FY3-VIRR數(shù)據(jù)火情遙感監(jiān)測研究

1、    fy3/virr數(shù)據(jù)火情遙感監(jiān)測研究    呂明佳摘要：本文從宏觀上論述了衛(wèi)星資料對火情監(jiān)測的重要作用。同時以黑龍江為例，比對現(xiàn)有國內(nèi)外利用衛(wèi)星資料的林火監(jiān)測模型，以virr數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行深入分析 。建立fy3/virr的火情遙感監(jiān)測模型，結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)庫，快速掌握林火發(fā)生和發(fā)展的動態(tài)，為林火發(fā)生時提供最佳方案，同時為估算林火災情損失提供理論支持。關(guān)鍵詞：火情； fy3/virr； 遙感監(jiān)測引言由于受氣候異常、高溫和干旱以及人類活動的影響，尤其是環(huán)境破壞導致溫室效應、臭氧空洞，使得近年來我國乃至全世界范圍內(nèi)森林火災頻發(fā)，造成了重大的經(jīng)濟損失和嚴

2、重的環(huán)境破壞，由于林火常常發(fā)生在地理分散，位置偏僻的地方，發(fā)生之初往往很難發(fā)現(xiàn)，如何及時快速的監(jiān)測其發(fā)生，對于救火隊員及時撲救具有重要意義，同時也可大大降低其產(chǎn)生的破壞和損失。 遙感以其時間分辨率高、覆蓋范圍廣、成本低而深受廣大科研人員和專業(yè)人員的青睞。風云三號（fy-3）衛(wèi)星是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，可以對全球天氣和環(huán)境實現(xiàn)全天候、三維、定量、多光譜遙感，為災害和環(huán)境的遙感監(jiān)測提供了更為有效的手段。黑龍江作為我國的主要林區(qū)，對林火的監(jiān)測有著迫切的要求。本文正是利用現(xiàn)有的fy3遙感資料，對森林火災進行監(jiān)測和分析，低成本，高效率，直觀準確的對火情進行監(jiān)測，同時災害發(fā)生后形成分析與評估。為防災減災

3、決策提供科學依據(jù)，具有十分重要的意義。1 virr 數(shù)據(jù)特點virr為可見光掃描輻射計，是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星-fy-3所攜帶的探測儀器，掃描范圍±55.4o， 地面分辨率1.1km。主要用于云監(jiān)測全球云量、判識云的高度類型和相態(tài)、探測海洋表面溫度、監(jiān)測植被生長狀況和類型、監(jiān)測高溫火點、判識地表積雪覆蓋、探測海洋水色等領(lǐng)域。10個光譜通道，其中包括4個可見光通道、3個熱紅外通道、2個短波紅外和1個近紅外通道。2 研究區(qū)域黑龍江省是林業(yè)大省， 有林地面積為2007萬hm2， 森林覆蓋率為43.6%左右， 是我國主要的林業(yè)基地之一。森林是寶貴的經(jīng)濟資源， 也是構(gòu)成生態(tài)環(huán)境的重要因子。林

4、火監(jiān)測在森林保護工作中占有重要地位。過去的森林火情監(jiān)測手段觀測范圍和頻次有限， 它們的作用就顯得單薄1。多年來，由于氣象條件多變和人類活動影響，森林火災時常發(fā)生，著名的87.5.6大火、2003年黑河大火、2005年呼瑪大火都使寶貴的林業(yè)資源付之一炬2。我國新一代的極軌氣象衛(wèi)星fy3上所攜帶的virr探測器能夠獲取地球探測環(huán)境的三維，全球，全天候，定量，高精度資料，并有多時次、大視野、費用少和定位準確等優(yōu)點， 使其在森林火災監(jiān)測中的應用越來越廣泛， 特別是與新興的地理信息系統(tǒng)（gis）技術(shù)相結(jié)合， 可為撲火工作提供及時、準確的決策服務。3 主要研究內(nèi)容與方法3.1火情監(jiān)測的理論依據(jù)可見光紅外掃

5、描輻射計（virr）的第 3，4，5 通道的波長范圍分別在 3.55 -3.95m，10.3-11.3m，11.5-12.5m，依據(jù)維恩位移定律：t*max =2897.8（k，m），溫度 t 和輻射峰值波長 m成反比，即溫度越高，輻射峰值波長越小。針對可見光掃描輻射計virr的3、4、5通道進行分析，常溫（約 300k）地表輻射峰值波長在通道 4的波長范圍左右，林火燃燒溫度一般在 550k 以上，根據(jù)公式，其熱輻射峰值波長靠近通道 3 的波長范圍。圖 1 為利用普朗克公式計算的中紅外和遠紅外波長范圍的黑體輻射率隨溫度的變化曲線。輻射率的增量在通道 3增長高于通道 4，所以，用通道 3 數(shù)據(jù)進

6、行林火監(jiān)測具有理論可行性。3.2 遙感火點監(jiān)測方法3.2.1 目視判別方法針對白天的遙感影像數(shù)據(jù)，對virr的3、2、1通道進行彩色合成，分別賦予其為紅色、綠色和藍色，則在圖像上明火區(qū)表現(xiàn)為鮮紅色，過火區(qū)表現(xiàn)為暗紅色，植被為綠色，水體為深藍色，云或煙霧則為灰色。夜間的軌道數(shù)據(jù)對3、4、4通道進行rgb假彩色合成，明火區(qū)為鮮紅色，灰色的為云，其他難以識別3。通過smart軟件疊加經(jīng)緯度和行政邊界，對1、2通道進行曲線增強，3通道進行指數(shù)拉伸，均可以幫助我們迅速準確的掌握火情的發(fā)生發(fā)展情況。3.2.2 計算機自動判識人機交互判識依賴于經(jīng)驗及圖像的清晰度，雖然精度較高，但在大范圍火點出現(xiàn)時，則效率不

7、高。計算機自動判識在某種程度上改善了人機交互在業(yè)務中的效率問題。根據(jù)實際監(jiān)測效果和理論計算，判識火點條件主要根據(jù)中紅外通道的亮溫增量以及中紅外通道與遠紅外通道（ch4）亮溫差異的增量：t3-t3bg> t3th且t34-t34bg>t34th這里 t3、t3bg 、t3th 分別為被判識像元中紅外通道亮溫、中紅外通道背景亮溫、中紅外通道火點判識閾值。背景溫度計算對判識精度有直接影響。對于下墊面單一的植被覆蓋稠密區(qū)，由鄰近像元取平均對被判識像元有較好的代表性。而在植被與荒漠交錯地帶，由于各像元的植被覆蓋度可能有較大差異，由此計算的鄰近像元平均亮溫有可能與被判識像元有較大差異，因而判識

8、閾值需要隨之調(diào)整。通過建立不同季節(jié)，不同觀測時次的亮溫閾值數(shù)據(jù)集，將會使計算機的自動判識精度效率更高4，利于快速掌握林火發(fā)生和發(fā)展的動態(tài)，為林火發(fā)生時提供最佳方案。4.結(jié)論在本文中，對我國自主研究發(fā)射的風云三號衛(wèi)星 virr 資料數(shù)據(jù)進行了火情監(jiān)測研究，通過對fy3/virr波段特性的深入分析，確定基于fy3/virr的火情監(jiān)測系統(tǒng)，以期在火情發(fā)生時能夠精準快定位火點信息，同時對火情的發(fā)展蔓延進行跟蹤監(jiān)測。氣象衛(wèi)星遙感應用于森林火情監(jiān)測，是氣象衛(wèi)星應用服務的一個重要方面，將衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于災情監(jiān)測能夠及時為相關(guān)部門提出較為經(jīng)濟實用的實施方案和技術(shù)措施，減少國民生產(chǎn)損失。參考文獻1王麗娜.gis和遙感技術(shù)在黑龍江省森林火災監(jiān)測、輔助決策中的應用 林火監(jiān)測2006（2）：232季生太.衛(wèi)星