森林火災是一種(zhǒng)世界性的嚴重自然災害，既破壞森林資源，對(duì)野生生物和人的生命财産造成(chéng)損害，又對(duì)區域生态環境和全球氣候系統造成(chéng)嚴重影響。主要表現爲：(1)植物燃燒大氣排放大量的溫室氣 體(CO2，CO，CH，NO )并形成(chéng)氣溶膠，不僅改變了大氣化學(xué)成(chéng)分，而且可能(néng)直接影響輻射平衡和全球氣候系統口；(2)破壞區域生态環境的生産功能(néng)，導緻動物栖息地和生物多樣(yàng)性的減少扭；(3)改變了植被(bèi)演替方式和生物營養循環。

       遙感、地理信息系統技術爲人類研究防災減災工作提供了有效手段。MODIS 影像因具有較廣的光譜覆蓋範圍(0.62～14.385 txm，共36 個波段)及每天2 次覆蓋全球的動态監測能(néng)力、多通道(dào)的250 m、500 m 和1 km 數據爲局部(1oca1)、區域(region)和全球(globa1)的火災制圖提供了新的數據源，國(guó)内外學(xué)者對(duì)火災監測和制圖展開(kāi)了廣泛的研究，基于遙感的火災監測可以分爲火點(hotspot)探測和火災後(hòu)迹地(bum scar)識别兩(liǎng)大類，而火點自動識别是提高火災遙感監測響應速度的關鍵。

1、檢測區域及數據準備

1.1 檢測區域

     本方案將(jiāng)下圖中所示的紅色區域(阿拉斯加)作爲實驗區對(duì)基于煙霧輪廓的火災檢測方法進(jìn)行說明。

1.2 數據準備

①火災檢測用數據爲 MODIS 的 1B 級技術；

②用于比較火災檢測精度的 NASA 提供的 MOD14 數據；

③用于驗證火災發(fā)生是否真實發(fā)生的 AFS(Alaska Fire Service)2005 年火災記錄數據。

2、技術路線

2.1 波段提取

       本方案的計算過(guò)程主要使用了MODIS 數據的第1 和第21 波段，其中第一波段波長(cháng)爲620-670nm，空間分辨率爲250m。此波段主要用于提取煙霧使用。第21 波段波長(cháng)爲3.660-3.840μm，分辨率爲1km，主要用于判斷相元阈值是否具有發(fā)生火災的阈值特征。

2.2 數值的拉伸

       將(jiāng)波段1 和波段21 分别轉換爲反射率和灰度溫度。使用線形函數將(jiāng)1 波段的反射率由原來的0.1-0.3 進(jìn)行數值拉伸轉換成(chéng)0-1。

2.3 煙霧輪廓提取與二值化處理

       本方案在提取煙霧輪廓時(shí)使用了Sobel 邊緣增強方法，將(jiāng) X 方向(xiàng)上和 Y 方向(xiàng)的值相乘平均後(hòu)，進(jìn)行二值化處理。此阈值爲輪廓強度的4 分之1，再將(jiāng)二值化後(hòu)的輪廓逐一編号，即：貼标簽。

2.4 輪廓的直線近似

       按照輪廓的每一個标簽，將(jiāng)相元點的坐标值用最小二乘法進(jìn)行直線近似計算。計算結果如圖4 所示。在圖中可以看到在煙霧的中央出現了一條直線，直線的一端爲火點。

2.5 火災的判别

      運用計算出的直線判别火災方向(xiàng)的方法首先是在直線上取4 個點，并用最小二乘法算出輪廓強度的傾斜，強度大的方向(xiàng)可以被(bèi)視爲有火災發(fā)生。最後(hòu)對(duì)在與火災方向(xiàng)一緻的直線其端點消失位置周圍的12 個相元點進(jìn)行阈值測試，超過(guò) 311K 以上的即爲火災發(fā)生區域。但有兩(liǎng)種(zhǒng)情況例外：

①輪廓相元數量大于2000

②到輪廓的最大距離大于200

3、結果

       經(jīng)過(guò)上述處理最終得到的結果如圖2所示。當時(shí)阿拉斯加的中心區域雲量較少，可以較容易分辨出因火災而産生出的煙霧，將(jiāng)計算得到的煙霧影像與實際發(fā)生火災的記錄數據進(jìn)行疊加後(hòu)的結果如圖3所示。

圖2 計算得出的檢測結果

（紅色部分爲被(bèi)檢測出的發(fā)生火災區域）

        經(jīng)比較發(fā)現計算得出的圖5中所顯示的紅色部分即火災發(fā)生區域與火災記錄數據完全吻合，按照本方案所計算出的結果與MOD14和火災記錄數據比較後(hòu)的吻合率如下圖2和表1所示。

圖2 計算結果與驗證數據及MOD14的比較圖

表1.2005年8月10日驗證結果