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基于Sentinel-2的林火监测和火烧迹地提取
一、林火监测
1.1 Sentinel-2 卫星简介
Sentinel-2A卫星于2015年6月23日,从法属圭亚那库鲁发射场由“织女星”(Vega)运载火箭发射升空。时隔不到两年,Sentinel-2B卫星在2017年3月7日于同一处发射升空。这2颗卫星由欧洲委员会(EC)和欧洲航天局(ESA)共同实施,是“哥白尼”计划下的多光谱成像卫星,用于全球高分辨率和高重访能力的陆地观测、生物物理变化制图、监测海岸和内陆水域,以及风险和灾害制图等。 Sentinel-2卫星搭载的有效荷载为多光谱成像仪(MSI)。MSI的工作光谱为可见光、近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)共13个谱段,并采用堆扫式成像模式。时间分辨率为每10天更新一次全球陆地表面成像数据,双星可达到5天更新一次。 Sentinel-2A和Sentinel-2B卫星运行于同一条轨道上,相位相差180°。两颗卫星联合工作,可以在5天时间内完成对赤道附近的完全覆盖。卫星采用太阳同步轨道,轨道高度786km,轨道倾角98.5°,降交点地方时间为10:30,该时间的选择是综合考虑了云层遮盖的最小化和太阳光照条件的最优解。 2019年3月29日下午1点30分许,沁源县王陶乡郭家坪村附近突发森林火情,因风速大,火势迅速蔓延,不到一天时间,火灾过火面积达360公顷,整个火场可见明火约10公里,约25个村庄和煤矿被山火威胁。 2019年4月1日,哨兵2A正好过境,下面我们一起看看哨兵2A卫星拍摄的林火区域的卫星影像,下图是哨兵2A卫星2019年4月1日T49SFA图幅的B4B3B2组合真彩色图像,从图像上可以看出沁源县的北方有大片的浓烟分布: 短波红外波段不仅可以监测林火,同样还可以监测人工火源,下面我们来看看几个典型的火源点。 典型A地 下图是一个工厂,从B4B3B2真彩色图像上看不出哪里有火源点的踪迹: 下面我们再看一个工厂,从B4B3B2真彩色影像上仍然看不出有火源的踪迹: 图中粉色圈出为真实火点,另外部分彩钢厂房(青色框中地物)的短波红外反射率也较高,因此容易对火点的判读产生影响: 从欧空局下载L1C级别的哨兵2A和2B数据,灾前时相为2018年6月10日,灾后时相为2019年6月10日,经过Sen2Cor软件大气校正后得到L2A级别的数据,然后在SNAP软件中进行采样输出: IR-MAD变化检测 ESRI 提供了IR-MAD工具,其安装方法可参考APP STORE,下载ENVIIRMAD.zip,将解压后的custom_code和extensions文件夹拷贝到…\ENVI5X\下,覆盖并替换;将bin文件拷贝到…\ENVI5X\IDL8X下,覆盖并替换。重启ENVI。 打开IR-MAD变化检测工具输入前后时相的图像,参数可默认,直接输出即可: 面向对象提取林地 由于直接将两幅图进行变化检测会有一些额外的不是火烧迹地的变化区域被检出,比如耕地,因此我们需要做一个林区的掩膜文件将森林提取出来,然后生成掩膜图像对变化检测的结果进行掩膜,可消除林区外变化地区的影响。 可以采用面向对象的方法,输入2018年的灾前卫星影像: 对IR-MAD变化检测结果进行林地掩膜 我们对先前提取的IR-MAD变化检测结果进行林地掩膜,剔除非林地变化的影响: 我们可以采用ENVI下的另外一个变化检测工具进行提取试验: 首先分别计算两个图像的NDVI: 我们任选一个变化检测的结果,生成一个火烧迹地的掩膜图像: |
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