[發(fā)明專利]基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法及電子設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010835467.3
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112307884A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝東海;牟風(fēng)濤;王永威;劉金龍
• 申請（專利權(quán)）人: 航天圖景（北京）科技有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06K9/62;G06K9/20;G06N3/04;G06N3/08;G06T17/00;G06T15/04;G06T3/40
• 代理公司: 北京力量專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 姚遠方

1.一種基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1利用無人機等遙感態(tài)勢感知系統(tǒng)獲取小時級連續(xù)時序的火場態(tài)勢數(shù)據(jù)；

S2采用深度學(xué)習(xí)語義分割技術(shù)和NDVI指數(shù)，對S1中獲取的態(tài)勢數(shù)據(jù)或衛(wèi)星與航拍遙感歷史數(shù)據(jù)識別分割得到火場的地勢與地物分類信息；

S3采用紅外溫度圖像識別技術(shù)，對S1中獲取的態(tài)勢數(shù)據(jù)識別提取各過程時序的監(jiān)測火線，并解析火線的蔓延方向和速度；

S4采用深度學(xué)習(xí)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，綜合S2中獲取的火場地勢與地物分類信息和S3中獲取的各過程時序火線蔓延方向和速度，解算未來時刻火線蔓延的方向、速度和方差，擬合獲取小時級火線預(yù)測帶，并逐時序和短周期迭代提高預(yù)測精度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述S1中，遙感態(tài)勢感知系統(tǒng)可搭載無人機平臺和有人機及衛(wèi)星平臺，其獲取的火場態(tài)勢數(shù)據(jù)包括可見光與紅外光雙光譜正射影像和實景三維模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述S2中，地勢類型識別分割采用FCN深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用公開的遙感DEM數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，其高程信息轉(zhuǎn)換為只有一個通道的灰度影像，裁剪為影像塊，圖像塊中存儲歸一化的高程值，取值的范圍為[0,1]，并采用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)輔助進行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述S2中，地物類型識別分割采用deeplab v3+深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用衛(wèi)星與航拍遙感歷史數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，采用可見光遙感影像的三個通道數(shù)據(jù)作為輸入，并對識別分割圖像進行腐蝕再膨脹處理，去除語義分割產(chǎn)生的小目標，

NDVI指數(shù)，利用遙感紅外光數(shù)據(jù)和可見光影像的紅色波段數(shù)據(jù)計算區(qū)分不同密度的植被，算式寫為：

NDVI＝(NIR-Red)/(NIR+Red)

NIR為近紅外波段的反射率，Red為紅色波段的反射率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述S3中，火線的提取方法為，基于無人機等遙感態(tài)勢系統(tǒng)獲取的各過程時序紅外光正射影像，識別分割為過火區(qū)域、燃燒區(qū)域和未燃區(qū)域，利用燃燒區(qū)域與未燃區(qū)域的輪廓定位的方式提取確定火線，再采用自適應(yīng)的火線擬合策略，進行三次樣條函數(shù)平滑處理得到一定分辨尺度的擬合火線。

火線蔓延方向的確定方法為，采用自適應(yīng)的關(guān)鍵點采樣策略，選取擬合火線曲率拐點為基礎(chǔ)關(guān)鍵點，再根據(jù)曲率變化幅度和地勢地物分布情況，在基礎(chǔ)關(guān)鍵點間均衡選取中間關(guān)鍵點，計算關(guān)鍵點的法線方向即為該關(guān)鍵點的火線蔓延方向

火線蔓延速度的計算方法為：根據(jù)前一時序擬合火線關(guān)鍵點沿蔓延方向與后一時序擬合火線的間距，計算該關(guān)鍵點的蔓延速度，算式寫為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，所述S4中，火線蔓延預(yù)測采用全連接深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包含兩個隱藏層，每個隱藏層都經(jīng)過BN(Batch Normalization)和ReLU(Rectified Linear Unit)處理，輸入數(shù)據(jù)包括火場地勢地物識別分割信息和連續(xù)時序擬合火線信息，使用衛(wèi)星和航拍遙感歷史林火數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練優(yōu)化，解析各時序擬合火線關(guān)鍵點在地勢地物靜態(tài)因素和氣象植被等動態(tài)因素條件下的蔓延方向和速度，推理當(dāng)前時序擬合火線關(guān)鍵點的蔓延方向、速度和位置，并擬合獲得未來時刻的預(yù)測火線。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于連續(xù)時序遙感態(tài)勢數(shù)據(jù)的林火蔓延預(yù)測方法，其特征在于，火線蔓延預(yù)測模型在林火現(xiàn)場使用時，無人機等遙感態(tài)勢感知系統(tǒng)獲取的第一二個時序擬合火線數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練并開始預(yù)測，自第三個時序開始，每個擬合火線數(shù)據(jù)均用于模型迭代優(yōu)化和預(yù)測，以持續(xù)提高預(yù)測精度。