T2时刻间的时间段为待检测时段；步骤S2，对PMS和IRS文件分别进行辐射定标、物理量计算，分别将PMS和IRS文件记录的像元灰度值对应转换生成表观反射率和亮温；再对生成的表观反射率影像文件和亮温影像文件分别进行几何精校正后，采用双线性插值方法将空间分辨率为50m的反射率影像文件各波段插值为400m的5个全色和可见近红外多光谱反射率波段，并与同时刻经几何精校正后的1个400m亮温影像文件进行波段重新组合，分别形成T1和T2时刻具有空间分辨率为400m、6波段的影像文件；并以生成的T1时刻的6波段影像为参考，采用相对配准方法对T2时刻的6波段影像进行几何配准后，裁剪生成覆盖共同感兴趣区域的T1和T2时刻的6波段影像文件；步骤S3，利用所述T1时刻和T2时刻的6波段影像文件，分别利用着火点检测算法和火烧迹地检测算法标识出T1时刻和T2时刻获取影像中的着火点像元、火烧迹地像元、以及云像元、陆地像元和背景像元，并将对T1时刻的判识结果输出为中间临时文件Temp1、T2时刻判识结果输出为临时文件Temp2；步骤S4，利用Temp1和Temp2文件进行火场蔓延区域检测；步骤S5，去除检测结果中的单个变化像元，得到后处理后的变化区域；步骤S6，对后处理后的变化区域分别按二值图和矢量化图输出火场蔓延区域检测结果。上述方案中，所述步骤S4中的检测，首先判断是否发生了火场蔓延；当发生火场蔓延时，再检测火场蔓延的区域。上述方案中，所述检测过程如下：当Temp1和Temp2文件对应位置的像元值相同时；或者当Temp1文件的像元值为背景像元值时，则为未变化像元，判定为火场未发生变化；当Temp1文件的像元值为着火点像元值，Temp2文件对应位置的像元值为火烧迹地像元值时，则为火场变化像元，判定为火场发生变化；当Temp1文件的像元值为火烧迹地像元值，Temp2文件对应位置的像元值为着火点像元值时，则为火场变化像元，判定为火场发生变化；当Temp1文件的像元值为云或陆地像元值，Temp2文件对应位置的像元值为着火点像元值或火烧迹地像元值时，则为火场变化像元，判定为火场发生变化。上述方案中，将各类像元值分别标识为：着火点像元值代码为1、火烧迹地像元值代码为2、云像元值代码为3、陆地像元值代码为4和背景像元值代码为5；Temp1和Temp2文件对应位置的像元值分别为A1和A2，输出判定结果为C，C＝0表示火场未发生变化，C＝1表示火场发生变化；检测差别式为：A1＝A2或A1＝5时，C＝0(1)A1＝1，A2＝2时，C＝1(2)A1＝2，A2＝1时，C＝1(3)A1＝3或4，A2＝1或2时，C＝1(4)。上述方案中，所述去除检测结果中的单个变化像元，对检测结果通过表示邻域滤波分析和区域增长的3×3矩阵进行运算，将由卫星影像噪声导致误判输出值为1的单个像元点去除。上述方案中，所述步骤S6中火场蔓延区域检测结果，包括：火场蔓延区域的面积，火场蔓延的平均面速度，火头蔓延方向。上述方案中，火场蔓延区域的面积ΔS按式(6)计算；ΔS＝X×Y×N(6)式(6)中，X为影像像素横向空间分辨率；Y为影像像素纵向空间分辨率；N为T1与T2时刻间火场发生变化的像元数。上述方案中，火场蔓延的平均面速度V采用式(5)计算：V＝ΔS/Δt(5)式(5)中，V为火场蔓延的平均面速度，单位为m2/s；Δt为T1与T2时刻的差，单位为s；ΔS为蔓延面积，单位为m2。上述方案中，所述火头蔓延方向，利用变化像元和前后时刻着火像元位置，采用八邻域判识方法进行判断，包括依次由数字1至8表示的八个方位：东方、东南方、南方、西南方、西方、西北方、北方、东北方。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过具有高时间分辨率特性的高分四号卫星白天同时观测获取的空间分辨率为50m的可见近红外多光谱影像文件和空间分辨率为400m的中波红外影像文件组合形成的时序GF-4PMI，定量动态检测森林草原火灾发生过程中火场蔓延区域的面积、火场蔓延的平均面速度和火头蔓延方向，为指挥火灾应急扑救工作提供了有效、可靠的火情动态数据，为制定高效、正确的决策方案提供了保障。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图1为本专利技术实施方式提供的森林草原火灾中火场蔓延区域检测方法流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种森林草原火灾中火场蔓延区域检测方法，其特征在于，所述火场蔓延区域检测方法包括如下步骤：/n步骤S1，从T

【技术特征摘要】
1.一种森林草原火灾中火场蔓延区域检测方法，其特征在于，所述火场蔓延区域检测方法包括如下步骤：
步骤S1，从T1时刻和T2时刻的GF-4PMI影像中分别获取PMS和IRS文件，所述T1时刻和T2时刻间的时间段为待检测时段；
步骤S2，对PMS和IRS文件分别进行辐射定标、物理量计算，分别将PMS和IRS文件记录的像元灰度值对应转换生成表观反射率和亮温；再对生成的表观反射率影像文件和亮温影像文件分别进行几何精校正后，采用双线性插值方法将空间分辨率为50m的反射率影像文件各波段插值为400m的5个全色和可见近红外多光谱反射率波段，并与同时刻经几何精校正后的1个400m亮温影像文件进行波段重新组合，分别形成T1和T2时刻具有空间分辨率为400m、6波段的影像文件；并以生成的T1时刻的6波段影像为参考，采用相对配准方法对T2时刻的6波段影像进行几何配准后，裁剪生成覆盖共同感兴趣区域的T1和T2时刻的6波段影像文件；
步骤S3，利用所述T1时刻和T2时刻的6波段影像文件，分别利用着火点检测算法和火烧迹地检测算法标识出T1时刻和T2时刻获取影像中的着火点像元、火烧迹地像元、以及云像元、陆地像元和背景像元，并将对T1时刻的判识结果输出为中间临时文件Temp1、T2时刻判识结果输出为临时文件Temp2；
步骤S4，利用Temp1和Temp2文件进行火场蔓延区域检测；
步骤S5，去除检测结果中的单个变化像元，得到后处理后的变化区域；
步骤S6，对后处理后的变化区域分别按二值图和矢量化图输出火场蔓延区域检测结果。


2.根据权利要求1所述的火场蔓延区域检测方法，其特征在于，所述步骤S4中的检测，首先判断是否发生了火场蔓延；当发生火场蔓延时，再检测火场蔓延的区域。


3.根据权利要求2所述的火场蔓延区域检测方法，其特征在于，所述检测过程如下：
当Temp1和Temp2文件对应位置的像元值相同时；或者当Temp1文件的像元值为背景像元值时，则为未变化像元，判定为火场未发生变化；
当Temp1文件的像元值为着火点像元值，Temp2文件对应位置的像元值为火烧迹地像元值时，则为火场变化像元，判定为火场发生变化；
当Temp1文件的像元值为火烧迹地像元值，Temp2文件对应位置的像元值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃先林，刘倩，胡心雨，李增元，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11