DB64/T 2142-2025 卫星遥感森林草原火灾监测技术规范
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资料介绍
宁夏回族自治区地方标准
DB 64/T 2142—2025
卫星遥感森林草原火灾监测技术规范
Technical specification for forest and grassland fire monitoring using satellite remote sensing
2025 - 06 - 09发布
2025 - 09 - 08实施
宁夏回族自治区市场监督监管厅 发布
DB 64/T 2142—2025
I
目次
前言 ................................................................................ III
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和定义 ......................................................................... 1
4 监测基本要求 ....................................................................... 2
数据要求 ....................................................................... 2
监测内容 ....................................................................... 2
5 监测处理流程 ....................................................................... 2
数据预处理 ..................................................................... 2
局域图生成 ..................................................................... 3
多通道合成图像生成 ............................................................. 3
背景区温度计算 ................................................................. 3
火点判识 ....................................................................... 3
干扰因子剔除 ................................................................... 3
过火区判识与面积计算 ........................................................... 3
监测报告生成 ................................................................... 3
6 监测技术方法 ....................................................................... 3
背景区温度计算 ................................................................. 3
火点判识 ....................................................................... 5
干扰因子剔除 ................................................................... 5
过火区判识和面积计算 ........................................................... 6
7 监测报告编制 ....................................................................... 7
编制要求 ....................................................................... 7
报告内容 ....................................................................... 7
存档要求 ....................................................................... 7
附录A(资料性) 火点判识常用卫星遥感仪器通道参数 ..................................... 8
附录B(资料性) 过火区判识和面积计算的常用卫星遥感仪器通道参数 ...................... 10
参考文献 ............................................................................. 12
图1 监测处理流程 ..................................................................... 2
表A.1 风云三号D极轨卫星中分辨率光谱成像仪通道参数表 ................................. 8
表A.2 风云四号B静止卫星多通道扫描成像辐射计通道参数表 ............................... 8
表A.3 EOS极轨卫星中分辨率成像光谱仪通道参数表 ....................................... 8
表A.4 NPP极轨卫星可见光红外成像辐射仪通道参数表 ..................................... 8
表A.5 NOAA极轨卫星先进甚高分辨率辐射计通道参数表 .................................... 9
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II
表A.6 葵花9号静止卫星可见光和红外扫描辐射计通道参数表 ................................ 9
表B.1 风云三号D极轨卫星中分辨率光谱成像仪通道参数表 ................................. 10
表B.2 高分一号卫星多光谱宽幅相机(WFV)通道参数表 .................................... 10
表B.3 高分一号卫星多光谱高分相机(PMS)通道参数表 .................................... 10
表B.4 高分六号卫星多光谱宽幅相机(WFV)通道参数表 .................................... 10
表B.5 高分六号卫星多光谱高分相机(PMS)通道参数表 .................................... 10
表B.6 资源一号04A卫星宽幅全色多光谱相机(WPM)通道参数表 ............................ 11
表B.7 资源三号03卫星多光谱相机通道参数表 ............................................ 11
表B.8 Landsat-8/9 卫星陆地成像仪通道参数表........................................... 11
表B.9 Sentinel-2 卫星多光谱成像仪通道参数表 .......................................... 11
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III
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由宁夏回族自治区气象局提出并归口。
本文件起草单位:宁夏回族自治区气象科学研究所、宁夏回族自治区林业和草原局、宁夏回族自治区消防救援总队。
本文件主要起草人:崔洋、赵慧、李万春、康雄、李梦华、白建忠、王云霞、韩颖娟、赵金龙、杨灵芝、李有东。
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1
卫星遥感森林草原火灾监测技术规范
1 范围
本文件规定了卫星遥感森林、草原火灾的监测基本要求、监测处理流程、监测技术方法和监测报告编制。
本文件适用于利用卫星遥感技术进行森林、草原火灾的监测。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 42189—2022 卫星遥感监测技术导则 火情
QX/T 344.1—2016 卫星遥感火情监测方法 第1部分:总则
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
火点 fire spot
卫星监测到出现火情的区域。
[来源:QX/T 344.1—2016,2.2]
像元 pixel
组成卫星图像的最小单元。
[来源:QX/T 344.1—2016,2.3]
火点像元 fire pixel
卫星图像中含有火情的像元。
[来源:QX/T 344.1—2016,2.5]
过火区 burned area
发生过火情的区域。
[来源:QX/T 344.4—2021,3.1]
归一化植被指数 normalized different vegetation index:NDVI
近红外通道与可见光红光通道反射率之差和二者之和的比值。
[来源:QX/T 344.4—2021,3.2]
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2
4 监测基本要求
数据要求
4.1.1 卫星数据
应采用携载远红外(8.00 μm~12.50 μm)、中红外(3.00 μm~5.00 μm)、近红外(0.76 μm~1.30 μm)、可见光(0.38 μm~0.75 μm)等通道探测仪器的遥感卫星数据。
可用于森林、草原火点判识计算的主要卫星遥感仪器通道参数见附录A。
可用于过火区识别和面积计算的主要卫星遥感仪器通道参数见附录B。
4.1.2 辅助数据
应包括行政区划、数字地形、土地覆盖类型和植被覆盖度、居民点、常规热源点等数据。
监测内容
森林、草原火灾监测应包括火点像元的经纬度、过火区面积、土地覆盖类型和行政区信息。
5 监测处理流程
卫星遥感森林、草原火灾监测处理流程见图1。
图1 监测处理流程
数据预处理
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3
卫星数据应经过定位、定标、质量检查、地图投影变换等预处理。其中,可见光和近红外通道应经过太阳高度角订正。图像定位应经过质量检查,如有误差需经过定位修正,修正后定位误差要求不大于1个像元内。
局域图生成
从预处理数据投影生成监测区的局域图,局域图图像大小宜根据监测区范围设定。
多通道合成图像生成
极轨和静止卫星多通道合成图像生成应符合QX/T 344.1-2016的4.2和4.3的规定。
背景区温度计算
计算背景区温度,对火点像元进行背景区温度阈值判识。
火点判识
利用阈值进行火点自动判识,初步确定火点像元。
干扰因子剔除
结合土地利用数据,排除云、水体像元和干扰源等,进行火点干扰因子剔除。
过火区判识与面积计算
通过火灾发生(前)后卫星数据进行单时次或两时次过火区判识,人机交互检验修正,并计算过火区面积。
监测报告生成
基于判识结果,制作生成森林草原火灾(火情)监测报告。
6 监测技术方法
背景区温度计算
6.1.1 背景区选择
以目标像元点为中心,选取其周围7×7像元邻域内的非疑似高温像元作为背景区像元。若背景区非疑似高温像元不足邻域像元数的25%,邻域扩大为9×9像元,11×11像元,…,直到21×21像元(参考值)。若仍不满足25%的条件,应放弃该像元的判识处理。
6.1.2 背景区温度计算方法
6.1.2.1 中红外通道背景亮度温度平均值
????????????=1??Σ????????????,??????=1 ································································ (1)
式中:
???????????? ——中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????????????,?? ——第??个像元中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
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4
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
6.1.2.2 远红外通道背景亮度温度平均值
????? ? ? ? =1??Σ????? ? ? ? ,??????=1 ················································ (2)
式中:
????? ? ? ——远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????? ? ? ,?? ——第??像元远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
6.1.2.3 中、远红外通道背景亮度温度差平均值
????_??? ? =1??Σ?????????????,??−????? ? ? ? ,???????=1 ········································ (3)
式中:
????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差平均值,单位为开尔文(K);
????????????,?? ——第??个像元中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????? ? ? ,?? ——第??个像元远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
6.1.2.4 中红外通道背景亮度温度标准差
??????????????=?1??Σ?????????,??−?????????????2????=1 ······································· (4)
式中:
?????????????? ——中红外通道背景亮度温度标准差值,单位为开尔文(K);
????????,?? ——第??个像元中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
???????????? ——中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
6.1.2.5 远红外通道背景亮度温度标准差
??????? ? ? ? =?1??Σ?????? ,??−????? ? ? ? ?2????=1 ······················································ (5)
式中:
??????? ? ? ? ——远红外通道背景亮度温度标准差值,单位为开尔文(K);
????? ? ,?? ——第??个像元远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????? ? ? ? ——远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
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5
6.1.2.6 中、远红外通道背景亮度温度差标准差
??? ??_??? ? =?1??Σ?????????????,??−????? ? ? ? ,??−????_??? ? ?2????=1 ······························· (6)
式中:
??? ??_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差的标准差值,单位为开尔文(K);
????????????,?? ——第??个像元中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????? ? ? ,?? ——第??个像元远红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差平均值,单位为开尔文(K);
??——背景区像元序号;
??——背景区像元总数。
火点判识
6.2.1 极轨卫星单位像元满足公式(7)的条件,应初步确定为火点像元:
????????≥(????????? +4??????????????)且????_??≥(????_??? ? +4??????_??? ? ),或????????≥???? ······································· (7)
式中:
???????? ——中红外通道亮度温度值,单位为开尔文(K);
????????? ——中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
?????????????? ——中红外通道背景亮度温度标准差值,单位为开尔文(K),如果??????????????<2??,则????????????=2??;
????_?? ——中红外通道和远红外通道的亮度温度差值,单位为开尔文(K);
????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差平均值,单位为开尔文(K);
??????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差的标准差值,单位为开尔文(K);
???? ——判识阈值,单位为开尔文(K),白天参考值取360K,夜间参考值取330K。
6.2.2 静止卫星单位像元满足公式(8)的条件,应初步确定为火点像元:
????????≥(????????????+3??????????????)且????_??≥(????_??? ? +3??????_??? ? ),或????????≥???? ······································· (8)
式中:
???????? ——中红外通道亮度温度值,单位为开尔文(K);
???????????? ——中红外通道背景亮度温度平均值,单位为开尔文(K);
?????????????? ——中红外通道背景亮度温度标准差值,单位为开尔文(K),如果??????????????<2??,则????????????=2??;
????_?? ——中红外通道和远红外通道的亮度温度差值,单位为开尔文(K);
????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差平均值,单位为开尔文(K);
??????_??? ? ——中红外通道和远红外通道的背景亮度温度差的标准差值,单位为开尔文(K);
???? ——判识阈值,单位为开尔文(K),白天参考值取360K,夜间参考值取330K。
干扰因子剔除
6.3.1 云滤除方法
如果像元同时满足以下条件,确定为云:
????? >??1且????? <??2 ·································································· (9)
式中:
????? ——近红外通道反射率值,以百分数表示(%);
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6
??1 ——近红外通道云判识阈值,参考值取20%;
????? ? ——远红外通道亮度温度值,单位为开尔文(K);
??2 ——远红外通道云判识阈值,参考值取270K。
6.3.2 水体滤除方法
如果像元同时满足以下条件,确定为水体:
????? <??3且(????? −????? ??)<0 ························································ (10)
式中:
????? ——近红外通道反射率值,以百分数表示(%);
??3 ——近红外通道水体判识阈值,参考值取10%;
????? ??——可见光通道反射率值,以百分数表示(%)。
6.3.3 干扰点排除
火点判识中排除的其他干扰点应包括:
a) 噪声点:在图像上表现为离散的亮点或连续的亮线,宜采用人工判识进行排除;
b) 恒热源点:工业区、火力发电厂、光伏发电站等因自身亮温升高而被误判的点;
c) 非林草火点:下垫面类型为农田、沙地、戈壁、矿山等非林草地区域,叠加土地利用信息进行排除。
过火区判识和面积计算
6.4.1 单时次过火区判识
用于仅能获得火灾发生后卫星数据的情形。像元NDVI值小于过火像元判识NDVI阈值(参考值为0)时,判识为过火区像元。
6.4.2 两时次过火区判识
用于能获得火灾发生前后卫星数据的情形。火灾发生前像元NDVI值与火灾发生后像元NDVI值之差小于判识阈值,判识为过火区像元。判识阈值应为过火区周边两时次像元NDVI差的平均值,并同时满足以下条件:
a) 火灾发生前的图像选择火灾发生前10天内的晴空图像;
b) 过火区周边区域的像元选择距离过火区小于10个像元,至少3×3个与过火区土地覆盖类型相同的像元;
c) 当计算的判识阈值小于0.05时,设置为0.05。
6.4.3 过火区判识信息检验修正
人工检验过火区判识效果应将过火区判识信息在过火区多通道合成图上叠加,当过火区判识信息有误或漏判时,通过人机交互修改判识阈值,修正判识错误。
6.4.4 过火面积计算
????=Σ????????=1×????····································································· (11)
式中:
????——过火区面积;
????——第??个过火区像元面积;
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????——第??个过火区像元的植被覆盖度;
??——过火像元个数。
7 监测报告编制
编制要求
卫星遥感初步监测到森林、草原火情,应制作生成森林草原火情监测报告。
卫星遥感两小时内多次监测到同一地点发生火情,且经现场核查确认发生火灾,则应制作生成森林草原火灾监测报告。
报告内容
监测报告应以文字、专题图等形式展示卫星遥感火灾(火情)监测结果。
监测报告内容至少包含:火灾(火情)发生时间、经纬度、行政区划、土地覆盖类型以及过火区面积等有关信息。
存档要求
确认发生森林、草原火灾,且造成经济损失,编制的森林草原火灾(火情)监测报告应及时存档。
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附录A (资料性) 火点判识常用卫星遥感仪器通道参数
表A.1~表A.6给出了用于火点判识计算的常用卫星遥感仪器通道参数。
表A.1 风云三号D极轨卫星中分辨率光谱成像仪通道参数表
通道
中心波长
μm
星下点空间分辨率
m
20
3.80
1 000
21
4.05
1 000
24
10.80
250
表A.2 风云四号B静止卫星多通道扫描成像辐射计通道参数表
波段
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
7
3.50~4.0(高)
2 000
8
3.50~4.0(低)
4 000
13
10.30~11.30
4 000
表A.3 EOS极轨卫星中分辨率成像光谱仪通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
20
3.660~3.840
1 000
21
3.929~3.989
1 000
23
4.020~4.080
1 000
31
10.500~11.300
1 000
表A.4 NPP极轨卫星可见光红外成像辐射仪通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
I4
3.55~3.93
375
I5
10.50~12.40
375
M12
3.61~3.79
750
M13
3.97~4.13
750
M15
10.26~11.26
750
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表A.5 NOAA极轨卫星先进甚高分辨率辐射计通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
3B
3.55~3.95
1 100
4
10.30~11.30
1 100
表A.6 葵花9号静止卫星可见光和红外扫描辐射计通道参数表
通道
中心波长
μm
星下点空间分辨率
m
7
3.90
2 000
13
10.40
2 000
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10
附录B (资料性) 过火区判识和面积计算的常用卫星遥感仪器通道参数
表B.1~表B.9给出了用于过火区识别和面积计算的常用卫星遥感仪器通道参数。
表B.1 风云三号D极轨卫星中分辨率光谱成像仪通道参数表
通道
中心波长
μm
星下点空间分辨率
m
2
0.550
250
3
0.650
250
4
0.865
250
表B.2 高分一号卫星多光谱宽幅相机(WFV)通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
2
0.52~0.59
16
3
0.63~0.69
16
4
0.77~0.89
16
表B.3 高分一号卫星多光谱高分相机(PMS)通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
3
0.52~0.59
8
4
0.63~0.69
8
5
0.77~0.89
8
表B.4 高分六号卫星多光谱宽幅相机(WFV)通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
2
0.52~0.59
16
3
0.63~0.69
16
4
0.77~0.89
16
表B.5 高分六号卫星多光谱高分相机(PMS)通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
3
0.52~0.59
8
4
0.63~0.69
8
5
0.77~0.89
8
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表B.6 资源一号04A卫星宽幅全色多光谱相机(WPM)通道参数表
通道
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
2
0.52~0.59
8
3
0.63~0.69
8
4
0.77~0.89
8
表B.7 资源三号03卫星多光谱相机通道参数表
通道数
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
2
0.52~0.59
6
3
0.63~0.69
6
4
0.77~0.89
6
表B.8 Landsat-8/9 卫星陆地成像仪通道参数表
通道数
波长范围
μm
星下点空间分辨率
m
3
0.53~0.59
30
4
0.64~0.67
30
5
0.85~0.88
30
表B.9 Sentinel-2 卫星多光谱成像仪通道参数表
通道数
中心波长
μm
星下点空间分辨率
m
3
0.560
10
4
0.665
10
8
0.842
10
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12
参考文献
[1] QX/T 344.2—2019 卫星遥感火情监测方法 第2部分:火点判识
[2] QX/T 344.4—2021 卫星遥感火情监测方法 第4部分:过火区面积估算
[3] GJB 7680—2012 卫星遥感频段选择要求