旋翼无人机林火点定位技术研究

无人机携带摄像系统在森林防火中应用,林火点的精准定位是该项技术推广应用的关键。本文提出一种基于GPS和微波测距的森林着火点定位方法,通过在南京森林警察学院院内两块实验场地（林地、无林土丘）进行火烧除工作点火试验,以无人机和飞控系统为主要手段获取旋翼无人机现实飞行参数、无人机航空摄影林火数据,以地面精准监测林火实证数据为基础,结合三维地形数据信息,对基于GPS和微波测距的森林着火点定位方法精度进行检验。数据表明,该方法为一项有效的无人机林火点定位技术,且林火定位技术的真误差在10m以内,完全满足林火监测精度要求。该技术能够迅速、准确判断森林着火点位置,为森林防火提供决策性数据支持。     

关于遥感技术监测森林火灾能力的估算

本文根据林区背景的温度差异,取火场的平均温度,并在假定可以满足识别目标的信噪比的情况下,计算了机载与卫星(NOAA)遥感系统的监测能力。计算结果与实地试验基本符合。因此,利用卫星、机载和地面三个高度层次的遥感资料的相互印证与补充,并加以对照,可对森林火灾进行早期监测。     

近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统展望

森林火灾是最为常见的灾害之一,严重危及人类生命安全。及时准确监测森林火灾的发生及火场状况,对应对火灾及减少损失至关重要。当前,森林火灾卫星遥感监测主要以低空间分辨率的卫星遥感为主,空间分辨率过低导致无法探测规模较小火灾及掌握详细火场态势。针对这一问题,结合近些年中高空间分辨率卫星观测、共享及处理能力的发展,本文从森林火灾卫星遥感监测的基本原理、当前可用中高空间分辨率卫星数据及其特点、中高分辨率森林着火区监测算法,以及数据共享与云端存储与计算等4个技术环节,对森林火灾中高分辨率卫星遥感监测当前研究现状与存在问题进行了总结,阐述了近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统的可行性。近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统可对已有低空间分辨率森林火灾监测体系形成重要补充,依托其空间分辨率的优势有助于及早、准确发现小规模火情,进而为森林火灾的防治与管理提供更好支撑。     

森林火灾的卫星预警与监测系统研究

林火卫星预警系统是一种在遥感技术和GIS工具支持下的新型林火综合监测系统,其快速、及时、宏观、准确的特点,使其在林火监测上具有很大优势,是有发展前途的林火监测手段。     

NOAA-AVHRR数据在吉林省东部林火信息提取中的应用

概述了利用NOAA-AVHRR数据进行林火监测的原理和4种方法。针对吉林省东部的森林火灾,运用4种方法进行了火点信息提取与分析,最后对阈值法进行了改进,提取精度达到了89.2%。分析了NOAA-AVHRR应用于林火遥感监测的可行性和不足。     

基于遥感数据的森林火灾监测研究概述

研究和总结了遥感数据在森林火灾监测中的应用,研究对象主要是NOAA和MODIS,内容包括遥感监测火灾的原理、基于2种数据的森林火灾监测算法以及目前的研究现状。最终得出结论:MODIS数据在林火监测的准确率和定位精度等方面较NOAA卫星有较大的提高,动态监测具有较好的应用前景。     

基于Skyline的三维林火模拟分析系统

森林是国家的重要资源,是人类赖以生存的自然环境条件,森林火灾的防护是林业工作的重要组成部分,保护森林资源是全国乃至全人类的重要任务。本文利用Skyline软件,根据林火扩散模型的特征、崂山市地形等因素,选取王正非模型模拟林火扩散,系统实现了基础信息的管理、图层管理、火场管理、火险等级划分等功能,在一定程度上为指导森林防火工作提供了科学依据。     

基于VIIRS火点数据和FARSITE系统的森林火灾蔓延模拟

针对森林火灾模型模拟、预测火灾蔓延结果精度随时间增加而降低的问题,提出了使用卫星遥感火监测数据重初始化火灾模型降低模拟结果误差的方法。使用FARSITE（Fire Area Simulator）火灾模拟系统模拟内蒙古自治区一场森林火灾,并使用375 m的VIIRS（Visible infrared Imaging Radiometer Suite）火监测数据对FARSITE重初始化,探究该方法在中国林火蔓延模拟中的应用。使用SC（S?rensen’s Coefficient）值,辅以多源卫星遥感数据,评估该方法模拟结果精度。结果显示,各模拟过程中,模拟结果精度均随模拟时间的增加而降低,重初始化的模拟结果与实际过火区一致性更高,VIIRS重初始化模拟结果SC值最高提高56.89%,最终SC值提高了45.45%;最终模拟结果的SC值从最初的54.14%经过VIIRS火点修正后提高到78.76%;模拟过程中的VIIRS火点重初始化的模拟结果SC值最高为87.8%。使用VIIRS火监测数据重初始化FARSITE火灾模拟系统,将火灾分为多次进行模拟,缩短模拟时间,有效控制模拟误差的传递,提高了森林火灾蔓延模拟的精度,这种方法提高了火灾模型在大规模、长时间森林火灾应用中的可靠性。     

基于ArcEngine的林火监测云图坐标转换及配准功能的研发

采用二次开发语言VB,通过基于ArcEngine的组件开发模式,对林火监测云图进行配准及坐标转换,使其能够与基础地理信息数据叠加显示,准确判断火点的属地信息等相关地理信息以及相关防火、扑火信息,并且可以依托地理信息系统对火点信息进行管理。使林火监测云图与地理信息系统高度融合,增加了地理信息系统数据的来源,提高了云图的使用效率。最终促进了森林防火工作的信息化和现代化。     

耦合Rothermel模型与粒子系统的林火蔓延模拟方法北大核心CSCD

科学准确地模拟分析森林火灾蔓延动态对防灾减灾救灾工作具有重要意义。现有的林火蔓延模拟方法在林火蔓延计算和可视化表达上,耦合程度低且难以将动态物理模型计算结果实时可视化表达。针对这一问题,本文在综合考虑国内外各种火灾蔓延模型优缺点的基础上,选取应用广泛的Rothermel模型作为物理模型。通过惠更斯理论优化了火灾演进范围边界点割裂的不足,采取着火点密度阈值控制种子点数量与模拟可视化效率的平衡;利用布尔运算提高多着火点蔓延范围计算效率,将火灾模型与Open Scene Graph的粒子系统进行紧密耦合,完成火灾演进可视化表达。本文方法实现了对森林火灾蔓延的精确计算和实时、逼真模拟,为灾害应急部门提供信息化支撑。     

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品及其应用

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品主要包括全球范围内的火点位置、亚像元火点面积和火点强度等信息,可用于实时监测全球范围的森林草原火灾、秸秆焚烧等生物质燃烧状况。火点判识算法主要根据中红外通道对高温热源的敏感特性,即含有火点的中红外通道像元辐亮度和亮温较远红外通道的辐亮度和亮温偏高,同时较周边非火点的中红外像元偏高,建立合适的阈值可探测含有火点的像元。亚像元火点面积估算主要使用中红外单通道估算,根据亚像元火点面积估算结果对火点强度进行分级,不同的级别表示不同程度的火点辐射强度。基于全球火点自动判识结果,每日生成0.01°分辨率的卫星遥感日全球火点产品,每月生产0.25°×0.25°格点的全球月火点密度图。在利用FY-3D/MERSI-II火点产品开展的全球火点监测应用中,对多起全球重大野火事件进行了监测,为防灾减灾、全球气候变化研究、生态环境保护等方面提供卫星遥感信息支持。     

卫星遥感火点监测应用和研究进展

卫星遥感在自然灾害管理和应对中发挥了越来越多的作用。火点遥感在火灾频发的时候也被寄予厚望。梳理了火山、环境、气候、火灾等方面对火点遥感的需求,中国火灾监测的行业用户对时空分辨率需求迫切程度不同;概述了用于火点遥感监测的卫星数据源特点,光谱维度上以热红外敏感波段最重要,卫星轨道特点也是影响火点遥感监测能力重要因素;在分析火点遥感物理原理和方法的基础上,综述了当前火点遥感方法的研究进展及优缺点。按照火灾发生的灾前、灾中、灾后3个阶段,分别讨论了当前火点遥感提供信息支撑的能力。火点遥感用于发现火灾仍需要与地面监测等手段联合使用。     

用SPOT卫星影像研究阿木尔林业局森林火灾损失

本研究以1987年5月30日接收的法国SPOT卫星标准假彩色合成影像为主要信息源,对大兴安岭阿木尔林业局火灾造成的林地损失进行了研究。文中着重介绍了面积量算方法、原理和误差;选取适量地面样地,用抽样统计和角规辅助目测方法计算蓄积损失并与二类调查结果进行比较;在影像上按火烧等级的判读结果、现地景观与烧死率─火灾的定量描述,及三者之间的一致性。结果表明,应用SPOT卫星资料,按本研究所介绍的方法进行火灾损失估计,可快速、经济地获得所需结果,并可满足精度要求。     

利用NOAA/AVHRR资料监测南方林区森林火灾的研究

本文论述了南方林区森林火灾时间分布集中、发生率高、面积小,并以地表火为主的特征;总结了气象卫星资料的林火信息特征和非林火干扰信息规律;研究了建造林火监测专家系统的理论方法,进而提出了林火宏观实时监测系统的总体设计,并建立了以计算机图像处理为基础的、以林火背景数据库支持的、以专家系统为核心的林火监测系统。并利用南方林火模拟实验和历史林火资料对该监测系统进行了改进。最后讨论了林火监测系统改进方向和研究体会。     

基于物联网技术的灭火救援综合处置平台设计与实现

金砖国家领导人在厦门会晤期间,为满足灭火救援的“短、平、快”作战要求,实现警情、任务等信息快速下达,作战指挥部与前沿作战人员互联互通,并满足“1-3-5-10”分钟的作战需求。本文通过应用北斗卫星通信及导航定位等物联网技术,构建汇聚数据、图像、语音、视频通信于一体的灭火救援综合处置平台。该平台覆盖消防网格化责任区,联通总指挥部、中队指挥所、微型消防站、现场巡查官兵及社会防控面警力等关键环节,实现根据警情需求对消防作战力量合理、高效、优化、集结与调配。     

Himawari-8静止气象卫星时序法火点探测

随着新一代静止气象卫星的发射,高频次和高时效的观测特性对于火点探测具有独特优势。本文基于Himawari-8新一代静止气象卫星高频次观测特点,提出有利于火情初期火点判识的时序探测方法。与传统的极轨气象卫星遥感火情监测采用的上下文法不同,时序探测法判识火点的方法依据为探测像元亮温在观测时间上的差异。研究结果显示,在无云及无异常热源条件下,相邻时次中红外亮温差异较小,当前后时次亮温差达到3K时,可判识出火点,而上下文法的阈值均在6 K以上,时序法的火点判识阈值较上下文法明显降低,探测相应的亚像元火点面积减小一倍以上,从而提高了火情判识的灵敏度,实现火点早期发现。本文介绍了时序法火点判识方法,并以黑龙江桦川县的星地同步观测实验进行验证,研究表明,时序法较上下文法在初发火点探测灵敏度方面有明显优势,时序法和上下文法的结合可提高气象卫星对火情发展过程的监测能力。     

联合多源遥感数据监测四川木里县森林火灾

森林火灾既严重影响森林生态系统的稳定,还威胁到人类生命财产安全。传统监测森林火灾方法,覆盖范围小,难以及时监测小面积火灾。遥感卫星能大范围精确监测火情,提高了监测方法的时效性,但使用单一卫星数据源很容易受到云雨等客观环境因素影响,降低监测的时效性。本文以四川木里藏族自治县"330森林火灾"区域为对象,开展多源卫星遥感数据对小范围火灾联合监测的研究。首先,充分挖掘高分四号高时空分辨率和中红外火烧敏感波段优势,联合烟幕、温度和植被指数时序变化确定火烧时间与位置;然后,使用Sentinel-2数据监测不同火烧区域光谱信息;接着,使用Sentinel-2数据提取dNBR(differenced Normalized Burn Ratio),提出了基于最大类间方差算法(OTSU)分步骤确定不同程度火烧迹地与面积的方法;最后,建立Sentinel-1A极化比值PR (Polarization Ratio)和NDVI之间关系,利用微波雷达突破云雨限制。结果表明:(1)高分四号联合IRS(InfraRed Scanner)和PMS(Panchromatic Multispectral Sensor)能够实时监测小范围火灾;(2)根据火点位置,确定火灾蔓延期间NDVI下降(由0.7降低至0.25),确定起火时间(3月30日);(3)火灾区域与未受灾区,以及不同类型火烧迹地之间的光谱在490—2200 nm范围存在差异;(4)基于OTSU算法自动确定阈值,确定林地损失面积41.56公顷(dNBR=0.35),精度达94.67%,提取林地过火未损失面积66.56公顷(dNBR=0.10),精度达90.94%,林地损失区域基本符合实际调查结果;(5)火灾前后极化比值由6.6 dB升高至10.8 dB,NDVI与PR经线性回归,R2=0.58,验证R2=0.50。联合多源卫星监测森林火灾,能提高森林火灾监测的时效性,避免了云雨等复杂环境的影响。研究成果能为小火点的及时识别和灾害评估提供参考,其应用可为林火应急响应提供技术支撑。     

“天-空-地”协同滑坡监测技术进展

滑坡灾害是全球范围内发生频率最高、分布范围最广、造成损失最重的自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产和重大工程设施的安全。科学监测是实现滑坡预警预报与主动防范的重要技术前提,经过多年的技术攻关,融合高分辨率光学遥感、卫星InSAR、无人机摄影测量、无线传感网络(WSN)等多种新技术方法,滑坡监测已从传统点式人工监测逐步发展到“天-空-地”多维协同监测,在我国地质灾害风险识别与监测预警方面取得显著成效。本文结合多年来对滑坡发生机理与变形破坏过程的研究认识,从天(光学遥感和InSAR)、空(无人机摄影测量)、地(全球导航卫星系统、裂缝计等专业监测)三维立体角度对我国滑坡监测技术的最新研究进展进行了系统总结,分析讨论了不同技术在工程实践中的技术优势和适用性,构建了滑坡变形破坏全过程的“天-空-地”协同监测技术体系,为滑坡地质灾害的科学防范提供一种新的思维范式和经验指导。