[发明专利]一种基于多源遥感数据的森林火灾火烧迹地提取方法

说明书

本申请涉及一种基于多源遥感数据的森林火灾火烧迹地提取方法，其包括下述步骤：S1：基于高时间分辨率遥感数据，计算森林火灾扰动指数，将森林火灾扰动指数大于第一阈值的像元判定为火烧像元，且将该火烧像元位置确定为火点位置，并记录该火点位置的时间信息；S2：基于高空间分辨率遥感数据，以所述火点位置为圆心，计算火点位置周围预定距离范围内像元在火灾发生之前和火灾发生之后的归一化植被指数变化，当归一化植被指数变化绝对值大于第二阈值时，则将该像元判定为火烧像元，提取所有火烧像元，生成火烧迹地数据。本文所述的方法可精确确定火灾发生的全部范围，提高基于遥感火烧迹地信息提取精度，并与其他干扰因素区分。

技术领域

本申请涉及生物质燃烧卫星遥感探测技术领域。具体来说，本申请涉及一种基于多源遥感数据的森林火灾火烧迹地提取方法。

背景技术

自然火灾(Wild Fire)是生态系统演替过程中的自然现象，但也会对区域生态系统和全球气候造成严重影响。这种影响主要表现为改变大气化学组成，且可能直接影响宇宙辐射平衡和全球气候系统；破坏区域生态系统的生产功能，减少动物栖息地和生物多样性；干扰植被演替方式和生物营养循环。因此，有必要在全球或者区域尺度上对森林火灾的火情和火烧迹地面积进行检测，以便及时控制火灾灾情，准确估计火灾对生态环境的影像。

火灾发生时具有明显的温度异常特征，而火灾发生前后植被会发生显著的变化，这些特征均成为基于遥感提取火烧迹地相关算法的基础。基于火灾发生时的温度异常，可以实现卫星过境时可能发生火灾像元的实时监测，对火点像元进行归并可以产生火烧迹地数据^[1]。此外，利用年际最大地表温度合成值与同年的最大植被指数合成值构建火灾扰动指数，也被用于基于遥感的火烧迹地信息提取^[2]。这种方法同时利用了火灾扰动发生时地表温度的显著增高，以及火灾发生前后植被指数的显著下降，通过比值的方式对火灾发生时的扰动特征进行放大，有利于火点信息的提取。以上两种方法对于火烧迹地信息的提取均依赖于火灾发生时的温度变化，但由于卫星过境时间较短，所记录的温度异常信息并不一定能覆盖全部火灾范围，再加上火灾发生时烟雾等的影响，所提取的火烧迹地信息可能存在一定漏判误差。

另一种基于遥感的火烧迹地提取方法则不考虑火灾发生时的温度异常，提取过程主要依赖于火灾发生前后的不同波段反射率的变化特征，包括绿光波段(0.5-0.6μm)、红光波段(0.6-0.7μm)、近红外波段(0.75-0.9μm)以及中红外波段(1.5-2.0μm)等在火灾发生前后的突变^[3]。采用的方法包括双向反射率分布函数^[4]、多元Logistic回归模型^[5]、设定突变阈值^[6]以及贝叶斯网络分类模型^[7]等。此外，不同波段间相互组合构成的光谱指数在火烧前后也会发生显著变化，如NDVI(归一化植被指数，Normalized Difference VegetationIndex)、GEMI(全球环境监测指数，Global Environmental Monitoring Index)在火灾发生之后显著下降，BAI(过火面积指数，Burned Area Index)在火灾发生之后显著升高。因此，通过比较火烧前后的光谱指数变化范围，设定阈值，也可以实现火烧迹地信息的提取^[8]。以上方法对于火烧迹地信息的提取主要依赖于火烧所造成的反射率及光谱指数的突变，对于受火灾影响的边缘区域，由于变化特征较小，采用设定阈值的方式可能会带来一定的漏判误差。此外，这类方法主要缺陷在于难以区分具有类似光谱变化特征的其他非火灾事件，如洪水、森林砍伐等。