基于多源遥感数据的高时空分辨率火点监测研究
发布时间：2021-11-15 21:11
近年来,世界各地森林火灾频发,不但对地球生态系统构成了巨大的威胁,而且对人类生活产生了严重的影响。由于具有更新频率高、监测范围广和工作效率高等优点,卫星遥感监测森林火点已经成为森林火灾实时监测、动态跟踪及灾后评估不可或缺的手段。针对当前基于单一遥感数据的火点监测算法和火点产品时空分辨率低,算法精度低,适应性差等缺点,本文结合多源遥感数据,开展高时空分辨率的火点监测和高精度的过火面积估算研究。本文主要从以下几个方面对火点监测和过火面积估算进行研究:（1）为解决目前遥感火点监测中由于数据的单一性导致火点信息在空间上或时间上存在局限性的问题,利用多源遥感数据在时间上和空间上的最优化布局集成监测火点。首先利用Himawari-8/AHI数据在时间序列上进行实时监测,再利用EOS/MODIS数据、NPP/VIIRS、NOAA/AVHRR数据和FY-3/VIRR数据时间上进行插入分析,此方法在不但火点监测的最高时间分辨率达到了10分钟,并且最高空间分辨率达到了375米。（2）分析了遥感卫星监测火点中最小可探测火点面积,根据普朗克黑体辐射定律中波长和温度的关系,利用中红外波段MIR与热红外波段TIR...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黑体光谱辐射强度变化规律曲线图
电子科技大学硕士学位论文20第三章遥感火点监测算法改进3.1遥感监测火点原理从理论上讲，只有物体的温度高于绝对温度（0K），都可以称之为辐射源，并将这种与温度有关的辐射称为热辐射，而黑体是一种具有最大辐射能力的物体，所以将它作为热辐射定量研究的标准[43]。而普朗克(Planck)黑体辐射定律描述的是黑体在一个温度下，发射出的电磁波的辐射频率和辐射强度彼此之间的关系，即黑体的光谱辐射亮度(M)、温度(T)和波长(λ)之间的关系，其表达式为：()2521hckThcMTe=(3-1)式中：M(T)为黑体的光谱辐射强度，h为普朗克常数，()34h6.62610JS=；C为光速，值为()82.99810m/s；K为波尔兹曼常数，值为()231.3810J/K；T为黑体的绝对温度（K）；λ为波长，单位为μm。由公式(3-1)可知，黑体的光谱辐射强度与温度是正相关的关系，与波长是反相关的关系。如图3-1所示，黑体的温度越高，其光谱辐射强度越大，并且峰值随着波长的增大而减校图3-1黑体光谱辐射强度变化规律曲线图图3-2火点与常温地物混合像元能量辐射示意图因为黑体的辐射是所以物体中最大的，所以以黑体的辐射度作为基准，将同温度和波长下普通地物的辐射度与之相比较，如公式(3-2)所示，地物在温度T，波长λ下的比辐射率为该地物的光辐射强度与黑体的光辐射强度的比值，通常用ε表示，取值范围为0到1之间。
第三章遥感火点监测算法改进21()()(),,,SbMTTMT=(3-2)像元是遥感影像的最小记录单位，它的数值反映的是遥感卫星上传感器接收的各个波段的发射的能量。常温地物在短波红外波段的发射能量数量级为()43210~10W/msrμm。但对近红外遥感数据而言，其反射能量的数量级为()11210~10W/msrμm，远远大于相同条件下的发射能量。如图3-2所示，当像元中同时存在常温地物和火点时，卫星传感器接收的能量主要是常温地物和火点混合的发射能量和反射能量，并且火点发射能量的数量级达()02210~10W/msrμm或更高。3.2最小可探测火点面积理论计算和分析根据火灾遥感监测原理，利用遥感技术探测地球上发生的火灾是毋庸置疑的。但是关于卫星最小可探测火点面积即灵敏度，却没有一个明确的界限，但是这个问题却是十分的重要，它关系到相关人员在设计星载传感时的相关技术指标，以及精度要求。也可以更加有效的避免宝贵的星载设备的资源浪费，实现高效准确的地面监控，给地面的救灾工作及时地提供指导，尽最大的可能避免财产损失。3.2.1最小可探测火点面积原理及方法根据普朗克黑体辐射定律可知，辐射度是随温度的增加而迅速增加的，当温度增加时，波长会向短波方向移动，即中红外波段MIR比热红外波段TI对于高温目标的反应更为敏感，MIR波段和TIR波段的光谱辐射强度R和辐射温度T的关系如图3-3所示，图3-3MIR和TIR波段的R-T关系图为了能够得到混合像元中实际燃烧区域面积，可以利用公式(3-3)进行计算，该公式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遥感数据的林火监测与过火面积估算方法研究[J]. 郏江杰,王有志,穆振娟,张宇涵,戴忆如. 价值工程. 2017(12)
[2]多源卫星遥感秸秆焚烧过火面积动态监测[J]. 武喜红,刘婷,程永政,王来刚,郭燕,张彦,贺佳. 农业工程学报. 2017(08)
[3]基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算研究[J]. 余超,陈良富,李莘莘,陶金花,苏林. 光谱学与光谱分析. 2015(03)
[4]多源卫星遥感农作物秸秆焚烧过火区面积估算方法[J]. 陈洁,郑伟,高浩,邵佳丽,刘诚. 农业工程学报. 2015(03)
[5]基于多元多项式回归的大兴安岭过火面积与气象因子的模型[J]. 王峰,郭金禄,郑煜. 森林工程. 2014(03)
[6]短波红外遥感高温地物目标识别方法研究[J]. 朱亚静,邢立新,潘军,孟涛,闻久成,王红红,乔振民,黄竞铖. 遥感信息. 2011(06)
[7]基于6S模型成都平原气溶胶光学厚度反演应用[J]. 董智慧,苗放,叶成名,饶玫瑰,杨秋玲. 长江大学学报(自然科学版). 2011(09)
[8]基于多源卫星遥感数据的森林过火区面积估算方法[J]. 郑伟,李亚君,刘诚,王萌. 林业科学. 2011(08)
[9]森林火灾发生规律、引发因素与预防措施[J]. 林顺根. 中国新技术新产品. 2011(03)
[10]ENVI下基于GLT的风云三号气象卫星几何校正研究[J]. 邓书斌,于强,骆知萌,董彦卿,康铭. 遥感信息. 2009(02)
博士论文
[1]基于Himawari-8遥感数据的火点探测和自动化云检测的探索[D]. 谢字希.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]野火风险遥感评估方法及应用[D]. 文崇波.电子科技大学 2019
[2]基于地球同步轨道卫星遥感数据野火蔓延速率估算[D]. 刘向茁.电子科技大学 2019
[3]基于Landsat和MODIS NDVI时序数据的青海湖流域植被覆盖度提取及其变化分析[D]. 陈昀琳.中国地质大学(北京) 2019
[4]森林火灾遥感监测、蔓延模拟及灾后评估研究[D]. 陈云云.内蒙古大学 2018
[5]高温目标遥感识别及混合像元分解方法研究[D]. 王鹏举.吉林大学 2018
[6]基于GF-1、HJ-1和FY-3数据集成的秸秆焚烧监测方法[D]. 王凯.西北师范大学 2018
[7]基于FY3遥感影像的森林火灾监测系统的研究[D]. 董晓锐.哈尔滨工程大学 2018
[8]基于多源遥感数据的中蒙边境地区草原火实时监测[D]. 丽娜.内蒙古师范大学 2017
[9]NOAA/AVHRR数据在森林火灾监测中的应用[D]. 高华东.中国海洋大学 2007
本文编号：3497498
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黑体光谱辐射强度变化规律曲线图
电子科技大学硕士学位论文20第三章遥感火点监测算法改进3.1遥感监测火点原理从理论上讲，只有物体的温度高于绝对温度（0K），都可以称之为辐射源，并将这种与温度有关的辐射称为热辐射，而黑体是一种具有最大辐射能力的物体，所以将它作为热辐射定量研究的标准[43]。而普朗克(Planck)黑体辐射定律描述的是黑体在一个温度下，发射出的电磁波的辐射频率和辐射强度彼此之间的关系，即黑体的光谱辐射亮度(M)、温度(T)和波长(λ)之间的关系，其表达式为：()2521hckThcMTe=(3-1)式中：M(T)为黑体的光谱辐射强度，h为普朗克常数，()34h6.62610JS=；C为光速，值为()82.99810m/s；K为波尔兹曼常数，值为()231.3810J/K；T为黑体的绝对温度（K）；λ为波长，单位为μm。由公式(3-1)可知，黑体的光谱辐射强度与温度是正相关的关系，与波长是反相关的关系。如图3-1所示，黑体的温度越高，其光谱辐射强度越大，并且峰值随着波长的增大而减校图3-1黑体光谱辐射强度变化规律曲线图图3-2火点与常温地物混合像元能量辐射示意图因为黑体的辐射是所以物体中最大的，所以以黑体的辐射度作为基准，将同温度和波长下普通地物的辐射度与之相比较，如公式(3-2)所示，地物在温度T，波长λ下的比辐射率为该地物的光辐射强度与黑体的光辐射强度的比值，通常用ε表示，取值范围为0到1之间。
第三章遥感火点监测算法改进21()()(),,,SbMTTMT=(3-2)像元是遥感影像的最小记录单位，它的数值反映的是遥感卫星上传感器接收的各个波段的发射的能量。常温地物在短波红外波段的发射能量数量级为()43210~10W/msrμm。但对近红外遥感数据而言，其反射能量的数量级为()11210~10W/msrμm，远远大于相同条件下的发射能量。如图3-2所示，当像元中同时存在常温地物和火点时，卫星传感器接收的能量主要是常温地物和火点混合的发射能量和反射能量，并且火点发射能量的数量级达()02210~10W/msrμm或更高。3.2最小可探测火点面积理论计算和分析根据火灾遥感监测原理，利用遥感技术探测地球上发生的火灾是毋庸置疑的。但是关于卫星最小可探测火点面积即灵敏度，却没有一个明确的界限，但是这个问题却是十分的重要，它关系到相关人员在设计星载传感时的相关技术指标，以及精度要求。也可以更加有效的避免宝贵的星载设备的资源浪费，实现高效准确的地面监控，给地面的救灾工作及时地提供指导，尽最大的可能避免财产损失。3.2.1最小可探测火点面积原理及方法根据普朗克黑体辐射定律可知，辐射度是随温度的增加而迅速增加的，当温度增加时，波长会向短波方向移动，即中红外波段MIR比热红外波段TI对于高温目标的反应更为敏感，MIR波段和TIR波段的光谱辐射强度R和辐射温度T的关系如图3-3所示，图3-3MIR和TIR波段的R-T关系图为了能够得到混合像元中实际燃烧区域面积，可以利用公式(3-3)进行计算，该公式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遥感数据的林火监测与过火面积估算方法研究[J]. 郏江杰,王有志,穆振娟,张宇涵,戴忆如. 价值工程. 2017(12)
[2]多源卫星遥感秸秆焚烧过火面积动态监测[J]. 武喜红,刘婷,程永政,王来刚,郭燕,张彦,贺佳. 农业工程学报. 2017(08)
[3]基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算研究[J]. 余超,陈良富,李莘莘,陶金花,苏林. 光谱学与光谱分析. 2015(03)
[4]多源卫星遥感农作物秸秆焚烧过火区面积估算方法[J]. 陈洁,郑伟,高浩,邵佳丽,刘诚. 农业工程学报. 2015(03)
[5]基于多元多项式回归的大兴安岭过火面积与气象因子的模型[J]. 王峰,郭金禄,郑煜. 森林工程. 2014(03)
[6]短波红外遥感高温地物目标识别方法研究[J]. 朱亚静,邢立新,潘军,孟涛,闻久成,王红红,乔振民,黄竞铖. 遥感信息. 2011(06)
[7]基于6S模型成都平原气溶胶光学厚度反演应用[J]. 董智慧,苗放,叶成名,饶玫瑰,杨秋玲. 长江大学学报(自然科学版). 2011(09)
[8]基于多源卫星遥感数据的森林过火区面积估算方法[J]. 郑伟,李亚君,刘诚,王萌. 林业科学. 2011(08)
[9]森林火灾发生规律、引发因素与预防措施[J]. 林顺根. 中国新技术新产品. 2011(03)
[10]ENVI下基于GLT的风云三号气象卫星几何校正研究[J]. 邓书斌,于强,骆知萌,董彦卿,康铭. 遥感信息. 2009(02)
博士论文
[1]基于Himawari-8遥感数据的火点探测和自动化云检测的探索[D]. 谢字希.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]野火风险遥感评估方法及应用[D]. 文崇波.电子科技大学 2019
[2]基于地球同步轨道卫星遥感数据野火蔓延速率估算[D]. 刘向茁.电子科技大学 2019
[3]基于Landsat和MODIS NDVI时序数据的青海湖流域植被覆盖度提取及其变化分析[D]. 陈昀琳.中国地质大学(北京) 2019
[4]森林火灾遥感监测、蔓延模拟及灾后评估研究[D]. 陈云云.内蒙古大学 2018
[5]高温目标遥感识别及混合像元分解方法研究[D]. 王鹏举.吉林大学 2018
[6]基于GF-1、HJ-1和FY-3数据集成的秸秆焚烧监测方法[D]. 王凯.西北师范大学 2018
[7]基于FY3遥感影像的森林火灾监测系统的研究[D]. 董晓锐.哈尔滨工程大学 2018
[8]基于多源遥感数据的中蒙边境地区草原火实时监测[D]. 丽娜.内蒙古师范大学 2017
[9]NOAA/AVHRR数据在森林火灾监测中的应用[D]. 高华东.中国海洋大学 2007
本文编号：3497498
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