图像挖掘技术在林火影像中的应用

提出了林火遥感图像挖掘的概念,描述了图像挖掘技术在林火遥感图像上的具体应用及实现,针对林火部门每天产生并存储的有价值的林火遥感图像,结合林火上所特有的领域知识,提出了一种通过对林火遥感图像进行图像挖掘,可以将林火遥感图像分成有火或无火两类图像的方法。该方法的实现对帮助林火工作人员及早发现火情,做出火灾预测并采取相应措施具有重大的意义。     

基于无人机多传感吊舱系统的火点实时定位方法

林火定位是林火智能监测设备的核心技术。提出了一种基于激光雷达、红外热像仪及组合惯导多数据融合的火点定位方法。首先设计了一个通用的无人机吊舱系统,并基于ROS框架实现数据采集、数据处理和数据传输等功能;其次提出了一个基于无人机吊舱系统的火点全局定位方案,根据红外热像仪成像特性识别火点,同时将密集点云与红外图像进行数据融合,估计出火点的三维空间位置;然后根据无人机位姿提出了一种基于墨卡托投影的火点全局定位方案,得到了火点的GPS位置。最后通过试验得到了该方案的全局定位精度：在实验中经度最大误差为2.36×10^-5°,纬度最大误差为1.84×10^-5°,高程最大误差为0.926 1 m,为其他林火定位方案提供了技术支持。     

森林火灾灾情快速预判模型

为在火灾发生时进行灾情的快速评估,为消防决策提供参考,提出一种简化的林火蔓延模型。通过遥感影像,获取火灾首日燃火点和火场边界,利用风向、风速和USDA蔓延模型数据库中对应植被类型的蔓延速度,进行林火蔓延计算,预判无干扰状态下的林火蔓延范围,以达到灾情快速预判的目的。通过2006年黑龙江省和2009年中蒙边境特大森林草原火灾案例的分析,结合运用卫星遥感图像对逐天火迹和火点解译的结果,验证该模型的可靠性及适用性。研究结果表明,基于实时遥感影像与气象预报信息,运用简化的林火蔓延模型,并结合林火宏观扩散的特征,能够对火灾灾情的发展进行快速研判。     

基于彩色图像的林火图像火焰分割研究

结合实际林火图像的特点,提出了一种基于彩色图像分割策略的林火图像的火焰分割算法。该算法首先将图像转化为HSI彩色模型,然后根据各个分量的特点进行分割,并且进行了仿真实验,实验结果表明此算法能够很好地将火焰从复杂的背景中分割出来,克服了基于灰度图像分割不能准确分割烟雾和火焰的弊端,为今后对林火图像进一步分析提供了良好的基础。     

山地林火蔓延模型的研究

建立了有风速有坡度条件下的林火蔓延模型,并进行了模拟山丘条件下的数值计算和实验模拟。通过对计算结果和实验结果的分析比较,获得了模拟山地条件下的一些流场变化规律,为进一步预测林火行为为奠定了基础,同时也证明了采用该模型的必要性。     

林火初期蔓延的分形模型

本文运用分形理论对林火蔓延进行了研究，以分形曲线的自相似性为基础，结合火场参差不齐的边界，分析了在平地均匀可燃物床情况下，不同风速、风向的分形关系，从而建立起林火蔓延的分形模型。用ｃｏｃｈ雪花曲线导出了火场蔓延的面积公式并用实例进行了计算和误差的比较分析。     

卫星遥感数据在林火排放模型中的应用

火对大气中的温室气体和气溶胶的增加有显著影响,也是植被的一个主要干扰因子.利用精确卫星火产品对中国林火排放量进行量化计算,对于制定正确的减排战略具有参考意义.采用GBA2000的研究结果,分析了不同植被区的过火区分布情况.2000年中国林地上共有8 587个过火斑块,总面积为10 773 212 hm2,其中阔叶落叶林过火面积最大,为3 674 404 hm2;其次为阔叶常绿林,过火面积为1 141 402 hm2.林火排放计算模型采用各植被带平均生物量和燃烧系数估计火烧消耗的生物量和计算森林燃烧释放的温室气体量.我国2000年林火释放CO2 688 Tg,CO和CH4分别为57 Tg和4 Tg.计算精度取决于森林火灾面积、土地类型图、燃烧效率和排放因子.由于采用的卫星火产品没有对中国区域进行精度评估,据此统计的森林过火区有误差.如果采用更精确的卫星遥感数据,将提高林火释放模型的计算精度.     

基于回归分析的露天矿爆破震动速度研究

为了研究露天矿爆破生产中地表震动的安全性问题,采用回归分析方法对相关爆破震动速度公式进行了分析。通过现场监测试验得到了露天矿爆破现场区域的地表震动速度,基于现场测试数据对各地表震动速度经验公式中的衰减系数及衰减指数进行了反演;根据临界震动速度确定了爆破时的安全距离,反演了地表质点震动速度,并对计算结果进行了误差分析。结果表明,广义公式预测的震动速度误差小于采用萨道夫斯基公式的计算误差,印度震动速度预测公式计算结果的误差最大;考虑高程影响的震动速度公式计算结果的误差小于萨道夫斯基公式计算结果的误差,且预测值大于实际测量值。基于现场测试和回归分析方法对地表震动速度公式的分析,对于露天矿生产中的爆破安全具有实际意义。     

基于影像测量机器人的墙体表面缺陷检测方法

针对传统墙体表面缺陷的检测方法效率低、误差大或安全性不足等问题，提出一种基于影像测量机器人的墙体表面检测方法。利用影像测量机器人坐标测量功能获取待检测区域的边界坐标，根据其望远镜相机拍摄的单张图片的大小，确定拍摄图片的数量，并按照计算出的平均偏移角度步长进行自动采集。采用大津阈值法对墙体表面图片进行分割，初步确定包含缺陷的图片，并通过灰度共生矩阵实现缺陷图像纹理特征参数精确提取及分类，进而根据影像测量机器人拍摄图片的坐标信息对缺陷进行定位。试验对比分析表明，相较无人机、激光扫描仪等采集方式，影像测量机器人在影像采集效率、安全性及自动化程度方面具有优势，采用的图像处理方法可以有效检测墙体表面缺陷。     

一种基于数据融合的林火火线动态蔓延预测方法的研究

准确预测林火蔓延对于有效防治野火危害具有重要意义。传统林火蔓延速度场经验模型需要可燃物特性、坡度、温度及湿度等众多实测参数,由于参数均具有不同的时空分布,限制了模型的实际应用。因此提出速度场实时测量及水平集法模拟林火蔓延两种技术相结合的方法,通过测定火蔓延锋面的位置获取当前时刻锋面处的速度场分布并对此速度场在未燃烧区域进行延拓,结合水平集法预测林火蔓延,并使用数值模拟及实验数据验证了该方法能够有效预测短期内林火蔓延趋势,得出基于速度场的数据融合方法可满足实际林火蔓延建模的需求。     

基于可视化网格和几何内插法的硫化矿自燃红外预测

针对红外热像技术应用于硫化矿自燃测温时精度较低,且红外图像几何信息会丢失的问题,建立使用可视化网格和几何内插法的红外测温方法。采用几何插值法建立硫化矿物平面同红外图像像平面间的几何对应关系,得出样本表面温度场计算表达式,绘制矿样表面温度曲面图。选取4个硫化矿样本开展测温试验,并分析测得数据的误差。结果表明:4个样本测温最大相对误差分别为9.84%,8.99%,7.14%和9.94%,最小相对误差分别为1.09%,1.69%,2.08%和9.94%。用可视化网格法测得的温度同真实温度吻合度较好。     

集合卡曼滤波算法对FARSITE模型林火蔓延预测的修正效果研究

针对火源位置输入偏差导致的FARSITE林火行为模型火线预测不准确的问题,提出了一种基于集合卡曼滤波算法的动态修正方法。利用FARSITE对复杂工况下的林火蔓延过程进行数值模拟,以火线位置为待修正参量,以均方根误差(RMSE)为评价指标,对算法的可行性进行了验证,并研究了算法的集合元素个数,观测数据标准差及同化频率对FARSITE预测偏差的修正效果的影响。结果表明:算法能显著提高FARSITE火线预测精度;逐时同化时:集合元素个数为5 时,算法的修正效果并不理想,随着集合元素个数增大,样本误差减小,修正效果得到改善,但增大到30以上时, 修正能力的提升就不再明显;观测数据标准差大小与RMSE值呈正相关;给定条件下当同化频率由1 h/次降低至2 h/次,整个模拟时长内的误差仍能得到较好控制,RMSE曲线并不会过快增长。     

应用经济学原理进行林火管理计划决策的理论研究

本文介绍并分析了西方林火管理经济学的基本理论,提出了用传统的经济学理论研究分析林火管理计划决策的具体方法和措施,对林火管理经济学的基本概念进行了定义,介绍了林火管理经济学的研究内容与研究范围,给出了林火管理计划进行决策的过程与方法。通过对林火管理经济学的研究使林火管理计划决策更具有科学性,从而进一步提高我国的林火管理水平。     

火焰温度场红外热像动态测试的试验人

红外热像仪可以测量被测目标的温度场分布,并以图像的形式表示,可以利用计算机图像处理的方法进行燃烧火焰温度的重建。另外,红外热像仪采用非接触式测量且反应速度快,可进行火焰动态测量。本文采用红外热像仪对火焰温度场进行测试,并分析了测量过程中产生误差的因素及一些修正方法。     

火焰温度场红外热像动态测试的试验研究

红外热像仪可以测量被测目标的温度场分布,并以图像的形式表示,可以利用计算机图像处理的方法进行燃烧火焰温度的重建.另外,红外热像仪采用非接触式测量且反应速度快,可进行火焰动态测量.本文采用红外热像仪对火焰温度场进行测试,并分析了测量过程中产生误差的因素及一些修正方法.     

北京西山森林潜在火行为及防火林带有效宽度分布研究

可燃物类型及其栽量分布是决定林火行为的重要因素.以北京西山试验林场魏家村分场为研究区域,根据样地调查和森林清查数据对可燃物类型进行分类,并对可燃物载量的空间分布进行研究.根据历史气象数据确定当地平均最大风速平均值为3.6m/s,平均最大风速的最大值为14m/s,在此情景下,结合DEM数据和可燃物数据对研究区域的林火强度进行计算,并对防火林带的有效参数进行确定.     

弱粘煤低温氧化活性基团与热效应的研究*

为研究煤氧化过程中活性基团的演变规律及热效应的变化特征,利用原位红外实验装置,实时测量煤升温过程中官能团的动态变化,数据处理得到弱粘煤红外波谱图,利用差减法对特征温度点下的红外光谱图进行处理,得到煤样的差示光谱,计算特征温度点下的红外结构参数;采用差示扫描量热仪,测量煤氧化过程中热流的变化,得到弱粘煤的热流曲线图,并对热流曲线进行阶段划分和氧化动力学计算。结果表明:弱粘煤中芳环数量比较少,环周围侧链较长,内部结构疏松,内部毛细管比较发达,内表面积较大,更容易发生自燃;整个氧化过程中羟基最为活跃,含氧官能团次之,其次是脂肪烃;红外参数计算结果HAL,I2整体呈减小趋势,I1,I3整体呈增大趋势;弱粘煤放热阶段的活化能值为25.12～61.26 kJ/mol,并随着升温速率的增大而减小,与此阶段放热量随升温速率的增大而增大相对应。     

红外测温技术监测硫精矿堆自热状态的研究

矿仓中硫精矿自燃会引起一系列环境和安全问题.采用红外测温仪器,在实验室测定硫精矿堆的自热温度,分别在不同环境条件和测量方式下对硫精矿粉的表面温度进行测量,找出实验过程中影响红外测温仪精确度的外界环境条件、使用方法及人为因素.结果表明,环境条件中的温度、湿度对红外测温仪的测温效果有较大的影响,一般应选择在低温低湿的环境下进行测量; 同时,在测量过程中应尽量保持光束与测点垂直; 另外,红外测温仪的测量距离不宜超过1 m.将红外测温仪测得的硫精矿堆表面温度作为计算硫精矿堆内部温度分布的初始条件,应用数值分析软件可以模拟出硫精矿堆的自热温度场,以便及时预报硫精矿堆的自燃.     

安全生产监控中的红外图像融合技术研究

温度监测是生产安全监控的一个重要方面,但红外图像对温度的监测面积大,距离远,效果好。因为红外图像存在分辨率低、不够清晰的缺点,所以将可见光图像与红外图像进行融合,以取得清晰直观的温度分布图像。为了研究图像融合的过程,使用图像标定技术,对目标图像进行校正、对齐。在标定过程中,根据红外线发射的特点,分析了图像标定板的红外线发射机理,设计了适用的红外与可见光合一的图像标定板,获取了标定板的清晰红外图像。取得了满意的图像融合效果,适用于对生产设备、生产过程、产品仓储等的温度监控和预警。     

基于船体三自由度井喷液柱高度测量方法

为了解决海洋平台井喷事故发生后井口压力与井喷液柱高度的获取问题,基于观测船船体三自由度运动,提出1种井喷液柱高度测量方法。在考虑船体三自由度运动的前提下,将难以直接测量的井喷液柱高度转化为三倾角测量,再通过设计的配套液柱高度计算方法计算液柱高度;采用自设计新型角度测量装置测量角度;对角度测量信号进行卡尔曼滤波处理,消除甲板振动对测量的影响,并优化设计测点间距,进一步提高测量精度。研究结果表明:在考虑不同船体状态的情况下,测量值与实际值误差小于4. 2%,该测量方法可行,整体设备简单、操作方便、稳定性高、适应能力强,计算结果准确,可以满足现场应用需求。