一种基于卫星遥感的森林火点识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于卫星遥感的森林火点识别方法，包括如下步骤：步骤1：进行火点识别有效波段筛选；步骤2：对火点信息初步提取；步骤3：对灾前林地信息提取；步骤4：非林火噪声干扰点剔除；步骤5：火点提取结果精度检验；步骤1中，在利用多光谱卫星数据对火点进行识别时，根据方差分析思想构建可分性度量指标对利于火点识别的有效波段进行筛选；通过利用中高空间分辨率的光学卫星遥感影像，筛选利于火点识别的若干有效波段，在此基础上，采用机器学习算法对最优波段合成影像上的火点信息进行初步提取，并结合灾前卫星遥感影像提取的森林分布信息图层，对非林火噪声干扰点进行剔除，由此获取林地区域范围内的精确林火信息。由此获取林地区域范围内的精确林火信息。由此获取林地区域范围内的精确林火信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星遥感的森林火点识别方法


[0001]本专利技术涉及一种遥感图像处理
，具体涉及一种基于卫星遥感的森林火点识别方法。

技术介绍

[0002]森林火灾是影响森林生态系统最为严重的灾害类型之一。全球每年约发生森林火灾数十万次，森林受灾面积数百公顷，约占全球森林覆盖面积的0.1%。森林火灾不仅会造成林业资源的巨大经济损失，还会改变整个生态系统的碳循环过程和碳分布格局，打破全球生态系统平衡。同时，林火燃烧释放的大量有害物质，不仅会加剧气候变化和部分地区的空气污染，还会对周边居民的生命财产安全构成极大威胁。随着气候变化的不断加剧，受高温、少雨、大风等不利天气的影响，森林火灾发生的频率和强度均在不断增大，开展有效的森林火灾监测刻不容缓。
[0003]目前，我国的森林火灾监测主要采取地面巡护、瞭望塔监测、航空巡护、无人机巡护等手段。其中，地面巡护火情识别率高、定位准确，但受到复杂林区环境影响，效率低；瞭望塔监测覆盖面较大、效果较好，但受瞭望塔数量及人为因素限制，盲区大、监测准确率低；航空巡护视野宽、机动性大、速度快，但巡护成本高、存在安全隐患、视频图像无法实时回传，同时受夜航和环境因素影响大，难以实现长时间连续监测；无人机巡护空间分辨率高、应急机动性强、数据实时性强，但巡护成本较高、全区域覆盖难度大，尚未形成规模化应用。
[0004]与传统的火情监测手段相比，卫星遥感技术具有探测范围广、采集信息丰富、重复观测能力强、数据获取速度快，且信息采集不受地形条件影响等特点，可及时发现火点位置及变化，准确评估火灾损失及影响，对于分布范围广且发灾地区不宜接近的森林火灾，卫星遥感具有独特且重要的优势，已逐渐成为火灾预防和监测的重要手段，并广泛应用于森林火灾的预警、动态监测和灾后评估工作。
[0005]现阶段，运行在地球同步轨道、极地轨道等不同轨道的国内外遥感卫星，提供了不同重访周期、空间分辨率、覆盖范围及光谱特性的对地观测数据，在森林火灾监测中发挥了重要作用。其中，静止轨道卫星，如风云二号、风云四号、葵花八号等，可提供分钟级观测数据，有助于及时发现火点并对其进行跟踪，为森林火灾监测提供最及时的信息支撑。但是，常规静止轨道卫星以气象卫星为主，空间分辨率较粗，几何定位精度偏低，难以实现森林火点的精确定位。此外，极轨低空间分辨率光学卫星，如风云三号、美国NOAA/AVHRR、Terra、Aqua /MODIS 等，可获取每天对地观测数据，并通过多星组网的方式，缩短数据的获取间隔。但此类卫星的空间分辨率一般在250~1000米，对森林火点的精准提取能力仍然不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于卫星遥感的森林火点识别方法，为解决大区域范围内高效、快速、准确、精细地提取森林火点信息提供技术支撑，解决了森林火点提取精准度不佳的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于卫星遥感的森林火点识别方法，包括如下步骤：步骤1：进行火点识别有效波段筛选；步骤2：对火点信息初步提取；步骤3：对灾前林地信息提取；步骤4：非林火噪声干扰点剔除；步骤5：火点提取结果精度检验；其中，步骤1中，在利用多光谱卫星数据对火点进行识别时，根据方差分析思想构建可分性度量指标对利于火点识别的有效波段进行筛选；可分性度量指标的计算公式如下：式中，为反映不同地物类间差异的组间离差平方和；为反映相同地物类内差异的组内离差平方和；和分别为和的自由度；x为样本观测矩阵；m为各类地物的样本数量；n为波段数量；表示波段地物A、B的区分能力，可分性度量值越大，地物A、B间的可分离性越好，越能够对地物A、B进行有效区分；x具体为维的样本观测矩阵，xj为第j组的所有观测值，xij为第j组的第i个观测值，其中，i=1,2,......,n、j=1,2,......,m。
[0008]基于历史森林火灾卫星遥感影像，分别选取火点及其他常见非火点地物类型的样本数据，分别计算火点与其他各类地物在各个波段的可分性度量值，并根据可分性度量值的大小对所有波段进行排序，结合地物的波谱特性和波段变量之间的相关性，综合确定火点识别的若干最优波段。
[0009]其中，步骤2的具体步骤如下，为获取准确的火点及其空间分布信息，需保证卫星影像的空间位置精确、光谱信息真实；先对获取的原始火灾遥感影像进行一系列的预处理，预处理包括影像融合、辐射定标、大气校正以及几何校正；在此基础上，基于最优波段合成影像，采用机器学习算法对全区域范围内的所有火点信息进行初步提取，形成火点识别结果。
[0010]进一步优化，步骤3的具体步骤如下，为获取准确的森林覆盖信息，保证卫星影像精确的空间位置和真实的光谱信息，对火灾发生之前，同一区域相近时相的遥感影像进行同样的预处理，预处理包括影像融合、辐射定标、大气校正、几何校正，然后再采用基于随机森林的遥感影像分类方法对灾前影像进行地物分类，提取区域范围内的所有林地信息，形成森林分布信息图层。
[0011]其中，步骤4的具体步骤如下，采用GIS技术，将步骤2中提取的火点识别结果叠加到步骤3中提取的森林分布信息图层上，对林地区域范围外的所有非林火噪声干扰点进行剔除，由此获得林地区域范围内的真实林火信息。
[0012]其中，步骤5的具体步骤如下，根据森林火点识别结果，结合人工目视解译以及野外实地勘察情况，对林火识别结果中的漏判误判情况进行统计分析，评估森林火点的识别精度；火点识别精度计算公式如下：式中，是火点识别正确率，为提取的真实火点数占提取火点总数的比率；是火点识别漏判率，为未提取的真实火点数占真实火点总数的比率。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出基于极轨中高空间分辨率光学卫星遥感的森林火点识别方法，为解决大区域范围内高效、快速、准确、精细地提取森林火点信息提供技术支撑。通过利用中高空间分辨率的光学卫星遥感影像，筛选利于火点识别的若干有效波段，在此基础上，采用机器学习算法对最优波段合成影像上的火点信息进行初步提取，并结合灾前卫星遥感影像提取的森林分布信息图层，对非林火噪声干扰点进行剔除，由此获取林地区域范围内的精确林火信息。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0015]图1为本专利技术实施例中各波段排序雷达统计图。
[0016]图2为本专利技术实施例中火灾影像预处理前图像。
[0017]图3为本专利技术实施例中火灾影像预处理后图像。
[0018]图4为本专利技术实施例中火点识别最优波段合成影像。
[0019]图5为本专利技术实施例中火点信息初步提取结果。
[0020]图6为本专利技术图5中初步提取结果中的真实林火的局部放大图。
[0021]图7为本专利技术图5中初步提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星遥感的森林火点识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：进行火点识别有效波段筛选；步骤2：对火点信息初步提取；步骤3：对灾前林地信息提取；步骤4：非林火噪声干扰点剔除；步骤5：火点提取结果精度检验；其中，步骤1中，在利用多光谱卫星数据对火点进行识别时，根据方差分析思想构建可分性度量指标对利于火点识别的有效波段进行筛选；可分性度量指标的计算公式如下：式中，为反映不同地物类间差异的组间离差平方和；为反映相同地物类内差异的组内离差平方和；和分别为和的自由度；为样本观测矩阵；为各类地物的样本数量；为波段数量；表示波段对地物A、B的区分能力，可分性度量值越大，地物A、B间的可分离性越好，越能够对地物A、B进行有效区分；具体为维的样本观测矩阵，xj为第j组的所有观测值，xij为第j组的第i个观测值，其中，i=1,2,......,n、j=1,2,......,m；基于历史森林火灾卫星遥感影像，分别选取火点及其他常见非火点地物类型的样本数据，分别计算火点与其他各类地物在各个波段的可分性度量值，并根据可分性度量值的大小对所有波段进行排序，结合地物的波谱特性和波段变量之间的相关性，综合确定火点识别的若干最优波段。2.根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感的森林火点识别方法，其特征在于：步骤2的具体步骤如下，为获取准确的火点及其空间分布信息，需保证卫星影像的空间位置精确、光谱信息真实；先对获取的原始火灾遥感影像进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振宇，陈静，廖诗森，郑覃，梁婧彤，
申请(专利权)人：眉山环天智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：