基于MODIS數(shù)據(jù)的火災(zāi)跡地

識別方法的研究

答辯人：譚明艷導(dǎo)師：陳晉教授2006年05月1.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論2.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論3.一、引言1.1研究背景和意義1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展1.3研究目的1.4研究區(qū)域1.5研究數(shù)據(jù)4.1.1研究背景和意義自然火災(zāi)對人們的生命財產(chǎn)和生活生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失。植被生物量的燃燒對全球氣候環(huán)境和生物化學(xué)循環(huán)有重大影響。衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展使得火災(zāi)的實(shí)時監(jiān)測成為可能。5.1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展基于遙感的火災(zāi)監(jiān)測方法可以分為火點(diǎn)（hotspot）檢測和火災(zāi)后跡地（burnscar）識別兩類；火點(diǎn)檢測技術(shù)已經(jīng)比成熟；跡地識別常用的指數(shù)包括NDVI、NBR、NDWI等，方法包括目視提取、閾值法、NDVI差值法、NDVI回歸分析法等；常用的合成方法包括DNVI最大值合成法、NIR最小值合成法、溫度最大值合成法等。6.1.3研究目的尋找能體現(xiàn)火災(zāi)跡地特征的新的植被指數(shù)；提出能迅速準(zhǔn)確地提取MODIS數(shù)據(jù)的火災(zāi)跡地的算法；發(fā)展能有效地表現(xiàn)火災(zāi)跡地特征的合成方法。7.1.4研究區(qū)域“5·21”蒙古國入境火（2003年5月21日－－2003年5月31日）。研究區(qū)域是位于中國和蒙古境內(nèi)的蒙古草原，屬大陸性溫帶草原氣候，年平均溫度-2℃~2℃，年降水量約300mm。8.研究區(qū)域－中蒙邊境2003年7月MODISNDVI最大值合成數(shù)據(jù)，真彩色顯示，（波段1、4、3作為RGB）

9.研究區(qū)域－中蒙邊境MODIS草原火災(zāi)及火災(zāi)跡地面積擴(kuò)張圖（波段7、6、5作為RGB）

10.1.5研究數(shù)據(jù)MODIS的1~7波段反射率數(shù)據(jù)（空間分辨率為500m）MODIS第21、22、31波段（空間分辨率1km）數(shù)據(jù)的時間范圍是2003年5月20日－5月31日

11.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論12.二、GEMI-B指數(shù)2.1GEMI介紹2.2GEMI-B介紹2.3GEMI-B的圖像特征13.2.1GEMI介紹GEMI－－

（GlobalEnvironmentMonitoringIndex）GEMI原用于減少大氣影響和土壤背景，以增強(qiáng)NDVI的敏感性（Pintyand,Verstraete,1992）

14.GEMI介紹GEMI指數(shù)非常適于檢測植被在火災(zāi)前后的變化（Stroppiana,Pinnock,Pereira,Gregoire,2002）。經(jīng)過修正的GEMI指數(shù)（GEMI3）將GEMI中的紅光波段替換為NOAA/AVHRR的第3波段來提取火災(zāi)跡地（Barbosa,Gregoire,Pereira,1999）。15.2.2GEMI-B介紹MODIS第5和第7波段是MODIS數(shù)據(jù)中區(qū)分跡地和非跡地比較好的波段（Roy）GEMI→

GEMI-B（GEMI-BurnScar）RED→MODIS第5波段（1.24μm）

NIR→MODIS第7波段（2.13μm）16.GEMI-B介紹

－GEMI-B等值線圖和散點(diǎn)圖17.GEMI-B介紹

－GEMI-B與其它各種指數(shù)圖像的區(qū)分度比較18.2.3GEMI-B的圖像特征19.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論20.三、基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法3.1方法介紹3.2流程圖3.3方法識別結(jié)果3.4精度驗(yàn)證21.3.1方法介紹根據(jù)每幅圖像的GEMI-B自動計(jì)算一個參考GEMI-B均值和標(biāo)準(zhǔn)差通過被跡地包圍的火點(diǎn)像元為種子點(diǎn)開始向四周以3×3窗口增長根據(jù)參考GEMI-B均值、參考標(biāo)準(zhǔn)差和窗口內(nèi)的GEMI-B均值、標(biāo)準(zhǔn)差來判斷跡地與非跡地像元22.3.2流程圖23.3.3方法識別結(jié)果24.3.4精度驗(yàn)證用TM圖像人工目視提取跡地面積，然后和本文方法的計(jì)算結(jié)果相比較。TM圖像－－LANDSAT-5衛(wèi)星，2003年6月2日的兩幅圖像，軌道位置分別為123/27和123/28。MODIS圖像－－2003年5月31上午10點(diǎn)。25.精度驗(yàn)證a：2003年5月31日MODIS圖像（波段7、6、5作為RGB）b：2003年5月31日GEMI-B圖像c：本文的方法提取的2003年5月31日圖像上的火災(zāi)跡地圖像d：2003年6月2日TM圖像重采樣后得到的火災(zāi)跡地圖像。26.精度驗(yàn)證總體精度=96.8％Kappa=0.933227.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論28.四、火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法4.1已有合成方法4.2基于GEMI-B的合成方法4.3合成效果圖4.4合成方法評價指標(biāo)4.5合成方法評價結(jié)果4.6基于合成圖像的火災(zāi)跡地自動識別29.4.1已有的合成方法

NIR最小值合成法（方法2）溫度最大值合成法（方法3）

NDVI最大值合成法（方法4）30.4.2基于GEMI-B的合成方法

GEMI-B最大值合成法（方法1）

GEMI-B前三大值中NIR最小值合成法（方法5）

NIR前三小中GEMI-B最大值合成法（方法6）

GEMI-B前三大值中溫度最大值合成法（方法7）溫度前三大值中GEMI-B最大值合成法（方法8）31.4.3合成效果圖方法1.GEMI-B最大值合成法方法2.NIR最小值合成法方法3.溫度最大值合成法方法4.NDVI最大值合成法方法5.GEMI-B前三大值中

NIR最小值合成法方法6.NIR前三小值中

GEMI-B最大值合成法方法7.GEMI-B前三大值中溫度最大值合成法方法8.溫度前三大值中

GEMI-B最大值合成法32.4.4合成方法評價指標(biāo)區(qū)分度（Discriminability）干擾的比例空間一致性（SpatialCoherency）傳感器天頂角（SensorZenith）綜合指數(shù)33.合成方法評價指標(biāo)－綜合指數(shù)將以上指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化到[0,1]區(qū)間，分別給予權(quán)重，按照下式計(jì)算出綜合指數(shù)F：

D為區(qū)分度，C為云和云的陰影的覆蓋度，T為平均紋理，A為平均傳感器天頂角，n表示標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。34.4.5合成方法評價結(jié)果其中，GEMI-B前三大值中NIR最小值合成法（方法5）和GEMI-B前三大值中溫度最大值合成法（方法7）的合成效果最佳。35.4.6基于合成圖像的火災(zāi)跡地自動識別使用方法5的合成圖像，總體精度達(dá)到97％，kappa系數(shù)為0.9482003年5月31日單日圖像自動識別的總體精度96.8％，kappa系數(shù)0.93336.內(nèi)容簡介引言GEMI-B指數(shù)基于火點(diǎn)和GEMI-B的火災(zāi)跡地自動閾值識別方法火災(zāi)跡地的時間序列數(shù)據(jù)合成方法結(jié)論與討論37.5.1結(jié)論GEMI-B指數(shù)不受薄云等大氣狀況的影響，適宜區(qū)分跡地像元與非跡地像元。自動閾值識別方法能快速準(zhǔn)確地提取火災(zāi)跡地的面積，避免了人為設(shè)定閾值和使用固定閾值可能出現(xiàn)的局部誤判和漏判現(xiàn)象。38.結(jié)論采用時間序列合成數(shù)據(jù)可以有效提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時具有數(shù)據(jù)處理量小、簡單方便的特點(diǎn)；基于GEMI-B的合成方法在識別跡地像元方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過常用的NDVI最大值合成法；本文涉及的合成方法中GEMI-B前三大值中NIR最小值合成法（方法5）的合成效果最佳。