任永強(qiáng) 李婷 劉亞靜

摘要：火災(zāi)是世界各國(guó)人民所面臨的一個(gè)共同的災(zāi)難性問(wèn)題。它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接或間接危害生命，給人們的心靈造成極大的危害。因此，預(yù)防和減少火災(zāi)的發(fā)生是人們迫切需要的。自古以來(lái)人們就同火災(zāi)做著長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)，各種防災(zāi)、減災(zāi)方法層出不窮。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，GIS技術(shù)發(fā)展日益成熟，能夠?yàn)槿藗儗⑹聦?shí)以更清晰、更引人注目的方式展示，它已經(jīng)成為一個(gè)服務(wù)大眾的公共處理平臺(tái)?；馂?zāi)識(shí)別預(yù)警系統(tǒng)相繼誕生，并發(fā)揮了其實(shí)效性，但是火災(zāi)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律卻缺乏研究?；贛ODIS影像的火點(diǎn)識(shí)別與分析系統(tǒng)正是為探尋火災(zāi)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律而設(shè)計(jì)的，它能夠基于MODIS影像利用NDTI火點(diǎn)識(shí)別模型對(duì)已發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而取得數(shù)據(jù)，并對(duì)所收集的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上進(jìn)行分析，從而得出不同時(shí)間段內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的高發(fā)區(qū)，同時(shí)對(duì)地方居民也起到了一定的警示作用，在某種程度上對(duì)減少火災(zāi)發(fā)生起到了一定的效果。

關(guān)鍵詞：MODIS，火點(diǎn)識(shí)別，系統(tǒng)

1 引言

火災(zāi)對(duì)全球環(huán)境和氣候有著重大影響，是氣候變化的重要指標(biāo)?；馂?zāi)是世界各國(guó)人民所面臨的一個(gè)共同的災(zāi)難性問(wèn)題。它給人類社會(huì)造成過(guò)不少生命、財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)損失上升及火災(zāi)危害范圍擴(kuò)大的總趨勢(shì)是客觀規(guī)律。如何及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地監(jiān)測(cè)可能和已經(jīng)發(fā)生的火災(zāi)，減少災(zāi)害損失，保護(hù)資源，掌握氣候變化規(guī)律，維護(hù)生態(tài)平衡，具有非常重要的意義。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，GIS技術(shù)發(fā)展日益成熟，能夠?yàn)槿藗儗⑹聦?shí)以更清晰、更引人注目的方式展示，它已經(jīng)成為一個(gè)服務(wù)大眾的公共處理平臺(tái)?；馂?zāi)識(shí)別預(yù)警系統(tǒng)相繼誕生，并發(fā)揮了其實(shí)效性，但是火災(zāi)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律卻缺乏研究[1]。

火點(diǎn)識(shí)別與分析系統(tǒng)正是為探尋火災(zāi)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律而設(shè)計(jì)的[2]，它能夠?qū)σ寻l(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而取得數(shù)據(jù)。并對(duì)所收集的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上進(jìn)行分析，從而得出不同時(shí)間段火災(zāi)發(fā)生的高發(fā)區(qū)。同時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用褚财鸬搅艘欢ǖ木咀饔?，在某種程度上對(duì)減少火災(zāi)起到了一定的效果?；馂?zāi)識(shí)別與分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)集火災(zāi)管理數(shù)據(jù)庫(kù)與GIS分析于一身。即完成了對(duì)已經(jīng)發(fā)生的火災(zāi)的識(shí)別，又增加對(duì)河北省火災(zāi)的時(shí)空分布的分析功能。使得火災(zāi)識(shí)別、查詢，及火點(diǎn)在時(shí)間、空間上分布的對(duì)比，歷史火點(diǎn)的管理更加直觀。整個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁?shù)據(jù)積累和歷史現(xiàn)狀，同時(shí)還可以輔助相關(guān)部門進(jìn)行決策[3]。

1.1 研究區(qū)的自然背景

河北省地處華北平原的北部，兼跨內(nèi)蒙古高原。全省中環(huán)首都北京和北方重要商埠天津市，是首都北京的“防火墻”、“護(hù)城河”，特殊的區(qū)位賦予河北省特殊的歷史使命和政治責(zé)任。環(huán)京地區(qū)一旦發(fā)生森林火災(zāi)，將直接危及首都的生態(tài)安全，造成較大的政治影響。。河北省屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均降水量300-800毫米；月平均氣溫在3℃以下，七月平均氣溫18℃至27℃，四季分明。河北省是中國(guó)惟一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份，全省森林覆蓋率為23.25%，近年來(lái)，隨著河北省森林面積的快速增長(zhǎng)，林下可燃物增多，森林火災(zāi)隱患較大。河北省是北方農(nóng)業(yè)大省，是全國(guó)糧、棉、油集中產(chǎn)區(qū)之一，秋收產(chǎn)生了許多秸稈、茬子，同樣也造成了火災(zāi)隱患。為此，本系統(tǒng)為探尋火災(zāi)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律而設(shè)計(jì)，基于MODIS影像利用NDTI火點(diǎn)識(shí)別模型對(duì)已發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而取得數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

系統(tǒng)界面是系統(tǒng)與用戶實(shí)現(xiàn)交互的部分，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持界面友好的原則，從用戶角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)人性化與專業(yè)化兼容，以簡(jiǎn)單宜用，清楚明了為指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)下，實(shí)現(xiàn)的火點(diǎn)識(shí)別與分析系統(tǒng)界面總體布局如圖：它包括菜單欄、工具欄、工作空間管理器、圖層管理器、地圖窗口、狀態(tài)欄等6部分。主界面如圖1所示：

2.2 功能模塊

該系統(tǒng)主要由五大模塊組成，分別為：數(shù)據(jù)管理模塊、地圖操作模塊、布局操作模塊、空間查詢模塊、空間分析模塊、火點(diǎn)識(shí)別模塊，系統(tǒng)模塊劃分圖如圖2所示：

（1）數(shù)據(jù)管理模塊：將所有用戶劃分為兩種：管理員與普通用戶，管理員擁有使用系統(tǒng)提供的所有功能的權(quán)利，而普通用戶則無(wú)權(quán)對(duì)火點(diǎn)分布管理等相關(guān)操作。在工作空間管理窗口中，可以像操作資源管理器中的文件夾一樣，操作當(dāng)前工作空間下的各種資源。例如可以刪除數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)集、地圖，也可以將一個(gè)數(shù)據(jù)源下的一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)集拷貝到別的數(shù)據(jù)源下，可以導(dǎo)入CAD類型的矢量數(shù)據(jù)，非CAD類型的矢量數(shù)據(jù)（ArcInfo的e00、MapInfo的mif等）和柵格數(shù)據(jù)等。

（2）地圖操作模塊：實(shí)現(xiàn)的地圖的基本操作，如：放大、縮小、漫游等以及對(duì)圖層進(jìn)行管理。

（3）布局操作模塊：使用者可以組合不同的地理要素，制作專題地圖。將制作好的專題地圖輸出保存。

（4）空間查詢模塊：實(shí)現(xiàn)了圖查屬性，雙擊需要顯示屬性的地物，則該地物的屬性將被顯示出來(lái)；按區(qū)域進(jìn)行查詢，以區(qū)域?yàn)橐罁?jù)，對(duì)某個(gè)區(qū)域各月份的火災(zāi)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以統(tǒng)計(jì)圖的形式顯示該區(qū)域一年內(nèi)各月份火災(zāi)情況；按時(shí)間進(jìn)行查詢，以時(shí)間為依據(jù)，對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)各區(qū)域的火災(zāi)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以統(tǒng)計(jì)圖的形式顯示該時(shí)間段內(nèi)各區(qū)域的火災(zāi)情況。SQL查詢，主要體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用上。

（5）空間分析模塊：實(shí)現(xiàn)了對(duì)火點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的時(shí)空綜合分析。分析的目的是把火情歷史信息更清楚直觀的展現(xiàn)在用戶面前。使用戶對(duì)自己所在地區(qū)的火情在時(shí)間和空間上有更深刻的認(rèn)識(shí)。（如圖3）

（6）火點(diǎn)識(shí)別模塊：利用MODIS影像中的第21、31波段，依據(jù)NDTI火點(diǎn)識(shí)別模型進(jìn)行火點(diǎn)識(shí)別操作。在火點(diǎn)識(shí)別的同時(shí)，用戶輸入的數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，從而起到了數(shù)據(jù)積累的作用，增加了本系統(tǒng)的實(shí)用性。（如圖4）

2.3火點(diǎn)識(shí)別模塊的技術(shù)流程

2.3.1輻射率的計(jì)算

由于獲得的數(shù)據(jù)是影像的灰度值（DN值），首先要計(jì)算傳感器接收到的輻射亮度值。Modis是在軌定標(biāo)，不同波段，不同時(shí)刻的定標(biāo)參數(shù)都不同，因此要分別計(jì)算，從Modis數(shù)據(jù)的頭文件中可以讀到每一個(gè)波段得定標(biāo)增益量（scale）和定標(biāo)偏移量（offset），根據(jù)公式（1），計(jì)算熱紅外通道的輻射率。

Radiance=radiance_scale*（DN—radiance_offset）

公式1

其中，Radiance為輻射率；radiance_scale為定標(biāo)增益量；radiance_offset為定標(biāo)偏移量。DN為圖像得灰度值。

2.3.2基于輻射率的反應(yīng)火點(diǎn)強(qiáng)度的歸一化差異火點(diǎn)指數(shù)（Normalizd Difference Thermal Index）NDTI：

NDTI=（R21-R31）/（R21+R31）

其中R21、R31分別為3959nm和11030nm通道觀測(cè)輻射率。NDTI屬于比值指數(shù)，是無(wú)量綱的。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織管理

本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)是為MODIS的LD2格式，經(jīng)過(guò)處理得到得遙感影像原始圖，其過(guò)程如下：

首先，用記事本打開(kāi)所要轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)的投影屬性等信息文件，用ENVI軟件包將LD2格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TIFF的格式，然后保存。

其次、打開(kāi)ERDAS IMAGINE軟件包，打開(kāi)存為TIFF格式的數(shù)據(jù)，將TIFF格式數(shù)據(jù)處理后，導(dǎo)出的Img格式數(shù)據(jù)，然后保存。

最后，打開(kāi)SuperMap Deskpro軟件包，新建一個(gè)數(shù)據(jù)源，然后 將賦好投影信息和坐標(biāo)系的Img格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)源，或者用ERDAS將將賦好投影信息和坐標(biāo)系的Img格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成GRID格式的數(shù)據(jù)，用火點(diǎn)識(shí)別與分析系統(tǒng)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)源，作為火點(diǎn)識(shí)別的初始數(shù)據(jù)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)采用了 SDB 和 SDD雙文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中 SDB 文件存儲(chǔ)屬性信息，引用 Access 的 MDB 數(shù)據(jù)庫(kù)格式；SDD 文件存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)。生成的各種地圖存儲(chǔ)在工作空間文件中。這種數(shù)據(jù)文件管理方法的優(yōu)點(diǎn)是方便用戶進(jìn)行目錄文件管理并占用較少的硬盤空間，數(shù)據(jù)管理安全性較高。

4 系統(tǒng)集成與應(yīng)用

利用SuperMap Objects2008提供的組件對(duì)象及其語(yǔ)言接口，可以較容易地在 Microsoft Visual Basic 6.0 可視化編程環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)不同模塊的功能。系統(tǒng)主要利用 SuperMap Objects 2008提供的核心控件（SuperMap 和 SuperWorkspace）及SuperAnalyst、SuperWkspManager、SuperLegend、SuperLayout 等控件嵌入到 Visual Basic 6.0 環(huán)境中進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

總結(jié)語(yǔ)：

該系統(tǒng)選用桌面地理信息系統(tǒng)SuperMap DeskPro 5.3為GIS軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，SuperMap Object 5.3 組件為客戶端地圖控件，火點(diǎn)信息的存儲(chǔ)則采用 Access小型數(shù)據(jù)庫(kù)，在Visual Basic 6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行語(yǔ)言擴(kuò)展和組件調(diào)用的混合式二次開(kāi)發(fā)。以上平臺(tái)的選擇使得本系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性；可做為一個(gè)功能模塊擴(kuò)展應(yīng)用到各GIS軟件包中；同時(shí)可對(duì)系統(tǒng)的功能不斷改進(jìn)，本系統(tǒng)界面友好，使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，通用性強(qiáng)。本系統(tǒng)適用于與火點(diǎn)有關(guān)的課題研究，同時(shí)也能夠?yàn)楹颖笔「魇刑峁┎煌瑫r(shí)間的火點(diǎn)信息，在數(shù)據(jù)積累上也具有教好的效果，能夠更直觀的顯示河北省火點(diǎn)信息在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

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