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《北京林业大学》 2007年
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基于MODIS数据的林火蔓延模型的研建

李勇  
【摘要】: 本文以MODIS遥感数据为数据源,运用灰色建模理论,建立林火蔓延的指数模型。本研究的目的在于,利用现代测量技术,建立从遥感数据获取、数据加工、数据处理、林火蔓延模型建立以及林火蔓延模拟的技术体系。通过林火蔓延模型的建立为林火的扑救提供数据支持,为研究林火的蔓延规律探索新的途径。 本文主要以黑龙江省黑河市嫩江县嘎拉山2006年的森林大火为研究背景,以高时间分辨率的MODIS遥感图像作为研究对象。通过对现有在轨卫星的比较,选取具有林火通道的MODIS数据作为本文研究的数据源。在论文数据收集过程中,获取了从5月21日至29日该地区的MODIS遥感图像,包括250m、500m、1000m分辨率从可见光到红外波段的遥感图像。本文基于MODIS图像进行研究,试图从动态遥感图像中挖掘出林火蔓延模型。 在数据建模过程中,首先对遥感图像进行预处理,对于预处理的遥感图像再进行数据融合处理,对遥感图像进行融合以增加和补充图像的火灾信息。利用ArcGIS软件对融合后的图像进行矢量化处理,将遥感图像信息转化为建立林火蔓延模型的数据信息。在矢量化的过程中,首先是林火蔓延边界重心的确定,将八叉树理念整合到矢量化过程中,使林火的蔓延方向、地理坐标和遥感图像等达到理论与应用习惯的统一。 在GM(1,1)的建立中,根据数据的特点,提出了ER算法和LIR算法,保证了林火蔓延模型的建模精度。从建立的灰色模型看,预测相对误差小于1%的占50%,预测相对误差小于5%的占25%,预测相对误差在5~10%的占25%。并选取砍都河、免渡河以及俄罗斯等地的火场数据作为检核,对于林火蔓延模型的预测精度进行检验,满足建模要求。GM(1,N)模型,为林火相关因子的研究提供了新的途径。 在计算机模拟与表达方面,首次提出将灰色林火蔓延模型与元胞自动机相结合,使两者优势互补。同时利用ArcEngine开发了林火预测系统,该系统可完成遥感图像的载入、林火边界跟踪、建模数据自动提取、自动预测以及林火蔓延边界和遥感图像的比较。 本文的主要创新点包括:(1)首次采用遥感数据,利用灰色理论,进行林火蔓延模型的建立。探索出一条进行林火蔓延与预测的新方法,建立了一条新的林火蔓延模型研建的技术体系。(2)在模型建立的过程中,将稳健估计引入到灰色理论建模,根据建模数据的特点,首次提出了ER算法和LIR算法。(3)在计算机模拟中,首次提出了基于灰色林火蔓延模型的改进的元胞自动机模型的构想。 基于MODIS数据建立灰色林火蔓延模型的技术体系研究,是对传统林火蔓延模型建立模式的补充,是在总结前人经验基础上对数据选取和建模理论的有机结合,为林火蔓延模型的建立提供了广阔的渠道。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S762;S712

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