基于卫星遥感和地面传感网的林区智能管理方法及系统与流程

本技术涉及林区智能管理，具体涉及基于卫星遥感和地面传感网的林区智能管理方法及系统。

背景技术：

1、卫星遥感是指利用如landsat、sentinel-2等对地观测卫星，通过搭载光学、多光谱、热红外或雷达传感器，在大范围尺度上对地表目标进行周期性成像与参数反演，从而获取林区植被覆盖度、叶面积指数、含水量及火情异常等宏观信息。

2、地面传感网则是指在林区内部布设由温湿度、土壤水分、气体浓度、风速风向等节点构成的分布式物联网感知体系，通过无线通信实现连续采集与局部环境状态精细化表征。

3、基于两者开展林区智能管理时，可通过卫星遥感形成大尺度动态监测底图，并对异常区域进行快速定位，在该定位结果引导下调度地面传感网对应区域的高频数据进行细粒度验证与补充，从而构建“宏观扫描、局部校验”的分层感知机制，在此基础上融合时序数据执行变化检测、灾害预警及生长评估，最终驱动林火防控、病虫害识别及资源调度等决策过程，实现覆盖广域与细节精确兼顾的林区智能化管理闭环。

4、在基于卫星遥感与地面传感网协同开展林区监测的过程中，当卫星热红外数据捕获到局部热异常斑块，而地面气体传感节点未同步检测到一氧化碳、二氧化碳等燃烧特征气体时，林区火情判定机制在执行多源数据一致性校验过程中，会将该高温斑块识别为环境扰动引起的异常波动并予以忽略，从而未进一步触发针对该区域的精细化探测或人工核查动作。在该判定路径持续维持的情况下，林下枯枝落叶层内部可能已经进入低强度阴燃状态，该类阴燃过程释放热量缓慢且气体外逸受阻，使地面气体传感节点难以及时捕捉典型燃烧产物信号，进而形成“高温已显现但气体未响应”的感知脱耦现象。随着阴燃区域在可燃物连续分布条件下逐步向周边扩展，局部空间内热量不断积聚，会促使地表以下温度场持续抬升，并进一步改变周围可燃物的热解状态，使更多区域逐步逼近临界燃烧状态。当热量积累突破阈值后，原本隐蔽的阴燃区域将迅速转化为明火燃烧，形成空间范围较大的突发性火灾。由于前期未形成有效预警与干预，该类火情在暴露时已具备较高强度及扩散能力，不仅会造成林区植被大面积损毁，还会显著增加扑救难度并引发生态安全风险。

5、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供基于卫星遥感和地面传感网的林区智能管理方法及系统，以解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：基于卫星遥感和地面传感网的林区智能管理方法，包括如下步骤：

3、获取卫星热红外影像中的热异常斑块信息，并提取热异常斑块对应区域的辐射温度梯度变化幅值，将辐射温度梯度变化幅值超过预设阈值的区域标定为潜在隐蔽热源区；

4、基于潜在隐蔽热源区，调度邻近地面气体传感节点执行高频气体浓度采集，依据气体浓度变化幅值及空间分布离散度进行量化处理，得到气体响应稀疏特征值；

5、根据气体响应稀疏特征值，开展潜在隐蔽热源区的局部热扩散轨迹计算，提取热量外扩方向偏移角度及扩展速率参数，并生成热量积聚强度指标；

6、依据热量积聚强度指标，在潜在隐蔽热源区实施逐点热扰动激励，通过引入小幅度环境扰动获取温度回弹幅值，提取热惯性增强特征并更新隐蔽燃烧判据；

7、按照更新后的隐蔽燃烧判据，针对潜在隐蔽热源区执行分级响应控制，根据热惯性增强特征大小触发差异化干预策略，以实现隐蔽火情在明火出现前的抑制。

8、优选的，将辐射温度梯度变化幅值超过预设阈值的区域标定为潜在隐蔽热源区，具体步骤如下：

9、获取林区覆盖范围内的卫星热红外影像数据，按照影像像素对应关系建立统一空间网格，对同一空间位置不同时间时刻的辐射温度数值进行排列，筛选连续三个时间时刻温度递增的空间位置并扩展至八邻接区域，划定温度上升区域并识别热异常斑块；

10、围绕热异常斑块覆盖范围进行子区域划分并记录辐射温度数值，选取相邻子区域计算各方向温度差值及连续时间间隔变化情况，将空间差异变化与时间变化逐项汇总叠加，得到对应子区域的辐射温度梯度变化幅值；

11、比较各子区域辐射温度梯度变化幅值与预设阈值，标记连续三个时间时刻超过预设阈值的候选热源单元，结合空间相邻关系进行归并处理并持续更新空间范围，从而将辐射温度梯度变化幅值超过预设阈值的区域标定为潜在隐蔽热源区。

12、优选的，获取气体响应稀疏特征值，具体步骤如下：

13、选取潜在隐蔽热源区边界作为参考起点，逐一定位地面气体传感节点空间位置并计算与潜在隐蔽热源区边界最近点之间直线距离，筛选距离小于固定距离范围的地面气体传感节点纳入调度范围，并分配统一时间起点执行气体浓度采集；

14、基于调度范围内地面气体传感节点获取的气体浓度数值，按照时间顺序记录气体浓度变化情况并计算气体浓度变化幅值，结合空间位置顺序排列相邻地面气体传感节点气体浓度变化幅值差值以得到气体浓度变化幅值序列及空间分布数据序列；

15、根据气体浓度变化幅值序列筛选有效变化段并统计地面气体传感节点数量比例及连续区段数量，按照节点比例数值与连续区段数量组合关系匹配对应表输出数值等级作为气体响应稀疏特征值。

16、优选的，气体浓度变化幅值序列筛选有效变化段过程中，连续时间时刻内均大于零的变化幅值对应时间段标记为有效变化段，并统计各地面气体传感节点对应的有效变化段数量，结合空间分布数据序列按空间顺序检查相邻节点有效变化段分布情况以划分连续区段。

17、优选的，生成热量积聚强度指标，具体步骤如下：

18、基于气体响应稀疏特征值对应的潜在隐蔽热源区确定几何中心位置，并划分观测方向，沿各观测方向读取连续子区域辐射温度数值，构建包含空间顺序及时间变化的温度变化记录；

19、结合温度变化记录筛选观测方向并构建热量扩散路径，连接连续子区域温度变化位置，提取各观测方向路径偏转情况以及单位时间内子区域数量变化，得到热量外扩方向偏移角度及扩展速率参数；

20、利用热量外扩方向偏移角度与扩展速率参数划分主要扩散方向及次级扩散方向，统计扩散状态并匹配对应关系表，输出对应数值等级，得到热量积聚强度指标。

21、优选的，利用热量外扩方向偏移角度与扩展速率参数划分主要扩散方向及次级扩散方向，包括：将各观测方向路径相对于预先选定参考方向的夹角作为偏移角度，当偏移角度小于或等于四十五度且扩展速率参数呈递增状态时标记为主要扩散方向，当偏移角度大于四十五度或扩展速率参数存在下降或保持不变情况时标记为次级扩散方向。

22、优选的，提取热惯性增强特征并更新隐蔽燃烧判据，具体步骤如下：

23、以潜在隐蔽热源区内部各子区域作为处理单元，记录辐射温度数值并引入短时气流变化，获取温度记录序列；

24、读取温度记录序列并选取扰动结束时刻辐射温度数值作为回弹起始参考值，计算温度差值并提取温度回弹幅值，排列温度回弹幅值并与热量积聚强度指标对应记录；

25、划分温度回弹幅值并筛选热惯性增强单元，归并连续区域并统计空间覆盖范围，更新隐蔽燃烧判据。

26、优选的，读取温度记录序列并选取扰动结束时刻辐射温度数值作为回弹起始参考值的过程，还包括：对扰动结束时刻以及扰动结束后连续时间时刻的辐射温度数值进行逐一比较，选取最大温度差值作为温度回弹幅值，并将温度回弹幅值与热量积聚强度指标进行对应记录。

27、优选的，根据热惯性增强特征大小触发差异化干预策略，具体步骤如下：

28、获取隐蔽燃烧判据等级及热惯性增强特征数值，划分高等级状态、中间等级状态及低等级状态，分别纳入第一响应序列、第二响应序列及第三响应序列，并按潜在隐蔽热源区中心位置距离排序响应执行单元；

29、结合响应执行单元排序结果，统计热惯性增强特征数值并计算平均值，划分高强度干预区间及低强度干预区间，针对第一响应序列执行连续气流扰动操作或单次气流扰动操作，针对第二响应序列执行间隔气流扰动操作，针对第三响应序列保留状态记录；

30、基于连续时间时刻温度变化趋势，调整第一响应序列、第二响应序列及第三响应序列，并通过差异化干预策略实现潜在隐蔽热源区分级响应控制。

31、基于卫星遥感和地面传感网的林区智能管理系统，包括热红外异常识别模块、气体稀疏特征提取模块、热扩散轨迹分析模块、热惯性特征提取模块以及分级响应控制模块；

32、热红外异常识别模块，获取卫星热红外影像中的热异常斑块信息，并提取热异常斑块对应区域的辐射温度梯度变化幅值，将辐射温度梯度变化幅值超过预设阈值的区域标定为潜在隐蔽热源区；

33、气体稀疏特征提取模块，基于潜在隐蔽热源区，调度邻近地面气体传感节点执行高频气体浓度采集，依据气体浓度变化幅值及空间分布离散度进行量化处理，得到气体响应稀疏特征值；

34、热扩散轨迹分析模块，根据气体响应稀疏特征值，开展潜在隐蔽热源区的局部热扩散轨迹计算，提取热量外扩方向偏移角度及扩展速率参数，并生成热量积聚强度指标；

35、热惯性特征提取模块，依据热量积聚强度指标，在潜在隐蔽热源区实施逐点热扰动激励，通过引入小幅度环境扰动获取温度回弹幅值，提取热惯性增强特征并更新隐蔽燃烧判据；

36、分级响应控制模块，按照更新后的隐蔽燃烧判据，针对潜在隐蔽热源区执行分级响应控制，根据热惯性增强特征大小触发差异化干预策略。

37、在上述技术方案中，本技术提供的技术效果和优点：

38、本技术通过构建基于卫星热红外影像与地面气体传感信息的协同分析机制，在识别热异常斑块后进一步引入辐射温度梯度变化幅值进行约束判定，使潜在隐蔽热源区能够在气体信号尚未出现响应的阶段被提前锁定，从而避免单一依赖气体浓度变化所导致的判断滞后问题。通过对气体浓度变化幅值与空间分布离散度进行联合刻画，使气体响应的弱信号亦可被有效利用，从而提高对隐蔽阴燃状态的识别能力，使火情能够在早期阶段被感知并进入后续处理流程。

39、本技术在潜在隐蔽热源区识别基础上，引入热扩散轨迹分析与逐点热扰动激励机制，通过获取温度回弹幅值提取热惯性增强特征，并以此更新隐蔽燃烧判据，进而驱动分级响应控制过程，使不同区域按照热状态差异执行对应干预策略。通过对高等级区域优先施加持续干预并结合动态响应调整，使热量释放过程得到持续调控，从而在火情发展至明火阶段之前实现主动抑制，降低后续扩展风险并提升林区整体监测与管理的可控性。