基于组件GIS技术的林火遥感信息可视化研究

随着科学技术不断发展,遥感技术(RS)被引入到森林防火工作中,但遥感监测所得的大量林火数据直观性较差.该文以广西气象局卫星林火识别数据为数据源,探讨基于组件GIS实现林火遥感信息可视化的技术和方法,并利用SuperMap objects开发了卫星遥感林火业务系统,实现了林火信息查询及统计信息的可视化.应用结果表明,使用GIS组件可快速实现林火信息可视化,进而极大地方便了林火信息发布工作.     

草原火灾监测中的遥感卫星数据源

卫星遥感是野火监测中的常规手段。通过比较各卫星遥感数据的光谱特性,提出日本的Himawari-8卫星作为新一代的静止轨道气象卫星,其高频率连续地观测数据能提供火灾动态演变的重要数据。新一代的极轨气象卫星Suomi NPP和Sentinel-3A具有相对高的时间分辨率和空间分辨率,可以提供火点发现、火点定位、燃烧面积测量、灾后评估等数据。中等分辨率(15~100m)的Landsat8能提供更精确的火点定位和更详细的地形信息。     

基于中分辨率成像遥感数据的毕拉河林场林火信息检测

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)时间序列数据进行森林火情监测的原理及通道特性进行分析,利用阈值算法提取火点信息作为鲁棒卫星技术(RST)算法阈值确定前提,结合2种算法对内蒙古大兴安岭毕拉河林场火灾进行火点信息的提取,提高火点信息算法精度;然后,基于确认的火点信息,结合局部变化检测指数(ALICE)和全球环境监测指数(GEMI)提取过火迹地信息。结果表明:结合2种算法确定新的阈值可以有效地提取森林火点信息,检测精度由高到低的顺序为基于连续日期均值算法和基于空间域均值算法、基于每月同期均值算法,基于连续日均值的RST算法更加适合林火信息检测;结合ALICE和GEMI提取过火迹地信息的方法可以检测出绝大部分过火迹地像元,检测精度较高。     

林火目标遥感多光谱识别指数构建方法研究

针对现有高温目标识别方法中波段筛选、识别指数构建缺少数学定量评判指标的问题,以内蒙古大兴安岭地区一次森林火灾为例,选用Landsat 8 OLI遥感影像数据进行林火目标多光谱识别指数构建方法的研究。研究发现,基于方差分析原理的"可分性度量"指标可作为高温目标识别方法研究中波段筛选、识别指数构建的数学定量评判指标,改进以往识别方法的定性分析方式。在区分林火目标与其他地物过程中,上述数学定量评判指标均具有遥感目标识别与分类的物理意义;其分类适宜性对林火目标的识别与提取具有重要作用。经过验证分析,利用"可分性度量"评判指标筛选出的适宜火点识别指数,在实际分类中效果良好、精确度较高,与理论结果相吻合。     

基于MOD IS遥感影像的森林火灾火点检测方法

采用结合可见光和红外通道实现烟雾掩膜预处理、潜在火点识别和基于背景窗动态阈值检测火点的方法,对大兴安岭2个火灾区的火点进行检测,验证了改进火点算法对小火点具有较高的敏感性,同时表明4um通道亮温值低于320 K,将能有效检测出小火点和闷烧火点,为林火预警和及时扑救提供有力支持.     

基于实地核查的气象卫星森林火情监测真实性检验

随着卫星平台的高速发展和监测技术的日趋完善,气象卫星凭借高频次和高时效特点在森林火情监测方面具有独特优势。研究简要介绍了气象卫星森林火情监测原理,提出了卫星监测缓冲区半径人工核查法,对极轨气象卫星(polar-orbiting meteorological satellite)上下文法(contextual)和静止气象卫星(geostationary meteorological satellite)时序法(temporal sequence method)计算得出的林火监测结果进行真实性检验。结果显示,极轨与静止气象卫星结合的森林火情监测方法的真实火点率达81.03%,具有较高的时空稳定性;湖南省真实火点分布具有明显的时空分布集聚特征,湖南南部五地级市监测得到的真实火点占全省真实火点的76.60%,“林火较高发期”监测真实火点占全部真实火点的81.96%;静止气象卫星首次监测到的真实火点占全部真实火点数的96.28%,FY4A国产静止气象卫星在森林火情监测中体现了明显高精度优势。研究表明,卫星监测实地核查为森林火情真实性检验工作提供了重要的核验数据,填补了国内大尺度长时序森林火情监测...     

气溶胶卫星遥感产品在林火检测中的适用性

森林火灾导致火点周围气溶胶光学厚度(AOD)发生显著变化,可利用MODIS气溶胶产品作为识别火点的辅助手段.通过对比火点周围MODIS C5 10 km、C6 3 km、C6 10 km气溶胶产品的有效样本数、空间分布特征来评估不同版本气溶胶产品应用于火灾烟羽检测的可行性,同时对比在火点32方位角条件下AOD的积累效应对烟羽敏感性的差异.结果表明,MODIS C6 3 km气溶胶产品能较准确地表征林火伴生的烟羽特征,C6 10 km和C5 10 km产品效果较差.C6 3 km产品在以火点为中心,扩散半径为24 km时,32方位角累积AOD比值对烟羽检测敏感,C5 10 km和C6 10 km产品对烟羽检测的敏感性较差.     

遥感技术在GIS空间数据更新中的应用

主要介绍了怎样利用遥感技术有效地进行GIS信息源和数据的更新。GIS的重要信息源之一是遥感数据，地面目标的空间和属性信息的提取可以从遥感图像中快速而可靠地获得。     

基于WRF模式研究动态风场对林火蔓延预测的影响——以西昌“3·30”森林火灾为例

风场是影响林火蔓延行为最关键的因素之一。许多林火发生在地形复杂多变的山区,会产生复杂的局部风场。为探究动态风场对林火蔓延预测的影响,以“3·30”西昌泸山森林火灾为研究对象,利用WRF(weather research and forecasting)模式模拟动态风场,并与林火蔓延模型耦合。分别将模拟风场和均一风场分别输入林火蔓延模型,基于林火蔓延过程中实际火场范围数据,分析动态风场对林火蔓延模型预测结果的影响。结果表明,耦合WRF模式和林火蔓延模型考虑了分辨率更高、且更为准确的局部风场,能够实现对森林火灾蔓延的动态模拟。预测得到的火场范围和均一风场相比,与实际范围具有更高的相似度。     

红外林火图像采集系统设计

林火是一种破坏性极强的灾害,林火探测已成为林火研究中重要的研究内容之一。给出了利用FPGA嵌入式技术实现林火图像信号的采集、数据打包和传输等功能的系统。该系统稳定可靠,通用性强,提高了火灾探测的实时性、准确性,并已在林火探测系统中得到实际应用。     

呼伦贝尔市气候变化对森林草原火灾的影响及未来趋势分析

【目的】气候变暖是引发森林和草原火灾发生次数增加和过火面积扩大的重要因素。呼伦贝尔草原是中国北方地区重要的生态防护屏障,也是目前受气候变化影响最为严重的区域之一。通过研究呼伦贝尔市气候和森林草原火灾的历史变化,计算未来变化趋势以及干旱指数,为该地区应对气象灾害以及森林草原火灾的防御准备工作提供理论依据。【方法】利用重标极差(R/S)分析法、标准化降水蒸散指数(SPEI)分析等方法整理分析内蒙古自治区呼伦贝尔市1961—2018年的气象数据,得出过去及未来变化趋势以及干湿程度。通过分析1990—2018年呼伦贝尔市森林草原火灾数据,将气象要素与干旱状况分别与森林草原火灾数据相结合进行分析,得出火灾未来变化趋势。【结果】 ①1961—2018年内蒙古呼伦贝尔市气温和降水量增加,相对湿度和日照时间下降;气温未来变化趋势将与过去变化趋势相同,降水量、相对湿度、日照时间变化趋势将与过去变化趋势相反;2011年始呼伦贝尔市气候出现持续干旱状况,通过24个月的数据分析得出,未来将会持续保持干旱。②森林火灾的发生频度和过火面积均呈现上升趋势,分别为1次/a和318.38 hm ²/a;草原火灾的发生频度和过火面积均呈现下降趋势,分别为0.41次/a和12 486 hm ²/a。③当植物处于生长季时,草原火灾和森林火灾均与气温呈负相关,与降水量呈正相关,草原火灾与相对湿度和日照时间均呈正相关,森林火灾与相对湿度和日照时间均呈负相关。④森林草原的火灾频度和过火面积与短时间尺度SPEI均有很高的拟合程度,拟合曲线为二次函数。【结论】研究预测,未来呼伦贝尔地区干旱程度将会延续,森林草原火灾的发生与气象因素有很高的拟合度。建议当地有关部门在掌握本地气候变化基础上,制定合理的防护措施。     

云南省林草火险空间模拟和等级评价

【目的】森林火险空间模拟和等级评价对森林防火具有重要意义。为确定不同区域林草资源防火的重点因素,对云南省的林草火险进行空间模拟和等级评价。【方法】采用2001—2014年的MODIS数据,选取反映植被状态、温度、地形和人类活动可达性等4个方面的火环境因素,通过设计抽样方案、训练集和检验集生成程序,得到35个数据集,开发70个地理加权Logistic回归模型,以交叉验证法评估模型性能,最终选择残差空间随机、可靠性和区分能力最优的模型做统计推断。将模拟的每期过火概率图重分为5类,相应火险类别分别记为“低”、“中”、“高”、“很高”、“极高”等级。【结果】火险类别中,“极高”等级占12.7%,“很高”等级占18.1%,二者可解释2001—2014年云南省80%的林草火灾,文山、红河、玉溪、楚雄、丽江、大理等6市的“极高”和“很高”等级面积占全省面积的71.5%,是全省的“重灾区”。【结论】“重灾区”应列为云南林草防火的重点区域,在防火的人、财、物上给予优先考虑。高温是云南省首要火险因素,其次为海拔、坡度、枯死植被、植被量,人类活动可达性影响相对较弱。影响火险的火环境因素在云南省内仅部分区域显著,按显著区及相对权重,云南省可分为西北、西南、西中Ⅰ、西中Ⅱ、东南和中部共6个区域,不同区域应因地制宜确定防火重点并布置防火资源。     

兴安落叶松林火烧迹地土壤速效钾时空动态分析

【目的】研究不同强度火干扰下兴安落叶松林土壤速效钾含量的时空变化,探讨其变化规律与空间格局的形成原因,分析火烧迹地恢复初期土壤速效钾营养水平,为林地土壤钾营养调控与管理提供参考。【方法】在大兴安岭北部兴安落叶松林地布设固定采样点,进行林火点烧试验,分别于火烧前、火烧后、融雪季后和生长季采用土钻法在固定点位30 cm半径内采集土壤样品,采用乙酸铵法测定土壤速效钾含量,分析轻、中、重度火烧区土壤速效钾时空变化特征。【结果】①轻度火烧区,土壤速效钾含量未因火烧立即发生明显变化,但在融雪季显著上升,生长季仍维持较高水平;中、重度火烧区,则在火烧后立即升高,融雪季进一步上升,而后相对稳定;②火烧强度空间格局与土壤速效钾含量空间格局在融雪季和生长季均极显著正相关,与土壤速效钾含量变化率在火烧后的各时期均极显著正相关;原生土壤速效钾含量与火烧后各时期土壤速效钾含量及其变化率均显著相关;火烧后,土壤速效钾空间格局是原生土壤速效钾含量空间格局与火烧强度空间格局综合作用的结果。【结论】经过融雪季与生长季,兴安落叶松林轻、中、重度火烧区土壤速效钾含量显著升高,有利于火烧迹地恢复初期森林植被更新与改造。     

Increased damage from fires in logged forests during droughts caused by El Niño

In 1997-98, fires associated with an exceptional drought caused by the El Ni?o/Southern Oscillation (ENSO) devastated large areas of tropical rain forests worldwide. Evidence suggests that in tropical rainforest environments selective logging may lead to an increased susceptibility of forests to fire. We investigated whether this was true in the Indonesian fires, the largest fire disaster ever observed. We performed a multiscale analysis using coarse- and high-resolution optical and radar satellite imagery assisted by ground and aerial surveys to assess the extent of the fire-damaged area and the effect on vegetation in East Kalimantan on the island of Borneo. A total of 5.2 +/- 0.3 million hectares including 2.6 million hectares of forest was burned with varying degrees of damage. Forest fires primarily affected recently logged forests; primary forests or those logged long ago were less affected. These results support the hypothesis of positive feedback between logging and fire occurrence. The fires severely damaged the remaining forests and significantly increased the risk of recurrent fire disasters by leaving huge amounts of dead flammable wood.     

昆明西山林场5种可燃物的火行为研究

[目的]通过估测西山林场内主要可燃物特征,预测潜在的火行为大小,为西山林场的防火管理提供科学参考.[方法]通过外业调查,对柏木(Cupressus funebris)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)、云南松(Pinus yunnanensis)、华山松(P.armandii)和麻栎(Quercus acut...     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

黑龙江省气象因子插值优化及与落叶松NPP相关性分析

【目的】通过比较不同插值方法模拟黑龙江省气象因子,利用最佳插值结果,探寻落叶松样地气象因子与森林植被净初级生产力(NPP)的关系,为黑龙江省落叶松林的生产经营和管理提供科学参考。【方法】以黑龙江省2010年生长季(5—9月)气象因子(日平均气温、日降水量)及1 521块落叶松林固定样地数据为数据源,分别使用反距离加权(IDW)、普通克里金(OK)、多元线性回归(MLR)和混合插值法(包括回归反距离加权(RIDW)和回归克里金(RK))5种插值方法对生长季月均气温和月均降水量进行插值及比较,以最佳插值方法得到黑龙江省2010年生长季月均气温和月均降水量空间分布。根据东北地区树种生物量异速模型估算落叶松样地单位面积森林地上生物量(AGB)和净初级生产力,并与样地气象因子进行相关性分析。【结果】5种插值方法中RK的生长季月均气温和月均降水量均方根误差(RMSE)分别为0.420和10.110,均优于其他插值方法。生长季月均气温由南至北降低的同时落叶松NPP随之降低,月均降水量自西向东增大,落叶松NPP随之升高。生长季月均气温、月均降水与NPP的Pearson相关系数分别为0.221和0.241,二者P值都小于0.01,呈极显著相关。【结论】考虑地形因子和多元回归模型结果残差的RK方法可以更好地模拟黑龙江省生长季月均气温和月均降水量。生长季落叶松NPP在经、纬度方向上分布趋势与气温、降水量相同,且落叶松NPP与生长季月均气温和月均降水量均有一定相关性,其中与降水量相关性更为明显。     

基于栅格尺度的北京市密云县生态环境脆弱性评价

【目的】县域生态环境脆弱性动态变化的定量评价为县域环境生态恢复与生态重建提供重要依据。【方法】采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,以北京市密云县自然环境和社会资料两方面的12种栅格数据为基础数据,建立栅格大小为30 m的生态环境质量评价指标空间数据库,在此基础上基于“敏感度-弹性度-压力度”模式,应用多层次模糊综合评价方法和自然分界法将生境脆弱度划分5个等级,评价了北京市密云县生态环境脆弱性,采用转移矩阵的方法分析了生态环境脆弱性时空变化规律,并进一步通过野外调查的植被覆盖度数据进行验证。【结果】2003—2013年研究区生态环境质量都呈现“北部山区优于南部平原、高海拔林区优于低海拔耕作区”的空间分布特点。研究区域2003年中度脆弱区的面积比例最大,微度脆弱区次之,面积比例分别为40.43%和37.00%; 2013年研究区微度脆弱区和低度脆弱区的面积比例之和达到76.52%,呈绝对的好转趋势。【结论】经过10 a的天然林保护等一系列生态环境工程的建设和环境保护政策的推行,区域环境生态质量改善效果显著。基于“敏感度-弹性度-压力度”模式构建的评价模型,可用于对省级、地市级及县级生态环境脆弱性进行评价。     

基于元胞自动机的高原林火蔓延三维可视化模拟

森林火灾威胁森林安全,导致生命财产与环境损失,动态模拟森林火灾对于预判森林火灾发展趋势,减少森林火灾危害,科学开展森林火灾灭火工作具有重要理论与现实意义.为更加形象、直观地展示林火三维可视化,将地理信息系统(geographic information system,GIS)三维可视化与元胞自动机模拟功能相结合来模拟林火蔓延,并借助王正非与毛贤敏模型,定义元胞状态转换规则函数,计算中心燃烧元胞单元在8邻域方向上的蔓延速度分量,最后以云南省安宁市温泉镇为案例区域,针对云南省"3·29"火灾,选择温泉镇地形、气象和植被等数据,模拟了"3·29"火灾林火蔓延三维可视化过程,在森林火灾实时动态监测方面具有重要指导意义.