Eξελιγμένος αλγόριθμος για τον εντοπισμό πυρκαγιών μικρής κλίμακας με τη χρήση δεδομένων MODIS

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 18:31, 14 Ιανουαρίου 2011 (εμφάνιση κώδικα) Kzotalis (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες) (New page: '''Eξελιγμένος αλγόριθμος για τον εντοπισμό πυρκαγιών μικρής κλίμακας με τη χρήση δεδομένων MODIS : μία πρ...) ← Προηγούμενη επεξεργασία		Παρούσα αναθεώρηση της 18:38, 14 Ιανουαρίου 2011 (εμφάνιση κώδικα) Kzotalis (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες)
Γραμμή 42:		Γραμμή 42:
	4. Αποτελέσματα και τελικές παρατηρήσεις		4. Αποτελέσματα και τελικές παρατηρήσεις
-		+	[[Εικόνα:K8i1zot.jpg  | thumb| right|Eικόνα 1:''' Οι πυρκαγιές που εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS και τον εξελιγμένο αλγόριθμο, στις 29 Σεπτεμβρίου 2003.''']]
-	Για το περιστατικό στον ποταμό Red ( εικόνα 1 ), οκτώ σημεία φωτιάς δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS ( 1 α, c ). Για παράδειγμα στο σημείο 2, τόσο ο νέος αλγόριθμος όσο και ο MODIS, εντόπισαν κάποια θερμική ανωμαλία και τη χαρακτήρισαν ως πυρκαγιά. Αντιθέτως το σημείο 3 της πυρκαγιάς δεν εντοπίστηκε από τον MODIS αλγόριθμο, πράγμα που αποδεικνύει ότι η χρήση κατώτατων ορίων οδηγεί σε σφάλματα παράλειψης. Στην εικόνα 2 τα σημεία 1 έως 12 ( 2 α, c, e ) έχουν παραλειφθεί από τον αλγόριθμο MODIS, ενώ τρία σημεία ( 2 d ) έχουν εντοπιστεί από αυτόν ως πυρκαγιές.	+	Για το περιστατικό στον ποταμό Red ( εικόνα 1 ), οκτώ σημεία φωτιάς δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS ( 1 α, c ). Για παράδειγμα στο σημείο 2, τόσο ο νέος αλγόριθμος όσο και ο MODIS, εντόπισαν κάποια θερμική ανωμαλία και τη χαρακτήρισαν ως πυρκαγιά. Αντιθέτως το σημείο 3 της πυρκαγιάς δεν εντοπίστηκε από τον MODIS αλγόριθμο, πράγμα που αποδεικνύει ότι η χρήση κατώτατων ορίων οδηγεί σε σφάλματα παράλειψης. [[Εικόνα:K8i2zot.jpg  | thumb| right|Eικόνα 2:''' Οι πυρκαγιές που εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS και τον εξελιγμένο αλγόριθμο, στις 20 και 21 Δεκεμβρίου 2004.''']]Στην εικόνα 2 τα σημεία 1 έως 12 ( 2 α, c, e ) έχουν παραλειφθεί από τον αλγόριθμο MODIS, ενώ τρία σημεία ( 2 d ) έχουν εντοπιστεί από αυτόν ως πυρκαγιές.
	Οι εικόνες 1c και 2e δείχνουν ότι ο νέος εξελιγμένος αλγόριθμος είναι πιο ευαίσθητος σε μικρές φωτιές, στις οποίες αναπτύσσονται σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Στις δύο περιπτώσεις υπάρχουν 22 συνολικά σημεία πυρκαγιάς , που δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS, αλλά εντοπίστηκαν από τον εξελιγμένο νέο αλγόριθμο. Παρόλα αυτά αυτός ο αλγόριθμος αποτυγχάνει στον εντοπισμό μικρών εστιών φωτιάς, στις οποίες απουσιάζει ορατό λοφίο καπνού.		Οι εικόνες 1c και 2e δείχνουν ότι ο νέος εξελιγμένος αλγόριθμος είναι πιο ευαίσθητος σε μικρές φωτιές, στις οποίες αναπτύσσονται σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Στις δύο περιπτώσεις υπάρχουν 22 συνολικά σημεία πυρκαγιάς , που δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS, αλλά εντοπίστηκαν από τον εξελιγμένο νέο αλγόριθμο. Παρόλα αυτά αυτός ο αλγόριθμος αποτυγχάνει στον εντοπισμό μικρών εστιών φωτιάς, στις οποίες απουσιάζει ορατό λοφίο καπνού.
	[[category:Δασικές Πυρκαγιές]]		[[category:Δασικές Πυρκαγιές]]

---

Παρούσα αναθεώρηση της 18:38, 14 Ιανουαρίου 2011

Eξελιγμένος αλγόριθμος για τον εντοπισμό πυρκαγιών μικρής κλίμακας με τη χρήση δεδομένων MODIS : μία προκαταρκτική έρευνα στις νοτιοανατολικές ΗΠΑ

An improved algorithm for small and cool fire detection using MODIS data:A preliminary study in the southeastern United States

Wanting Wang, John J. Qu, Xianjun Hao, Yongqiang Liu, William T. Sommers

Πηγή: Science Direct

1. Εισαγωγή

Οι περισσότεροι αλγόριθμοι για εντοπισμό πυρκαγιών, βασίζονται στον εντοπισμό θερμών σημείων του εδάφους με χρήση υπέρυθρων καναλιών. Οι περιορισμοί αυτής της τεχνολογίας έγκειται στο γεγονός ότι συχνά παράγονται λάθος συναγερμοί πυρκαγιάς, κατά τη διάρκεια της ημέρας και μικρές φωτιές στις οποίες η θερμοκρασία είναι σχετικά χαμηλή δεν εντοπίζονται. Εδώ παρουσιάζεται ένας προηγμένος αλγόριθμος, σχεδιασμένος να εντοπίζει τέτοιες μικρές πυρκαγιές και παρουσιάζονται δύο περιπτώσεις εφαρμογής του σε περιστατικά πυρκαγιών στις ΗΠΑ με χρήση δεδομένων MODIS.

2. Δεδομένα και μέθοδοι

2.1 Δεδομένα

Η ανακλαστικότητα των ηλιακών ανακλαστικών καναλιών του MODIS, με 1 χλμ χωρική ανάλυση, χρησιμοποιούνται για την εύρεση των σημείων καπνού. Τα κανάλια των 0,41 μm ( R8 ) και 0,94 μm ( R19 ), χρησιμοποιήθηκαν για εντοπισμό της βλάστησης. Για το γυμνό χώμα χρησιμοποιήθηκαν τα κανάλια των 2,13 μm ( R7 ) και 0,44 μm ( R9 ). To νερό καταγράφεται από το μπλέ κανάλι ( R3 ) και το R8. Τρία θερμικά υπέρυθρα κανάλια και ένα ηλιακό χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό των σημείων που υπάρχει φωτιά. Οι θερμοκρασίες καταγράφονται από το κανάλι των 3,96 μm ( Τ22 ) και το κανάλι των 11,3 μm ( Τ31 ). Η ανακλαστικότητα από το R2 κανάλι ( 0,65 μm ), το R1 κανάλι, το Τ32 ( 12,02 μm ) και το Τ28 ( 7,3 μm ) χρησιμοποιούνται, τέλος, για τον εντοπισμό των σύννεφων.

2.2 Υπάρχοντες αλγόριθμοι

Οι υπάρχοντες αλγόριθμοι που επικεντρώνονται στον εντοπισμό μικρών πυρκαγιών, βασίζονται κυρίως σε θεωρητικές αναλύσεις, στην μέθοδο του κανονισμένου κάτω ορίου ή στην ανάλυση των συμφραζόμενων στοιχείων με χρήση των πολυκαναλικών δεδομένων NOAA AVHRR.

2.3 Επισκόπηση του βελτιωμένου αλγόριθμου

Αυτός ο τοπικής εμβέλειας αλγόριθμος εντοπισμού πυρκαγιάς σχεδιάστηκε ώστε να μειώσει τα λάθη παράλειψης που προκύπτουν από τα καθορισμένα όρια εντοπισμού πυρκαγιών άλλων αλγορίθμων. Σε πρώτη φάση εντοπίζονται τα λοφία καπνού στις πιθανές περιοχές πυρκαγιάς. Σε δεύτερο στάδιο ο πυρήνας του ενισχυμένου αλγόριθμου MODIS υιοθετείται για τον εντοπισμό των pixel της πυρκαγιάς.

2.3.1 Εντοπισμός σύννεφων και νερού

Μία μάσκα νερού δημιουργείται από τα δεδομένα του MODIS και εντοπίζονται τα pixel που καλύπτοντας συγκεκριμένες συνθήκες αντιστοιχούν σε σύννεφα ή ακμές σύννεφων.

2.3.2 Πιθανή περιοχή πυρκαγιάς

Στις περιοχές που δεν έχουν νερό ή σύννεφα εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος εντοπισμού καπνού. Έτσι εντοπίζονται εντοπίζονται οι περιοχές γύρω από τον καπνό που είναι πιθανές για ύπαρξη πυρκαγιάς. Αυτές εξετάζονται με τον αλγόριθμο MODIS version 4 και όσα pixel καλύπτουν ορισμένες προϋποθέσεις εξετάζονται περαιτέρω με έλεγχο σε οκτώ παραμέτρους του πιθανού pixel φωτιάς.

3 Μελέτη των περιπτώσεων

Δύο περιπτώσεις πυρκαγιών στις ΗΠΑ, που εντοπίστηκαν από τον MODIS/terra και MODIS/aqua, εξετάζονται στην συνέχεια. Η πρώτη περίπτωση αφορά τα γεγονότα πυρκαγιών στις 20-21 Δεκεμβρίου 2004 στην περιοχή μεταξύ Georgia και Atlanta, αλλά και την περιοχή μεταξύ Missisipi και Alabama. Η δεύτερη περίπτωση περίπτωση στις 29 Σεπτεμβρίου 2003 στην κοιλάδα του ποταμού Red στο Missisipi. Η κάθε περίπτωση εξετάζεται με χρήση τόσο του νέου εξελιγμένου αλγόριθμου, όσο και του αλγόριθμου MODIS contextual.

4. Αποτελέσματα και τελικές παρατηρήσεις

Για το περιστατικό στον ποταμό Red ( εικόνα 1 ), οκτώ σημεία φωτιάς δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS ( 1 α, c ). Για παράδειγμα στο σημείο 2, τόσο ο νέος αλγόριθμος όσο και ο MODIS, εντόπισαν κάποια θερμική ανωμαλία και τη χαρακτήρισαν ως πυρκαγιά. Αντιθέτως το σημείο 3 της πυρκαγιάς δεν εντοπίστηκε από τον MODIS αλγόριθμο, πράγμα που αποδεικνύει ότι η χρήση κατώτατων ορίων οδηγεί σε σφάλματα παράλειψης. Στην εικόνα 2 τα σημεία 1 έως 12 ( 2 α, c, e ) έχουν παραλειφθεί από τον αλγόριθμο MODIS, ενώ τρία σημεία ( 2 d ) έχουν εντοπιστεί από αυτόν ως πυρκαγιές.

Οι εικόνες 1c και 2e δείχνουν ότι ο νέος εξελιγμένος αλγόριθμος είναι πιο ευαίσθητος σε μικρές φωτιές, στις οποίες αναπτύσσονται σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Στις δύο περιπτώσεις υπάρχουν 22 συνολικά σημεία πυρκαγιάς , που δεν εντοπίστηκαν από τον αλγόριθμο MODIS, αλλά εντοπίστηκαν από τον εξελιγμένο νέο αλγόριθμο. Παρόλα αυτά αυτός ο αλγόριθμος αποτυγχάνει στον εντοπισμό μικρών εστιών φωτιάς, στις οποίες απουσιάζει ορατό λοφίο καπνού.