基于空气动力学理论的林火烟雾探测方法研究

发布时间：2020-07-25 20:44

【摘要】：森林资源在人类发展中扮演着重要的角色,然而森林火灾却是森林资源保护的最大阻碍,因此,对森林火灾的监测和防护具有非常重要的意义。本文从烟雾的本质属性入手,对森林火灾烟雾的视频图像进行深入探究,同时在空气动力学理论的指导下,提取出烟雾的动力学特征作为林火识别的判据,主要研究内容如下:(1)采用视频拍摄的方式收集烟雾图像数据,以烟雾的视频图像为研究对象,探索烟雾在其扩散运动过程中与空气动力之间的关系,旨在发掘烟雾发生侧移、运动路径变化的深层原因,寻找识别烟雾的特征目标量,从而增加林火烟雾探测方法中烟雾的识别特征。(2)对烟雾图像进行显性化处理和形态学处理,确定了烟雾提取区域,保证了后续实验数据处理的准确性。本文针对森林火灾烟雾自身的扩散运动,对烟雾进行了散度和运动路径角分析,并绘制出烟雾的动力学曲线,计算出烟雾运动路径角,得到烟雾特有的动力学特征。通过对比分析,发现烟雾散度的正负值变化剧烈,且相对于云的动力学曲线及运动路径角来看,烟雾的动力学曲线波动范围大,烟雾运动路径角范围广。(3)在数据处理中将整体的图像数据分割为具有坐标属性的像素集合数据,使图像数据几何化和数字化,减少了冗余数据量,提高了计算速度,加快了系统的响应时间。通过上述研究,表明烟雾在其扩散运动中具有独特的动力学特征,可以用于林火烟雾识别。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S762;TP391.41
【图文】：

数据,烟雾

逡逑位于制高点的摄像机，记录着烟饼烟雾从开始产生到由于空气作用烟雾消失的整逡逑个过程，形成一个时间序列图像，每隔１０秒对视频数据进行图像采集，如图２－１所逡逑示。视频数据的优势是记录了烟雾发生过程的整个时间、空间场景信息，其中包含了逡逑烟雾的特征，如烟雾楾色信息、烟雾各个时刻所处状态、烟雾形状等。逡逑＇．．．邋．．．邋．．逡逑图２－１原始图像数据逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｏｒｉｇｉｎａｌ邋ｉｍａｇｅ邋ｄａｔａ逡逑基于空气动力学理论的烟雾运动曲线，即烟雾动力学曲线，需要统计烟雾关键时逡逑刻的运动状态，因此原始获得的图像数据便不能不加分析和处理地直接用于后续的计逡逑算中。一方面原因是初始烟雾数据包含有不涉及，也不影响后续计算的冗余信息；另逡逑９逡逑

灰度处理,图像,林火,公式

逦２林火烟雾图像处理逦逡逑对应在公式中本实验采用＝邋１９０／２５５，／？？妙＿／？邋＝邋２３０／２５５，逡逑［／６ｗ＿ｏｗ／，／？／ｇ／７＿ｏｗ／］为空矩阵，ｇｏｗｍａ邋＝邋ｌ，代进公式对图像进行灰度处理，使得原逡逑始图像的灰度级间隔变大，尺度值拉大，从而使得目标区域变得更加明显，突出。如逡逑图邋２－２。逡逑

目标区域,二值化图像,烟雾,视频

得到目标区域。在林场森林大背景下，烟雾的出现使得视频检测设备先后采集的图像逡逑数据不一致，因此对烟雾的提取可以采用背景差分方法。差分得到的目标区域即烟雾逡逑存在区域，如图２－４所示。逡逑■■■■逡逑■■■■逡逑ＭＭ逡逑图２－４烟雾提取图像逡逑Ｆｉｇ．邋２－４邋Ｓｍｏｋｅ邋ｅｘｔｒａｃｔ邋ｉｍａｇｅｓ逡逑１５逡逑

【参考文献】