- Xác định lớp phủ bề mặt mây và nước:Những điểm ban ngày được coi là bị mây che khuất nếu thỏa mãn điều kiện:
Những điểm ban đêm được đánh dấu cờ như là mây nếu thỏa mãn điều kiện duy nhất
T12< 265K. Tiêu chí cơ bản này đầy đủ để tìm thấy và xác định những đám mây lớn và lạnh hơn nhưng có thể bỏ mất những đám mây nhỏ và các rìa của đám mây. Tuy nhiên những điểm nóng cháy không bao giờ được quan sát không bị nhầm lẫn và gắn cờ là đám mây.
- Xác định những điểm nóng cháy đang hoạt động:Một điểm ảnh ban ngày được xác định là một điểm cháy tiềm năng nếu thỏa mãn điều kiện:
T4 > 310 K, ∆T > 10 K &&ƿ0.86 < 0.3 với ∆T = T4 – T11. Với những điểm ban đêm nếu thỏa mãn điều kiện:
T4 > 305 K, ∆T > 10 K &&ƿ0.86 < 0.3 với ∆T = T4 – T11.
Những điểm không thỏa mãn thử nghiệm sơ bộ này có thể phân loại ngay thành những
điểm không cháy.
Có hai hướng để qua đó các điểm nóng cháy có thể được xác định. Hướng đầu tiên là chứa đựng một kiểm tra ngưỡng tuyệt đối, cố định đơn giản[9]. Ngưỡng này phải được thiết lập đủ cao để nó chỉ được kích hoạt khi các điểm nóng cháy là rất rõ ràng và rất ít cơ hội tạo ra những cảnh bảo sai. Hướng thứ hai là chứa đựng một chuỗi những kiểm tra ngưỡng ngữ cảnh được thiết kế sẵn để xác định được phần lớn những điểm nóng cháy đang hoạt động nhưng kém rõ ràng.
- Ngưỡng kiểm tra tuyệt đối:Tiêu chí về ngưỡng kiểm tra tuyệt đối là vẫn giống với việc làm trong thuật toán gốc năm 1998.
T4> 360 K (320 K về đêm) (1)
Tuy rằng ngưỡng kiểm tra ban ngày cao nhưng mấu chốt tiện ích của kiểm tra này là loại bỏ những tia sáng mặt trời, nếu không những tia sáng đủ mạnh lóe lên của mặt trời có thể gây ra cảnh báo sai.
- Đặc tính nền:Bước tiếp theo của thuật toán sẽ được thực hiện bởi bất cứ kết quả của ngưỡng kiểm tra tuyệt đối, một kiểm tra là sử dụng các điểm lân cận xung quanh để ước tính tín hiệu phát xạ của các điểm nóng cháy có tiềm năng trong khi vắng mặt lửa. Những điểm lân cận xung quanh hợp lệ nằm trong một khung cửa sổ chứa điểm nóng cháy tiềm năng được xác định và được sử dụng để ước tính một giá trị nền. Trong cửa sổ này, những điểm hợp lệ được định nghĩa như là chứa đựng những quan sát có thể sử dụng được, vị trí trên đất, không phải là mây ô nhiễm và không phải là nền của những điểm nóng cháy. Nền của những điểm nóng cháy được xác định là có T4> 325K và ∆T > 20K cho sự quan sát ban ngày hoặc T4> 310K và ∆T > 10K cho sự quan sát về đêm.
Cửa sổ bắt đầu như một điểm hình vuông 3x3 pixel bao xung quanh điểm nóng cháy tiềm năng. Sự bao xung quanh có thể lớn lên đến tối đa là 21x21 pixel nếu cần
thiết, đến khi ít nhất 25% những điểm ảnh trong khung cửa sổ được cho là hợp lệ và số lượng những điểm ảnh hợp lệ ít nhất là 8.
- Ngưỡng kiểm tra ngữ cảnh:Nếu các đặc tính nền có kết quả, một loạt các kiểm tra theo ngưỡng ngữ cảnh được thực hiện để phát hiện các điểm cháy liên quan. Sự tìm kiếm cho dấu hiệu đặc trưng của một điểm cháy hoạt động trong cả kênh nhiệt sáng 4 µm (T4) và độ lệch (∆T) giữa kênh nhiệt sáng 4µm và 11µm từ một nền không cháy. Ngưỡng tương đối được điều chỉnh dựa trên những thay đổi tự nhiên của nền. Sự kiểm tra đó là: ∆T >∆ + 3.5δ∆T (2) ∆T >∆ + 6K (3) T4> 4 + 3δ4 (4) T11> 11 + δ11 – 4K (5) δ'4> 5K (6)
Đầu tiên 3 điểm cháy được tách ra từ nền không cháy. Hệ số 3.5 xuất hiện trong kiểm tra (2) lớn hơn hệ số 3 trong kiểm tra (4) để giúp điều chỉnh tương quan giữa kênh quan sát 4 µm và 11 µm. Điều kiện (5) giới hạn cho những điểm ban ngày, được sử dụng chủ yếu để loại bỏ các điểm ảnh nhỏ của mây có thể xuất hiện ấm lên ở kênh 4 µm (phụ thuộc vào sự phát xạ của tia sáng mặt trời) nhưng vẫn mát trong kênh 11 µm. Nó có thể giúp giảm bớt các cảnh báo sai miền ven biển thỉnh thoảng vẫn xảy ra khi những điểm ảnh nước mát hơnvô tình có trong khung nền cửa sổ. Tuy nhiên bất kỳ sự kiểm tra nào trên δ11, những rủi ro loại bỏ những điểm nóng cháy là rất lớn vì chúng
làm tăng đáng kể nền của kênh 11 µm. Ví dụ trên một bề mặt đất phổ biến δ11 ~ 1K trong khi đó những điểm ảnh trên vùng đất nối với một vùng cháy rừng lớn δ11 sẽ thường xuyên vượt ngưỡng 20K.Vì lý do này, kiểm tra (6) sẽ làm vô hiệu kiểm tra (5) khi mà khung nền xuất hiện chứa đựng những đám cháy lớn.
- Phát hiện điểm nóng cháy:Với những điểm cháy vào ban ngày, 3 bước sau được sử dụng để giúp loại bỏ những cảnh báo sai bởi những tia sáng mặt trời, bề mặt sa mạc nóng hay các bờ biển hoặc các tuyến ven bờ biển.
- Điểm cháy ban ngày nếu:
(1) true||
{(2) (4) true && [(5) || (6) true]}, Còn lại sẽ là không cháy.
{(1) true} || {(2) – (4) true},
Còn lại sẽ là không cháy.
Đối với những điểm ban ngày và cả ban đêm khi mà đặc tính nền không thỏa mãn, số lượng những điểm ảnh hợp lệ được xác định không đủ, chỉ duy nhất kiểm tra
(1) được áp dụng ở đây. Nếu điểm ảnh không thỏa mãn, nó sẽ được phân loại là “chưa biết”, thuật toán không thể đưa ra được kết luận rõ ràng.
- Loại bỏ tia sáng mặt trời:Tia sáng mặt trời trên bề mặt nhỏ nước, đất ẩm ướt, đám mây ti hay trong những trường hợp hiếm, đất trồng có thể gây ra những cảnh báo sai. Tia sáng mặt trời có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng góc θg giữa véc tơ chỉ vào bề
mặt vệ tinh và hướng gương phản xạ,
cos θg = cos θv cos θs – sin θv sin θs cos ф (7)
Ở đây, θv và θs tương ứng là góc nhìn và góc đỉnh của mặt trời, và ф là góc phương vị tương đối. Một số đếm được sinh ra bởi những điểm ảnh nước liền kề, tức là số lượng điểm nước trong 8 điểm ảnh xung quanh điểm nóng cháy tiềm năng và được ký hiệu là Naw. Những điều kiện sau đây được mang ra đánh giá:
θg< 2o (8)
θg< 8o&& ƿ0.65> 0.1 && ƿ0.86> 0.2 && ƿ2.1> 0.12 (9) θg< 12o&& (Naw + Nw) > 0 (10)
Nếu một trong những điều kiện trên thỏa mãn, điểm nóng cháy sẽ được loại bỏ như là
tia sáng mặt trời và được phân loại là “không cháy”, ngoài ra nó sẽ được phân loại là “cháy”. Điều kiện (8) loại bỏ bất kỳ điểm nóng cháy nào trong khu vực có cường độ
tia sáng mặt trời mạnh, sự phát hiện trong điều kiện này là đơn giản và không đáng tin cậy như tia sáng phản chiếu dội lại có thể làm nâng kênh T4 đến trên 400K và thậm chí cả trên mặt đất. Điều kiện (9) ít chính xác hơn, nó sẽ tìm kiếm hệ số phản xạ cao thích hợp qua những dải là đặc tính tia sáng mặt trời. Điều kiện (10) cũng ít chặt chẽ hơn, nó sẽ loại bỏ những điểm nóng cháy xuất hiện gần những điểm nước mà khó mà có điểm nóng cháy tiềm năng xuất hiện trong khu vực các tia sáng mặt trời.
- Loại bỏ ranh giới sa mạc:Bất kỳ đặc tính bề mặt nào mà tạo ra một sự chuyển đổi bức xạ mạnh hoặc rìa có khả năng gây ra lỗi hoặc thiếu sót cho bất kỳ thuật toán phát hiện nào theo ngưỡng ngữ cảnh. Trong các trường hợp trước đây, một điểm nóng cháy nằm dọc theo đường ranh giới không thể được phát hiện ra khi rìa làm tăng sự biến đổi đặc tính nền đến điểm mà những kiểm tra tương đối kết hợp với chính giá trị này sẽ sai. Các thuật toán ngưỡng ngữ cảnh từ trước đến nay dựa trên AVHRR dễ mắc phải vấn đề này khi chúng sử dụng các ngưỡng để loại bỏ những điểm nóng cháy nền, ví dụ
loại bỏ những điểm nóng cháy nền có T4> 311K và ∆T > 8K, những điều kiện này
thường xuyên thỏa mãn trên các vùng đất phổ thông, ví dụ là mùa khô thảo nguyên châu Phi và ở hầu hết các sa mạc.
Trong trạng thái này, thống kê kênh 4 µm ’4 và δ’4 trở thành chỉ số có ích. Trên những bề mặt sa mạc điển hình ban ngày ’4 ~ 335K và δ’4 ~ 0.5K. Tuy nhiên với một nền chứa những điểm nóng cháy mạnh, δ’4 sẽ lớn hơn nhiều (40K và có thể cao hơn là bình thường) và δ’4 sẽ lớn hơn một chút, từ 350 – 380K. Do đó một vài kiểm tra tìm ra, khai thác các phương hướng như một cách để loại bỏ những cảnh báo sai vào ban ngày có thể xuất hiện dọc theo ranh giới sa mạc. Đó là:
Nf> 0.1Nv (11) Nf>= 4 (12) ƿ0.86> 0.15 (13) ’4 < 345 K (14) δ’4< 3K (15) T4< ’4 + 6 δ’4 (16)
Nếu tất cả những điều kiện thỏa mãn, điểm cháy sẽ bị loại bỏ như là bề mặt
ranh giới sa mạc nóng và được phân loại là “không cháy”, nếu không những điểm ảnh
sẽ trải qua sự kiểm tra cảnh báo sai cho vùng ven biển. Điều kiện (11) và (12) hạn chế được những loại bỏ trong trường hợp mà một số lượng lớn những điểm cháy nền xuất hiện chứa đựng nền cháy, một dấu hiệu của cảnh báo sai vùng sa mạc. Điều kiện (13) hạn chế những kiểm tra tồn đọng với các vùng sáng đặc trưng của sa mạc. Điều kiện (16) thỏa mãn khi một điểm cháy được thăm dò nổi lên rất mạnh loại bỏ những điểm cháy nền, không phải là một kiểm tra loại bỏ cảnh báo sai màthay vào đó nó cho phép phát hiện hơi đốt nóng sáng thường xuyên có ở khu vực sa mạc mà không bị loại trừ do tính đồng nhất của cảnh quan.
- Loại bỏ cảnh báo sai miền ven biển:Do tính chất của thuật toán ngưỡng ngữ cảnh, sự loại bỏ này là rất quan trọng để chắc chắn loại trừ những điểm ảnh nước và hỗn hợp nước trong giai đoạn đặc tính nền. Những điểm ảnh này thường mát hơn những điểm ảnh đất liền kề. Số lượng những điểm ảnh nước và hỗn hợp nước trong nền cửa sổ có thể vô tình làm giảm 4 và là nguyên nhân gây ra cảnh báo sai miền ven biển. Cũng góp phần vào hiện tượng này là thực tế so với đất, những điểm nước thường xuyên có
giá trị ∆T thấp hơn do sự khác biệt trong độ phát xạ. Nền những điểm nước và hỗn hợp nước bị ô nhiễm có thể làm giảm ∆T và tăng khả năng xảy ra một cảnh báo sai.
Trong nhiều phương diện, đây chỉ là một trường hợp đặc biệt của vấn đề khía cạnh được thảo luận trong các phần trước. Tuy nhiên với thuật toán hiện nay, các báo
động sai miền ven biển như vậy có thể xảy ra ở bất cứ nơi nào và thường không kèm theo việc loại bỏ các điểm không cháy như được mô tả trong các phần trước.
Sự che phủ đất/biển hiện tại có sai sót đáng kể ở một số khu vực. Phần lớn những lỗi gồm sự tương phản dọc theo bờ biển và tuyến ven bờ từ 1 đến 5km và những con sông nhỏ bị bỏ sót. Trong một số trường hợp, thậm chí những thể nước lớn hơn nhiều cũng không che phủ chính xác. Một ví dụ từ miền Đông châu Phi được thể hiện ở hình 2.3; ở đây hàng trăm điểm ảnh đươc phân loại sai là đất. Để định danh những trường hợp mà nền cửa sổ đang bị ô nhiễm với những điểm nước không bị che phủ, một kiểm tra đơn giản dựa trên kênh phản xạ 0.86 µm và 2.1 µm và chỉ số thực vật NDVI của những điểm nền, NDVI = (ƿ0.86 - ƿ0.65) / (ƿ0.86 + ƿ0.65). Sự kết hợp đặc biệt được chọn này để giảm khả năng nhầm lẫn bóng mây và vết sẹo đốt cháy mà cũng có sự phản xạ thấp với nước.
Hình 2.3. Sự che phủ nước trên ảnh MODIS (những vùng chấm trắng) của hồ Rukwa ở phía Tây Tanzania vào ngày 1/9/2001.
Những điểm nền hợp lệ có ƿ2.1< 0.05 và ƿ0.86 < 0.15 và NDVI < 0 sẽ được xem xét là những điểm nước không bị che phủ, như những điểm nước phân loại sai là nước trong sự che phủ đất/biển MODIS. Số lượng của những điểm ảnh ký hiệu là Nuw. Nếu kiểm tra (1) không thỏa mãn và Nuw> 0, điểm ảnh được xem là điểm nóng cháy bị loại bỏ và