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基于RS和GIS的森林火险等级预报研究

作　者: 周建国
导　师: 陈正阳
学　校: 中南大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 森林火险预报地形危险指数天气危险指数潜在火险指数森林火灾监测
分类号: S762
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

森林是人类的宝贵资源,森林火灾是破坏森林资源的重要因素之一,我国是一个森林火灾频繁发生且森林资源匮乏的国家,鉴于我国森林资源的实际状况和森林火灾的严重危害性,加强森林火险预测预报和火灾监测工作,对于提高我国的森林覆盖率、保护生态环境和人民生命财产安全,都具有特别重要的现实意义。本文将RS和GTS技术结合在一起进行森林火险的预测预报和火灾监测研究,从森林火环境的森林可燃物、气象要素、地形影响因素出发,选取可燃物类型、可燃物湿度、气温、相对湿度、坡度、坡向、海拔等若干主要因子,利用这些因子构建了三个划分火险等级的指数:(1)地形危险指数(TDI)—由坡度、坡向、海拔计算;(2)天气危险指数(WDI)—由空气温度、相对湿度计算;(3)可燃物危险指数(FPI)—由可燃物类型(可简单分为死、活可燃物)中的死、活可燃物湿度计算。用MODIS遥感数据反演获得气温,相对湿度,死、活可燃物湿度等因子;GIS数据主要是利用其获取研究区的植被分布类型及生成DEM,获得坡度、坡向、高程等因子。选取黑龙江和湖南省等地为此次的研究区域,将获得的TDI、WDI、FPI指数等相关信息进行分析研究,结果表明,这三个指数与火险的等级有着密切的关系,适合于应用到我国火险等级的划分中。根据火点辐射与背景辐射的差异及MODIS数据火灾监测原理,利用MODIS数据22通道(火点辐射)和31通道(背景辐射)亮温构建一个火点指数FI;根据只有当植被覆盖率达到一定程度时才会发生火灾的情况,应用归一化植被指数(NDVI)对其火点提取精度进行了修正,去除了因地表不是植被或植被稀少而不足以引发火灾的区域,有效减少了因裸土或“城市热岛”效应引起的误判。针对黑龙江省2004年10月15日发生的特大森林火灾的情况,提取了几种地物的FI、NDVI值,分析了FI、NDVI值与不同地表类型的关系。经过分析,相对于MODIS绝对火点识别算法,火点指数FI法在提取精度及提取速度上都有提高。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究的意义与目的  10-11
  1.2 所用的研究技术简介  11-14
    1.2.1 遥感(RS)技术  11-12
    1.2.2 地理信息系统(GIS)技术  12
    1.2.3 GIS和RS的集成  12-14
    1.2.4 数学方法  14
  1.3 国内外研究状况  14-15
  1.4 论文研究的技术路线  15-17
第二章研究区和数据的选取处理  17-25
  2.1 研究区概况  17-18
    2.1.1 自然地理概况  17
    2.1.2 森林火灾概况  17-18
  2.2 研究采用的数据及处理软件  18-22
    2.2.1 研究采用数据  18-21
    2.2.2 其他数据  21
    2.2.3 基础平台选择  21-22
  2.3 MODIS数据处理系统及数据预处理  22-25
    2.3.1 数据处理系统  22
    2.3.2 数据预处理  22-25
第三章基于RS和GIS火险预报模型的构建与分析  25-31
  3.1 林火环境与林火行为  25-29
    3.1.1 森林可燃物  25-26
    3.1.2 气象要素  26-28
    3.1.3 地形  28-29
  3.2 火险预报模型的构建  29-31
    3.2.1 可燃物危险指数(FPI)计算  30
    3.2.2 天气危险指数(WDI)计算  30
    3.2.3 地形危险指数(TDI)计算  30-31
第四章火险预报模型因子获取及模型的应用实例  31-45
  4.1 火险预报模型因子的获取  31-35
    4.1.1 10小时时滞可燃物湿度  31
    4.1.2 相对湿度  31-32
    4.1.3 地表温度反演算法的选择及反演流程  32-34
    4.1.4 活植被覆盖度计算  34-35
  4.2 各因子在火险预报中的应用  35-41
    4.2.1 气象因子  35-37
    4.2.2 植被因子  37-38
    4.2.3 FPI模型在黑龙江火险中的验证  38-39
    4.2.4 FPI火险等级划分  39-40
    4.2.5 FPI模型在南方省市中的具体应用  40-41
  4.3 天气危险指数(WDI模型)  41-42
  4.4 地形指数模型(TDI模型)  42-43
  4.5 本章总结  43-45
第五章火点监测模型的构建与应用  45-56
  5.1 MODIS数据火点监测原理  45-46
  5.2 森林火点的MODIS影像特征  46
  5.3 MODIS数据火点信息提取方法  46-49
    5.3.1 火点指数(FI)  47-48
    5.3.2 植被指数在火点监测中的应用  48-49
  5.4 火点监测指数(FI-NDVI)分析  49
  5.5 火点监测模型在黑龙江省火点监测中应用  49-53
    5.5.1 火点指数(FI)阈值的确定  50-51
    5.5.2 植被指数阈值确定  51-52
    5.5.3 火点识别算法验证  52-53
  5.6 FI-NDVI火点监测方法在南方火点监测中的应用  53-55
    5.6.1 火点检测  53-54
    5.6.2 冰雨过后起火原因分析  54-55
  5.7 本章总结  55-56
第六章结论与展望  56-59
  6.1 结论  56-57
    6.1.1 灾前火险预测预报  56-57
    6.1.2 灾中火点监测  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-63
附录1  63-64
附录2  64-65
附录3  65-66
致谢  66-67
攻读学位期间主要的研究成果目录及参加的科研项目  67

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