基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，包括地面接收站、地面处理站和火灾警报系统，所述地面接收站用于接收并记录卫星遥感图像，所述地面处理站与所述地面接收站连接，用于对所述卫星遥感图像进行处理，识别出所述卫星遥感图像中的火焰图像，所述火灾警报系统与所述地面处理站连接，用于基于所述火焰图像的面积大小实现不同等级的森林火灾警报。通过本实用新型，能够借用卫星遥感的方式，获得森林的各个位置的遥感图像，对获得的遥感图像进行分析，以识别出火焰图像，并基于火焰图像的不同面积大小进行分层次的森林火灾报警。
【专利说明】基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及森林火灾监控领域，尤其涉及一种基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台。
【背景技术】
[0002]森林火灾，是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为。森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。
[0003]森林防火就是防止森林火灾的发生和蔓延，即对森林火灾进行预防和扑救。预防森林火灾的发生，就要了解森林火灾发生的规律，采取行政、法律、经济相结合的办法，运用科学技术手段，最大限度地减少火灾发生次数。扑救森林火灾，就是要了解森林火灾燃烧的规律，建立严密的应急机制和强有力的指挥系统，组织训练有素的扑火队伍，运用有效、科学的方法和先进的扑火设备及时进行扑救，最大限度地减少火灾损失。
[0004]由此可见，如何获得森林火灾的第一手资料，是森林管理部门减少火灾损失的第一要务。现有技术中基本上是通过对易于发生火灾的森林区域进行图像拍摄，获得森林图像，并对森林图像进行分析，以判断是否发生了火灾，其中，图像拍摄的载体一般是人工现场拍摄或飞机巡航拍摄，但是前者危险性大、覆盖面较窄，后者飞机成本较高，飞行控制复杂，而且现有技术中缺少分等级的火灾警报机制，火灾的图像识别精度不高。
[0005]因此，需要一种新的森林火灾检测方案，能够快速、方便地获得森林区域的图像数据，准确分析出图像数据中的火灾面积，从而能够基于火灾蔓延的具体情况分层次报警，为森林管理部门提供更有效的监控数据。
实用新型内容
[0006]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，采用卫星遥感的方式快速获得森林图像，并根据卫星遥感图像的特点有针对性地对获得的森林图像进行图像预处理，引入新的火灾识别算法以提高火灾检测精度，并基于识别出的火灾面积大小发出不同等级的报警信号，以方便森林管理部门有的放矢地做出相对救灾措施，提高森林管理部门的工作效率。
[0007]根据本实用新型的一方面，提供了一种基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，所述检测平台包括地面接收站、地面处理站和火灾警报系统，所述地面接收站用于接收并记录卫星遥感图像，所述地面处理站与所述地面接收站连接，用于对所述卫星遥感图像进行处理，识别出所述卫星遥感图像中的火焰图像，所述火灾警报系统与所述地面处理站连接，用于基于所述火焰图像的面积大小实现不同等级的森林火灾警报。
[0008]更具体地，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，所述地面接收站还包括反射面天线，具有抛物面式的反射面，用于搜索和跟踪卫星，以接收森林火灾检测区域的卫星遥感图像，磁带机，与所述反射面天线连接，用于记录所述卫星遥感图像；所述地面处理站还包括接收装置，连接所述磁带机，用于接收所述卫星遥感图像，RS-232串行通信接口，与存储装置连接，用于将火焰上限灰度阈值、火焰下限灰度阈值、红色通道阈值和饱和度阈值读入所述存储装置中，存储装置，用于存储所述火焰上限灰度阈值、所述火焰下限灰度阈值、所述红色通道阈值和所述饱和度阈值，辐射校正装置，与所述接收装置连接，用于对所述卫星遥感图像进行辐射校正处理，以输出辐射校正图像，几何校正装置，与所述辐射校正装置连接，用于对所述辐射校正图像进行几何校正处理，以输出几何校正图像，小波滤波装置，与所述几何校正装置连接，用于基于Harr小波滤波器对所述几何校正图像进行图像滤波，以输出滤波图像，图像分离装置，与所述小波滤波装置和所述存储装置分别连接，用于将所述滤波图像中灰度值在所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值之间的像素识别并组成粗略火焰子图像，火焰识别装置，与所述图像分离装置连接，针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，计算饱和度，如果计算的饱和度大于所述饱和度阈值且红色通道值大于所述红色通道阈值且绿色通道值小于等于红色通道值并大于蓝色通道值时，则确定该像素为火焰像素，否则确定该像素为非火焰像素，将所述粗略火焰子图像中所有火焰像素组成火焰图像；所述火灾警报系统还包括用户输入接口，用于根据用户的操作，设定第一面积阈值、第二面积阈值和第三面积阈值，所述第二面积阈值大于所述第一面积阈值且小于所述第三面积阈值，随机存储设备，与所述用户输入接口连接，以接收并存储所述第一面积阈值、所述第二面积阈值和所述第三面积阈值，控制设备，与所述火焰识别装置和所述随机存储设备分别连接，接收所述火焰图像，计算所述火焰图像的面积，当所述面积为零时，发出无火灾信号，当所述面积小于等于所述第一面积阈值时，发出火灾蓝色报警信号，当所述面积大于所述第一面积阈值且小于等于所述第二面积阈值时，发出火灾黄色报警信号，当所述面积大于所述第二面积阈值且小于等于所述第三面积阈值时，发出火灾橙色报警信号，当所述面积大于所述第三面积阈值但在超过所述第三面积阈值20 %的范围以内时，发出火灾红色报警信号，当所述面积在超过所述第三面积阈值20%以外时，发出火灾紧急报警信号，显示设备，与所述控制设备连接，以实时显示所述火焰图像，并显示与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息，语音播放设备，与所述控制设备连接，以播放与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的语音警示文件，无线通信接口，与所述控制设备连接，以在接收到所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号时，将与所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息通过无线通信网络发送到森林管理部门的内部网络或森林管理负责人的移动终端上；其中，所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值用于将图像中的火焰与背景分离，所述红色通道阈值和所述饱和度阈值用于进一步确定粗略火焰子图像中的火焰图像。
[0009]更具体地，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，所述反射面天线具有X波段或S波段的全半球跟踪能力，为方位-俯仰安装方式，并设有自动倾斜机构，以解决卫星过顶的跟踪问题。
[0010]更具体地，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，所述显示设备为液晶显示屏，所述语言播放设备为双声道扬声器。
[0011]更具体地，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，所述绿色通道值、所述红色值和所述蓝色通道值为所述像素的RGB颜色空间中的三个颜色通道值。
[0012]更具体地，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，所述饱和度为红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值和最小值之差除以红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]以下将结合附图对本实用新型的实施方案进行描述，其中:
[0014]图1为根据本实用新型实施方案示出的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台的结构方框图。
[0015]图2为根据本实用新型实施方案示出的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台的地面接收站的结构方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本实用新型的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台的实施方案进行详细说明。
[0017]森林火灾广义上讲:凡是失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为都称为森林火灾。狭义讲:森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。森林防火工作是每一个国家防灾减灾工作的重要组成部分，是国家公共应急体系建设的重要内容。
[0018]林火发生后，按照对林木是否造成损失及过火面积的大小，可把森林火灾分为:一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾和特别重大森林火灾。
[0019]具体介绍如下:(一)一般森林火灾:受害森林面积在I公顷以下或者其他林地起火的，或者死亡I人以上3人以下的，或者重伤I人以上10人以下的；(二)较大森林火灾:受害森林面积在I公顷以上100公顷以下的，或者死亡3人以上10人以下的，或者重伤10人以上50人以下的；(三)重大森林火灾:受害森林面积在100公顷以上1000公顷以下的，或者死亡10人以上30人以下的，或者重伤50人以上100人以下的；(四)特别重大森林火灾:受害森林面积在1000公顷以上的，或者死亡30人以上的，或者重伤100人以上的。
[0020]本实用新型的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，能够快速获得森林遥感图像，准确、及时进行火灾图像的识别，并提高了分等级的报警机制，方便森林管理部门减少决策时间，提闻防火抗灾效果。
[0021]图1为根据本实用新型实施方案示出的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台的结构方框图，所述检测平台包括地面接收站1、地面处理站2和火灾警报系统3，所述地面接收站I用于接收并记录卫星遥感图像，所述地面处理站2与所述地面接收站I连接，用于对所述卫星遥感图像进行处理，识别出所述卫星遥感图像中的火焰图像，所述火灾警报系统3与所述地面处理站2连接，用于基于所述火焰图像的面积大小实现不同等级的森林火灾警报。
[0022]接着，对本实用新型的森林火灾检测平台的结构进行更具体的说明。
[0023]如图2所示，所述地面接收站I还包括反射面天线11，具有抛物面式的反射面，用于搜索和跟踪卫星，以接收森林火灾检测区域的卫星遥感图像，磁带机12，与所述反射面天线11连接，用于记录所述卫星遥感图像。
[0024]所述地面处理站2还包括接收装置，连接所述磁带机12，用于接收所述卫星遥感图像；RS-232串行通信接口，与存储装置连接，用于将火焰上限灰度阈值、火焰下限灰度阈值、红色通道阈值和饱和度阈值读入所述存储装置中；存储装置，用于存储所述火焰上限灰度阈值、所述火焰下限灰度阈值、所述红色通道阈值和所述饱和度阈值。
[0025]所述地面处理站2还包括辐射校正装置，与所述接收装置连接，用于对所述卫星遥感图像进行辐射校正处理，以输出辐射校正图像；几何校正装置，与所述辐射校正装置连接，用于对所述辐射校正图像进行几何校正处理，以输出几何校正图像。
[0026]所述地面处理站2还包括小波滤波装置，与所述几何校正装置连接，用于基于Harr小波滤波器对所述几何校正图像进行图像滤波，以输出滤波图像；图像分离装置，与所述小波滤波装置和所述存储装置分别连接，用于将所述滤波图像中灰度值在所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值之间的像素识别并组成粗略火焰子图像。
[0027]所述地面处理站2还包括火焰识别装置，与所述图像分离装置连接，针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，计算饱和度，如果计算的饱和度大于所述饱和度阈值且红色通道值大于所述红色通道阈值且绿色通道值小于等于红色通道值并大于蓝色通道值时，则确定该像素为火焰像素，否则确定该像素为非火焰像素，将所述粗略火焰子图像中所有火焰像素组成火焰图像。
[0028]所述火灾警报系统3还包括用户输入接口，用于根据用户的操作，设定第一面积阈值、第二面积阈值和第三面积阈值，所述第二面积阈值大于所述第一面积阈值且小于所述第三面积阈值；随机存储设备，与所述用户输入接口连接，以接收并存储所述第一面积阈值、所述第二面积阈值和所述第三面积阈值。
[0029]所述火灾警报系统3还包括控制设备，与所述火焰识别装置和所述随机存储设备分别连接，接收所述火焰图像，计算所述火焰图像的面积，当所述面积为零时，发出无火灾信号，当所述面积小于等于所述第一面积阈值时，发出火灾蓝色报警信号，当所述面积大于所述第一面积阈值且小于等于所述第二面积阈值时，发出火灾黄色报警信号，当所述面积大于所述第二面积阈值且小于等于所述第三面积阈值时，发出火灾橙色报警信号，当所述面积大于所述第三面积阈值但在超过所述第三面积阈值20%的范围以内时，发出火灾红色报警信号，当所述面积在超过所述第三面积阈值20%以外时，发出火灾紧急报警信号。
[0030]所述火灾警报系统3还包括显示设备，与所述控制设备连接，以实时显示所述火焰图像，并显示与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息。
[0031]所述火灾警报系统3还包括语音播放设备，与所述控制设备连接，以播放与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的语音警示文件。
[0032]所述火灾警报系统3还包括无线通信接口，与所述控制设备连接，以在接收到所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号时，将与所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息通过无线通信网络发送到森林管理部门的内部网络或森林管理负责人的移动终端上。
[0033]其中，所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值用于将图像中的火焰与背景分离，所述红色通道阈值和所述饱和度阈值用于进一步确定粗略火焰子图像中的火焰图像。
[0034]其中，在所述基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台中，所述反射面天线11具有X波段或S波段的全半球跟踪能力，为方位-俯仰安装方式，并设有自动倾斜机构，以解决卫星过顶的跟踪问题，所述显示设备为液晶显示屏，所述语言播放设备为双声道扬声器，针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，所述绿色通道值、所述红色值和所述蓝色通道值为所述像素的RGB颜色空间中的三个颜色通道值，所述饱和度为红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值和最小值之差除以红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值。
[0035]另外，反射面天线的出现是天线工作频率不断提高的结果。早期的天线工作频段为短波、超短波，波长尺度很大，不能像光那样被反射、汇聚，因此天线的主要形式为线天线，这也是“天线”一词的历史来源。但随着技术的进步，军事需求极大推动了人类在频率空间的开拓，进入了微波频段(300MHz?3000GHz)。
[0036]微波的波长在I米以下，散射特性已经与光相近，因此光学领域中早已成熟的反射面技术开始应用于微波频段。在光学领域，人们最早掌握的反射面技术是牛顿望远镜(也称反射式望远镜)，此后又掌握了卡塞格伦、格里高利等几种典型的反射式望远镜技术，这些技术在本质上都是通过增大辐射口径获取高角分辨率，后来陆续被用于天线领域。最简单的反射面天线与牛顿望远镜类似，把一个馈源放在抛物面的焦点上，形成高增益的定向波束。卡塞格伦、格里高利反射面系统用于天线，成为两类主要的双反射面天线的形式。
[0037]反射面天线的大量应用，除了得益于频率的不断提高，还得益于馈源技术的进步。反射面天线的馈源是一个增益较低的天线，早期一般采用线天线，如半波振子，但是这类天线作为馈源，由于方向性很弱，能量泄露很多，不能提高反射面天线的效率。采用喇叭天线(也是“孔径天线”的一种)作为馈源，能够提供更好的照射，尤其是I960年代以后出现的波纹喇叭天线技术，使反射面天线的效率大幅度提高，也扩大了反射面天线的应用领域，成为获取高增益的主要途径。
[0038]另外，传统的信号理论，是建立在Fourier分析基础上的,而Fourier变换作为一种全局性的变化，其有一定的局限性，如不具备局部化分析能力、不能分析非平稳信号等。在实际应用中人们开始对Fourier变换进行各种改进，以改善这种局限性，如STFT (短时傅立叶变换)。由于STFT采用的的滑动窗函数一经选定就固定不变，故决定了其时频分辨率固定不变，不具备自适应能力，而小波分析很好的解决了这个问题。
[0039]小波分析是一种新兴的数学分支，他是泛函数、Fourier分析、调和分析、数值分析的最完美的结晶；在应用领域，特别是在信号处理、图像处理、语音处理以及众多非线性科学领域，他被认为是继Fourier分析之后的又一有效的时频分析方法。小波变换与Fourier变换相比，是一个时间和频域的局域变换因而能有效地从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析(Multiscale Analysis),解决了 Fourier变换不能解决的许多困难问题。
[0040]采用本实用新型的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，针对现有森林火灾检测系统检测效率不高、检测精度较低以及缺乏分等级报警机制的技术问题，通过卫星遥感方式快速获得森林遥感图像，使用高精度的图像识别技术提高火焰图像识别的精度，建立基于火焰面积大小的分等级报警模式，从而节约了森林管理部门的反映处理时间，避免森林火情的进一步蔓延。
[0041]可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，所述检测平台包括地面接收站、地面处理站和火灾警报系统，所述地面接收站用于接收并记录卫星遥感图像，所述地面处理站与所述地面接收站连接，用于对所述卫星遥感图像进行处理，识别出所述卫星遥感图像中的火焰图像，所述火灾警报系统与所述地面处理站连接，用于基于所述火焰图像的面积大小实现不同等级的森林火灾警报。
2.如权利要求1所述的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，其特征在于: 所述地面接收站还包括 反射面天线，具有抛物面式的反射面，用于搜索和跟踪卫星，以接收森林火灾检测区域的卫星遥感图像； 磁带机，与所述反射面天线连接，用于记录所述卫星遥感图像； 所述地面处理站还包括 接收装置，连接所述磁带机，用于接收所述卫星遥感图像； RS-232串行通信接口，与存储装置连接，用于将火焰上限灰度阈值、火焰下限灰度阈值、红色通道阈值和饱和度阈值读入所述存储装置中； 存储装置，用于存储所述火焰上限灰度阈值、所述火焰下限灰度阈值、所述红色通道阈值和所述饱和度阈值； 辐射校正装置，与所述接收装置连接，用于对所述卫星遥感图像进行辐射校正处理，以输出辐射校正图像； 几何校正装置，与所述辐射校正装置连接，用于对所述辐射校正图像进行几何校正处理，以输出几何校正图像； 小波滤波装置，与所述几何校正装置连接，用于基于Harr小波滤波器对所述几何校正图像进行图像滤波，以输出滤波图像； 图像分离装置，与所述小波滤波装置和所述存储装置分别连接，用于将所述滤波图像中灰度值在所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值之间的像素识别并组成粗略火焰子图像； 火焰识别装置，与所述图像分离装置连接，针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，计算饱和度，如果计算的饱和度大于所述饱和度阈值且红色通道值大于所述红色通道阈值且绿色通道值小于等于红色通道值并大于蓝色通道值时，则确定该像素为火焰像素，否则确定该像素为非火焰像素，将所述粗略火焰子图像中所有火焰像素组成火焰图像； 所述火灾警报系统还包括 用户输入接口，用于根据用户的操作，设定第一面积阈值、第二面积阈值和第三面积阈值，所述第二面积阈值大于所述第一面积阈值且小于所述第三面积阈值； 随机存储设备，与所述用户输入接口连接，以接收并存储所述第一面积阈值、所述第二面积阈值和所述第三面积阈值； 控制设备，与所述火焰识别装置和所述随机存储设备分别连接，接收所述火焰图像，计算所述火焰图像的面积，当所述面积为零时，发出无火灾信号，当所述面积小于等于所述第一面积阈值时，发出火灾蓝色报警信号，当所述面积大于所述第一面积阈值且小于等于所述第二面积阈值时，发出火灾黄色报警信号，当所述面积大于所述第二面积阈值且小于等于所述第三面积阈值时，发出火灾橙色报警信号，当所述面积大于所述第三面积阈值但在超过所述第三面积阈值20%的范围以内时，发出火灾红色报警信号，当所述面积在超过所述第三面积阈值20%以外时,发出火灾紧急报警信号； 显示设备，与所述控制设备连接，以实时显示所述火焰图像，并显示与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息； 语音播放设备，与所述控制设备连接，以播放与所述火灾蓝色报警信号、所述火灾黄色报警信号、所述火灾橙色报警信号、所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的语音警示文件； 无线通信接口，与所述控制设备连接，以在接收到所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号时，将与所述火灾红色报警信号或所述火灾紧急报警信号分别对应的文字警示信息通过无线通信网络发送到森林管理部门的内部网络或森林管理负责人的移动终端上； 其中，所述火焰上限灰度阈值和所述火焰下限灰度阈值用于将图像中的火焰与背景分离，所述红色通道阈值和所述饱和度阈值用于进一步确定粗略火焰子图像中的火焰图像。
3.如权利要求2所述的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，其特征在于: 所述反射面天线具有X波段或S波段的全半球跟踪能力，为方位-俯仰安装方式，并设有自动倾斜机构，以解决卫星过顶的跟踪问题。
4.如权利要求2所述的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，其特征在于: 所述显示设备为液晶显示屏，所述语音播放设备为双声道扬声器。
5.如权利要求2所述的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，其特征在于: 针对所述粗略火焰子图像中的每一个像素，所述绿色通道值、所述红色值和所述蓝色通道值为所述像素的RGB颜色空间中的三个颜色通道值。
6.如权利要求2所述的基于卫星遥感图像的森林火灾检测平台，其特征在于: 所述饱和度为红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值和最小值之差除以红色通道值、绿色通道值和蓝色通道值中最大值。
【文档编号】G06T5/00GK204143592SQ201420654498
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】不公告发明人 申请人:无锡北斗星通信息科技有限公司