野火蔓延速率(Wildfire Spread Rate,FSR),定義為單位時間內(nèi)野火朝某個方向蔓延的距離,是表征野火行為特征(野火火焰高度,野火火線密度等)的重要參數(shù)。(近)實時的野火蔓延速率數(shù)據(jù)可以為野火防控提供及時有效的監(jiān)控信息,提高相關(guān)部門野火救援的效率。然而,傳統(tǒng)的野火蔓延速率估算方法都難以實現(xiàn)大區(qū)域且(近)實時的野火蔓延速率估算,無法為相關(guān)部門及民眾提供科學(xué)及時的決策數(shù)據(jù)和支持。隨著新一代地球同步軌道衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射,高空間分辨率和時間分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取成為可能,有助于提高野火蔓延速率提取的時效性及準(zhǔn)確性。本研究以日本新一代地球同步軌道衛(wèi)星Himawari-8數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),面向2015年11月17日澳大利亞南部草原野火,開展基于地球同步軌道衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)野火火點檢測方法和野火蔓延速率提取方法研究。完成的主要工作和相關(guān)成果如下:(1)將目前常用的四種不同野火火點檢測算法應(yīng)用到Himawari-8數(shù)據(jù)上,對研究區(qū)野火火點進行近實時的檢測。四種野火火點檢測算法包括三種基于空間信息的野火火點檢測方法(基于固定閾值,基于窗口上下文以及基于全局上下文方法)和一種基于時間信息的野火火點檢測方法(基于時間序列方法)。不同算法中的參數(shù)根據(jù)研究區(qū)的信息設(shè)置。最后基于中分辨率成像光譜儀(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)野火火點產(chǎn)品(MYD14)對不同的野火火點檢測算法結(jié)果進行了質(zhì)量評估。同時,Himawari-8測試版的近實時野火火點(Active Wildfire,WLF)數(shù)據(jù)也被首次評價。結(jié)果顯示,基于全局上下文的檢測算法在研究區(qū)表現(xiàn)最好,基于時間序列的方法次之,基于固定閾值和基于窗口上下文的方法效果相當(dāng),WLF數(shù)據(jù)質(zhì)量最為不好。(2)建立了一種新的基于地球同步軌道衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的近實時野火蔓延速率提取方法(H8-FSR)。該方法的建立依據(jù)惠更斯理論和野火火點質(zhì)心理論。方法的實施分為三步:時間序列野火過火面積提取、時間序列野火中心提取、近實時野火蔓延速率計算。野火過火面積來自于野火火點的累計,野火中心來自過火面積的質(zhì)心。將該方法應(yīng)用在研究區(qū)提取了近實時的野火蔓延速率。結(jié)果顯示,與英聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization,CSIRO)草地野火傳播(Grassland Fire Spread,GFS)模型的野火速率模擬結(jié)果相比,H8-FSR方法可以很好的提取野火蔓延速率,其中回歸系數(shù)(slop)為0.944,決定系數(shù)(R~2)為0.552,平均偏差(Mean Bias Error,MBE)為-0.15 m/s,平均絕對百分誤差(Mean Absolute Percent Error,MAPE)為31.25%,均方根誤差(Root Mean Square Error,RMSE)為0.930 m/s。(3)探討了野火火點質(zhì)量和過火面積累計時間對于H8-FSR方法性能的影響以及分析了提取的野火蔓延速率與植被地形氣象之間的關(guān)系。影響H8-FSR性能的分析顯示,H8-FSR在不同的野火過火面積累計時間下表現(xiàn)出性能不同,基于全局上下文的野火火點檢測數(shù)據(jù)在累計時間為1個小時和2個小時的時候,H8-FSR表現(xiàn)最好。在相同的累計時間下,野火火點數(shù)據(jù)質(zhì)量越高,H8-FSR提取野火的性能越好。野火蔓延速率與植被地形氣象信息的相關(guān)性分析表明,在研究區(qū)野火蔓延速率與可燃物信息、氣象信息以及植被生長狀況有較顯著的相關(guān)關(guān)系,與坡度無顯著相關(guān)關(guān)系。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X932;TP79
【部分圖文】：

研究區(qū)的位置

不同工作模式下Himawari-8衛(wèi)星觀測區(qū)域和速率

風(fēng)向方位圖
【參考文獻】

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本文編號：2852795