Αλγόριθμος χαρτογράφησης καμένων περιοχών για τον αισθητήρα MODIS με βάση τις ενεργές πυρκαγιές
Από RemoteSensing Wiki
Louis Giglio, Tatiana Loboda, David P. Roy, Brad Quayle, Christopher O. Justice
Περίληψη
Αν και τα διάφορα εργαλεία παρατήρησης των ενεργών πυρκαγιών προσφέρουν πληροφορίες για την τοποθεσία και το χρονοδιάγραμμα των πυρκαγιών που καίνε κατά την στιγμή της διάβασης του δορυφόρου, δεν επιτρέπουν γενικά την εκτίμηση της καμένης έκτασης με αξιοπιστία (ή τουλάχιστον άμεσα) [1-2-3-4]. Ωστόσο, αξιόπιστοι και μεγάλης κλίμακας (συνήθως παγκόσμιας) χάρτες καμένων εκτάσεων είναι απαραίτητοι σε πολλές εφαρμογές, ιδίως για την εκτίμηση των πυρογενών εκπομπών αερίων και αερολυμάτων. Κατά συνέπεια, αυτή η ανάγκη έχει προκαλέσει την ανάπτυξη πολλών μεθόδων βάσει δορυφόρων για τη χαρτογράφηση των καμένων περιοχών, η πλειοψηφία των οποίων λειτουργεί χωρίς την εκμετάλλευση των πληροφοριών για τις ενεργές πυρκαγιές.
Εισαγωγή Ενώ οι χωρικές και χρονικές διαθέσιμες πληροφορίες από δεδομένα για τις ενεργές πυρκαγιές είναι χρήσιμες για την χαρτογράφηση των καμένων περιοχών, οι χάρτες των ενεργών πυρκαγιών γενικά έχουν πολλά χαρακτηριστικά τα οποία περιπλέκουν την χρήση τους στους υβριδικούς αλγορίθμους, ιδιαίτερα σε εκείνους που προορίζονται για χρήση σε πολλαπλά βιώματα. Πρώτα, το ελάχιστο ανιχνεύσιμο μέγεθος μιας ενεργής πυρκαγιάς είναι έως ~ 1000 φορές μικρότερο από το ελάχιστο ανιχνεύσιμο μέγεθος μιας καμένης περιοχής [4]. Η επιλογή των καμένων εικονοστοιχείων εκπαίδευσης με βάση την εμφάνιση μιας ενεργής πυρκαγιάς επομένως είναι ευάλωτη στην συμπερίληψη εικονοστοιχείων που περιέχουν μικρές, μη ανιχνεύσιμες καμένες περιοχές. Δεύτερον, οι ψευδείς συναγερμοί ενεργών πυρκαγιών (δηλαδή τα λάθη συμπερίληψης), επίσης μολύνουν το δείγμα εκπαίδευσης των καμένων περιοχών. Τρίτον, λαμβάνοντας υπόψη ότι η χρήση των θέσεων ενεργής πυρκαγιάς ως οδηγό για την επιλογή των καμένων εικονοστοιχείων εκπαίδευσης είναι συγκριτικά απλή (π.χ. [5]), απαιτείται πολύ περισσότερη προσοχή στην επιλογή των εικονοστοιχείων εκπαίδευσης των μη καμένων περιοχών, καθώς η απουσία ανιχνεύσιμων πυρκαγιών σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία δεν εγγυάται ότι στην τοποθεσία αυτή δεν υπάρχει πυρκαγιά. Τα λάθη παράλειψης των ενεργών πυρκαγιών μπορούν να προκύψουν επειδή οι πυρκαγιές είναι πολύ μικρές για να εντοπιστούν ή «κρύβονται» από τα σύννεφα ή την πυκνή βλάστηση, ή δεν ήταν έκαιγε κατά τη στιγμή της διάβασης του δορυφόρου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην συμπερίληψη εικονοστοιχείων των καμένων περιοχών στο δείγμα εκπαίδευσης μη καμένων περιοχών που επιλέγεται βάσει της (έλλειψης) της εγγύτητάς τους με τα hot spots.
Συμπέρασμα
Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια αυτοματοποιημένη μέθοδο για τη χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση 500-m εικόνων από το Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) σε συνδυασμό με παρατηρήσεις ενεργής πυρκαγιάς 1-km από το MODIS. Ο αλγόριθμος (ο οποίος αποτελεί μια απλοποιημένη έκδοση του προγενέστερου πρωτοτύπου των Giglio et al., [4]) ανιχνεύει τις μόνιμες αλλαγές σε μια καθημερινή χρονοσειρά δεικτών βλάστησης που προέρχονται από παρατηρήσεις ανάκλασης του MODIS στην επιφάνεια και εφαρμόζει δυναμικά όρια για σύνθετες εικόνες που δημιουργούνται από έναν δείκτη βλάστησης σχετικά με τις πυρκαγιές και ένα μέτρο σε σχέση με τα χρονικά πλαίσια. Πραγματοποιήθηκε μια εκτίμηση ακρίβειας για τρεις γεωγραφικές περιοχές (κεντρική Σιβηρία, δυτικές Ηνωμένες Πολιτείες και Νότια Αφρική) με τη χρήση υψηλής ανάλυσης χαρτών των καμένων εκτάσεων που προήλθαν από εικόνες του Landsat. Οι χαρτογραφημένες καμένες περιοχές ήταν ακριβείς σε ποσοστό περίπου 10% όλων των περιφερειών, εκτός από την περιοχή της νότιας Αφρικής που είναι καλυμμένη με πυκνή βλάστηση και ψηλά δένδρα, όπου οι χάρτες των καμένων περιοχών του MODIS υποτίμησαν την περιοχή που πράγματι κάηκε κατά 41%. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, το ελάχιστο ανιχνεύσιμο μέγεθος των καμένων περιοχών για μια αξιόπιστη ανίχνευση από τον αλγόριθμο που προτείνεται εδώ, είναι της τάξεως των 120 εκταρίων. Ο αλγόριθμος που παρουσιάστηκε εδώ, προσφέρει έναν δυναμικό μηχανισμό για την συγχώνευση των παρατηρήσεων ενεργής πυρκαγιάς από πολλαπλούς αισθητήρες. Ο συνδυασμός των πληροφοριών για τις ενεργές πυρκαγιές εντός της προσέγγισης της χαρτογράφησης των καμένων εκτάσεων που παρουσιάστηκε εδώ, κάνει χρήση των διαφορετικών ειδών των πληροφοριών για τις πυρκαγιές που διατίθενται τον αισθητήρα MODIS [6].
ΠΗΓΗ : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425708003180
