淺析東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

黃金，李洪雙，朱那

(國(guó)家林業(yè)局北方航空護(hù)林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

淺析東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

黃金，李洪雙，朱那

(國(guó)家林業(yè)局北方航空護(hù)林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

摘要概述了東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀、技術(shù)指標(biāo)及監(jiān)測(cè)方法，闡述了目前東北地區(qū)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)工作有待解決的主要問題，并簡(jiǎn)要介紹了克服當(dāng)前問題的一些技術(shù)手段及措施。

關(guān)鍵詞衛(wèi)星監(jiān)測(cè)；東北林區(qū)；監(jiān)測(cè)方法；現(xiàn)狀與發(fā)展

東北監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要承擔(dān)黑龍江、吉林、遼寧及內(nèi)蒙古東部林區(qū)的日常森林火災(zāi)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)工作。10年來，東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)工作得到了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)省區(qū)防火部門的高度評(píng)價(jià)與肯定，為東北林區(qū)森林大火的預(yù)防和撲救發(fā)揮了重要作用。隨著衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展和配套設(shè)備及軟件水平的全面升級(jí)，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)精度和效率也有了較大進(jìn)步。

1東北衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)現(xiàn)主要依靠國(guó)家森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)信息中心的接收系統(tǒng)通過FTP分發(fā)數(shù)據(jù)方式接收衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。應(yīng)用于東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的衛(wèi)星資源主要有我國(guó)的風(fēng)云系列(FY-3A、FY-3B、FY-3C)、美國(guó)NOAA系列(NOAA-18、NOAA-19)和EOS系列(TERRA、AQUA)氣象衛(wèi)星。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天可以對(duì)同一區(qū)域掃描10次左右，接收處理衛(wèi)星軌道覆蓋東北監(jiān)測(cè)區(qū)域10次以上。當(dāng)前，主要通過人機(jī)交互作業(yè)提取可疑熱點(diǎn)，并將熱點(diǎn)信息(包括經(jīng)緯度、所在地類、行政區(qū)域等)發(fā)布到中國(guó)森林防火網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)將熱點(diǎn)信息通報(bào)相關(guān)省區(qū)進(jìn)行實(shí)地核查及反饋工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年度東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共發(fā)布監(jiān)測(cè)圖像2 037幅，其中東北監(jiān)測(cè)圖像1 493幅，黑龍江原始監(jiān)測(cè)圖像197幅，內(nèi)蒙古原始監(jiān)測(cè)圖像243幅，吉林原始監(jiān)測(cè)圖像35幅，遼寧原始監(jiān)測(cè)圖像69幅；共發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)895個(gè)，其中林火66起。

1.1監(jiān)測(cè)衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)

1.1.1FY系列衛(wèi)星目前，應(yīng)用于林火監(jiān)測(cè)的我國(guó)衛(wèi)星主要是風(fēng)云三號(hào)系列衛(wèi)星，它們是我國(guó)第二代極軌氣象衛(wèi)星，現(xiàn)由三顆衛(wèi)星組成(FY-3A衛(wèi)星、FY-3B衛(wèi)星、FY-3C衛(wèi)星)。風(fēng)云系列衛(wèi)星星下點(diǎn)分辨率為1.1 km，每天有白天和夜晚兩個(gè)時(shí)次發(fā)送云圖，多通道掃描輻射儀中第3通道T3(3.55～3.93 μm)，結(jié)合T1～T4可見紅外波段(對(duì)森林植被、溫度變化、云水的識(shí)別)能夠較好地應(yīng)用于林火監(jiān)測(cè)。風(fēng)云系列衛(wèi)星技術(shù)的成熟為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、損失及撲救工作提供了豐富、直觀的指導(dǎo)性作用[1]。

1.1.2NOAA系列衛(wèi)星NOAA衛(wèi)星屬近極軌太陽(yáng)同步衛(wèi)星，軌道平均高度為833 km，周期約102 min，具有覆蓋范圍廣、時(shí)間分辨率高、時(shí)效性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。NOAA/AVHRR的第3通道對(duì)溫度反應(yīng)較為敏感，適合林區(qū)森林火災(zāi)的宏觀監(jiān)測(cè)和災(zāi)后植被恢復(fù)情況的跟蹤監(jiān)測(cè)。同時(shí)在林火持續(xù)及蔓延、林火面積和火災(zāi)損失等監(jiān)測(cè)方面能夠提供完善的服務(wù)[2]。雖然NOAA/AVHRR具有時(shí)效性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)使其在國(guó)內(nèi)外林火監(jiān)測(cè)中占據(jù)著重要的地位，但也存在著諸多不足之處。例如輻射計(jì)中T3飽和度低，閾值地域性較強(qiáng)，容易受云、陰雨天氣的影響等。隨著NOAA-12、14、15、16、17的相繼退役，目前應(yīng)用于東北林火監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星主要有NOAA-18和NOAA-19兩顆。

1.1.3EOS衛(wèi)星美國(guó)地球觀測(cè)衛(wèi)星EOS/MODIS目前在軌運(yùn)行的有TERRA和AQUA。EOS衛(wèi)星上的最主要儀器是中分辨率成像光譜儀(MODIS)，共有36個(gè)通道，分辨率有250 m、500 m和1 000 m三種，用于林火監(jiān)測(cè)的通道有7個(gè)，其星下點(diǎn)分辨率為1 000 m。

MODIS儀器與FY系列和NOAA系列氣象衛(wèi)星相比具有良好的空間分辨率、時(shí)間分辨率和光譜分辨率。MODIS衛(wèi)星在林火監(jiān)測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，如林火類型識(shí)別、火頭和火燒跡地識(shí)別、林火植被種類識(shí)別等定性定量分析[3]。

1.2林火監(jiān)測(cè)圖像識(shí)別方法

用于森林火災(zāi)圖像識(shí)別的方法有自動(dòng)判識(shí)法和手動(dòng)判識(shí)法。東北監(jiān)測(cè)區(qū)域受地理情況和天氣狀況等因素的影響，自動(dòng)判識(shí)法在林火監(jiān)測(cè)中只能作為一種輔助方法。目前，手動(dòng)判識(shí)法是東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)工作采用的主要方法。手動(dòng)判讀熱點(diǎn)即工作人員通過肉眼對(duì)偽彩色合成圖像中的亮紅像素點(diǎn)進(jìn)行直觀分析與識(shí)別，再結(jié)合地理信息系統(tǒng)的植被信息對(duì)熱點(diǎn)性質(zhì)進(jìn)行判讀林區(qū)火源的方法。手動(dòng)識(shí)別圖像能夠準(zhǔn)確地判讀每一個(gè)像元，但與自動(dòng)判識(shí)法相比需要花費(fèi)更多的時(shí)間。

對(duì)于東北監(jiān)測(cè)區(qū)域溫差較大的特點(diǎn)，一般上午時(shí)段森林火災(zāi)較少，此時(shí)的圖像容易識(shí)別，森林呈現(xiàn)綠色、湖泊呈現(xiàn)深藍(lán)色、熱點(diǎn)呈現(xiàn)紅色；中午到下午隨著氣溫的升高，林區(qū)熱點(diǎn)明顯增多，且遙感圖像中熱源溫度較高、熱點(diǎn)呈現(xiàn)亮紅色；晚間時(shí)段的圖像隨著氣溫的降低呈現(xiàn)墨綠色，林區(qū)熱點(diǎn)由亮紅色變成暗紅色。

2衛(wèi)星監(jiān)測(cè)存在的問題與不足

2.1地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)陳舊

由于監(jiān)測(cè)圖像處理軟件所加載的土地利用信息庫(kù)與當(dāng)前實(shí)際地類存在差異，加之東北地區(qū)有許多農(nóng)林交錯(cuò)地帶，導(dǎo)致部分地區(qū)提取土地利用信息有誤，熱點(diǎn)性質(zhì)確定不準(zhǔn)確，只能通過監(jiān)測(cè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判別，造成了林火的誤報(bào)，農(nóng)業(yè)用火、工業(yè)用火的多報(bào)現(xiàn)象發(fā)生。

2.2圖像定位存在誤差

為了得到較高定位精度的遙感圖像，減小因誤差對(duì)熱點(diǎn)判讀產(chǎn)生的影響，在熱點(diǎn)判讀之前工作人員必須進(jìn)行定位。在進(jìn)行定位時(shí)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)參照物來比對(duì)，導(dǎo)致整個(gè)圖像定位出現(xiàn)偏差。如內(nèi)蒙古主要通過呼倫湖、黑龍江通過國(guó)境線、吉林通過興凱湖、遼寧以海岸線進(jìn)行定位，其定位點(diǎn)單一，使得監(jiān)測(cè)圖像定位誤差較大，定位精度不高。

2.3衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息源短缺

由于近幾年NOAA系列、FY系列部分衛(wèi)星的相繼退役，使東北衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息源減少，特別是在下午林火高發(fā)期過境東北地區(qū)的衛(wèi)星短缺、造成了監(jiān)測(cè)時(shí)間分布不均，給東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)工作帶來困難。隨著航空航天和衛(wèi)星制造業(yè)的發(fā)展將會(huì)有越來越多高精度的衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)中，從而解決現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息源短缺的問題。

2.4監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)林火具有時(shí)效性高、連續(xù)性強(qiáng)、覆蓋范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]，同時(shí)也存在一些局限性。一是目前使用的氣象衛(wèi)星遙感探測(cè)技術(shù)還不能穿透較厚云層監(jiān)測(cè)到云下發(fā)生的森林火災(zāi)，容易受到云、霧的遮擋；二是不能根據(jù)熱點(diǎn)本身的像素大小簡(jiǎn)單地確定實(shí)際森林大火面積；三是在林區(qū)地類、地物信息難以判別的夜間時(shí)段對(duì)遙感圖像定位很難控制將會(huì)產(chǎn)生很大定位誤差。

3東北衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)的發(fā)展

3.1擬建自主接收地面站

東北林火監(jiān)測(cè)現(xiàn)主要依賴國(guó)家林業(yè)局森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)信息中心的衛(wèi)星自主接收系統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)，不能按照東北林區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生實(shí)際調(diào)度接收計(jì)劃來提高衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的時(shí)效與頻次。為了提升監(jiān)測(cè)林區(qū)熱源的響應(yīng)速度、增強(qiáng)林區(qū)熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的實(shí)效性，更好地為東北、內(nèi)蒙古林區(qū)森林防火工作服務(wù)，擬建一座林火監(jiān)測(cè)衛(wèi)星地面接收站，并與現(xiàn)行DVB-S系統(tǒng)形成雙路接收，保證衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定性。

3.2開展衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)核查

衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)工作是森林防火工作中的重要環(huán)節(jié)之一，為科學(xué)指導(dǎo)森林火災(zāi)的撲救提供了技術(shù)支持，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和防火部門了解火情提供了信息保障。但在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中出現(xiàn)一些不足之處，主要表現(xiàn)：一是監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)位置與實(shí)際著火點(diǎn)存在誤差；二是熱點(diǎn)像素?cái)?shù)量與實(shí)際火場(chǎng)面積情況不符；三是監(jiān)測(cè)的熱點(diǎn)性質(zhì)與實(shí)際不一致等問題。為了提高林火監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度，工作人員對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域開展了衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)核查評(píng)估工作，調(diào)查了解衛(wèi)星監(jiān)測(cè)通報(bào)熱點(diǎn)的地類、用火類型、可燃物情況，對(duì)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)的監(jiān)測(cè)識(shí)別精度、熱點(diǎn)定位精度進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。核查工作的開展提高了林火監(jiān)測(cè)火點(diǎn)的準(zhǔn)確性，更好地為森林防火工作服務(wù)提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 蔣岳新.應(yīng)用EOS-MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行林火監(jiān)測(cè)的初步探索[J].森林防火,2002(4):25-29

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文章編號(hào)：1005-5215(2016)06-0099-02

收稿日期：2016-04-12

作者簡(jiǎn)介：黃金(1982-)，女，大學(xué)，工程師，主要從事森林防火及林火預(yù)警監(jiān)測(cè)工作.

中圖分類號(hào)：S762.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.06.039