遙感技術在火情監測中的應用

楊園園

摘 要：隨著遙感技術的快速發展，衛星監測森林火災逐漸向遠距離、智能化、信息化方向發展。本文主要介紹了遙感技術在林火預報預警、林火識別、林火行為特征監測及森林火災災后評估四個方面的應用，指出了當前衛星監測林火中存在的問題，并對今后火情監測方向進行了展望。

關鍵詞：遙感技術;林火預報;火點識別

中圖分類號：P237文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0040-02

Application of Remote Sensing Technology in Fire Monitoring

YANG Yuanyuan

（School of Earth Science and Resources， Chang'an Universit，Xi'an Shaanxi 710054）

Abstract： With the rapid development of remote sensing technology， satellite monitoring of forest fires has gradually developed toward long distance， intelligence， and information. This paper mainly introduced the application of remote sensing technology in the four aspects of forest fire forecasting， forest fire identification， forest fire behavior characteristic monitoring and forest fire post-disaster assessment， pointed out the problems in the current satellite monitoring forest fire， and the future fire monitoring was prospected.

Keywords： remote sensing technology;forest fire prediction;fire point identification

1 研究背景

森林火災突發性強、破壞性大、危險性高，是全球發生最頻繁、處置最困難、危害最嚴重的自然災害之一，是生態文明建設成果和森林資源安全的最大威脅，甚至引發生態災難和社會危機。而我國總體上是一個缺林少綠、生態脆弱的國家，是一個受氣候影響顯著、森林火災多發的國家。目前，我國已形成了地面巡護、近地面監測、航空巡護和衛星監測4級立體林火監測層次，但森林火災仍是造成中國森林資源損失、森林生態環境安全和人身傷害的主要林業災害[1]。

傳統的地面瞭望和航空護林，不但費用高，工作繁雜，不能全方位、全天時、全天候進行實時監測，而且存在很多盲區，而利用當前快速發展的衛星遙感技術可以克服這些不足。遙感技術自20世紀70年代開始應用以來，因具有宏觀性、綜合性、可重復性和成本低等顯著優勢，已成為全國火情日常業務監測的一種重要技術手段。

2 遙感技術在火情監測中的應用

遙感技術在森林防火中主要應用于林火預報預警、林火識別、林火行為特征監測和災后的評估。

2.1 在林火預報預警中的應用

森林火災的發生往往具有隨機性與突發性特點，但同時還有一定的規律性，當滿足一定的天氣、森林植被和地形地理等多個條件時，森林火災才會發生。林火預報預警通過對天氣變化、可燃物含水率變化、可燃物類型以及火源出現的危險等因子進行綜合考慮，對火災發生的可能性進行預測預報。目前綜合法是林火預測中使用最多的方法。利用該方法時，通常要收集與火災發生有關的各種因素的相關數據，如氣象因素、可燃物狀態因素、地形因素、社會經濟因素、人為因素、歷史火災數據及一些基礎地理數據等。然后，對這些因子構建相應的指數來評價火災發生的概率，或利用統計分析、人工智能的方法進行火險的預測預報。在這一過程中，遙感數據主要用來反演或獲得模型中所需的相關因子，如可燃物的含水率、植被長勢、植被類型等。例如，郭廣猛等使用神經網絡方法從MODIS熱紅外波段獲取了地表溫度（LST），使用MODIS短波紅外波段來估算可燃物含水率（FMC），使用MODIS短波紅外波段和近紅外波段的組合來計算植被指數（VI），最后將以上三個變量組合構建了一種新的火險指數（Fire Danger Index，FDI）來進行火險預測預報[2]。FDI使用的是從遙感數據獲取的地表溫度、可燃物濕度和植被指數來評價火險，沒有使用氣象數據進行插值。在林火預測中，可燃物含水率是森林火災預測預報的重要因子，其直接影響著火的難易程度，間接影響林火強度及林火蔓延速度。因此，對可燃物含水率的準確預測是做好森林火險天氣預報和火行為預報的關鍵。

2.2 在林火識別中的應用

由遙感探火的原理可知，高溫火點的輻射能在傳感器的中紅外通道被強吸收，由此來識別火點和非火點[3]。由黑體輻射和斯蒂芬玻爾茲曼定律可知，林火、地表火等高溫熱源目標會引起輻射地急劇變化，這種變化將十分有利于高溫熱源的識別。應用遙感技術可以實時監測火點的出現，監測中心的工作人員結合信息下發正確指令，可將火源及時撲滅，減小經濟損失。當前用于火點識別的衛星遙感平臺主要有兩類，即同步衛星和極軌衛星。其中，同步衛星具有實時性、探測位置穩定的優點，能實時連續地對森林火災進行監測并獲取火場的信息。這對于提早發現火情、及時撲救森林火災、減輕災害具有十分深遠的意義。當前，世界上最先進的地球同步靜止氣象衛星時間分辨率達10 min，可以實現高時間分辨率的火點密集監測。但目前的火點探測算法大部分只是獨立地利用極軌衛星的空間信息或同步衛星的時間信息，未綜合利用這兩種信息。

2.3 在林火行為特征監測中的應用

林火行為特征是指森林可燃物從起火開始，發展、蔓延、減弱到熄滅的整個過程中表現出來的特征。林火行為特征是進行及時有效的林火預防和撲救的重要技術參考，其中蔓延對林火預防和撲救的意義最大。美國的Rothermel模型、加拿大的國家林火蔓延模型、澳大利亞的McArthur模型是當前較為主流的地表火模型[4]，此外我國的王正非模型也是其中之一。遙感技術可以直接從地面獲取信息，并提供獨特的、具有低成本效益的信息來源，其可以在空間和時間上實現對林火行為非常直觀的監測。目前，MODIS全球野火火點產品（MCD14ML）和野火火燒跡地（MCD64A1和 MCD45A1）產品已被廣泛用于提取林火火蔓延速率。隨著地球同步靜止軌道衛星的快速發展，此類數據產品在空間分辨率與時間分辨率上都有較大的改善，使得提取近實時野火蔓延速率成為可能。但近年來，林火蔓延預報仍然存在許多問題，最突出的問題是預報結果與實際情況的誤差在許多情況下仍然較大。

2.4 在森林火災災后評估的應用

利用傳統的地面人工調查方式進行林火災后評估，雖然可以精確地測量燃燒過火面積，但需要耗費大量的人力、物力、財力，并且局限于區域尺度范圍，也無法保證數據的準確性。衛星遙感數據的多光譜、多時相、大尺度等特點，為露天生物質燃燒提供了更為方便、及時的監測手段，彌補了傳統地面測量方式的不足。遙感技術根據地面目標對象在光譜波段內引起的異常與周圍地物或先前狀態的明顯反差來構建算法模型。很多研究表明，利用衛星遙感技術進行火區識別和火災損失評估是一種非常有效的方法，可以實現火區面積統計，表征地面燃燒的真實面積，準確提取火災區域。同時，利用遙感技術還可以對災后林火烈度進行評價，監測植被恢復，估算氣溶膠與痕量氣體。

3 當前存在的問題及展望

森林防火是一項綜合性協同業務，匯聚了來自不同行業、不同部門、不同結構的數據，如何將這些具有不同功能和層次的數據統一在一起，有效整合多源異構的海量森林防火數據[5]，實現信息資源的無縫集成共享，滿足森林防火工作統一調度、協同作戰的需求是目前面臨的主要問題。當前，我國學者已經在林火監測中取得了一定的成果，但研究成果與實際應用還有一定的差距，研究成果有待進一步轉化，以解決當前林火日常監測主要采用人工目視的方式的問題，實現遙感火情監測業務化。

衛星遙感技術在林火監測中發揮著重要的作用，隨著全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、人工智能等高新技術的發展，今后構建天、空、地一體化的林火預警監測技術體系是主要的目標。同時，還要利用這些先進技術提升林火衛星遙感預警監測業務應用系統的性能，以生產具有高效、高精度的火情預報、火點識別等專題產品，實現森林防火的科學預防撲救。

參考文獻：

[1]吳雪瓊，覃先林，李程，等.我國林火監測體系現狀分析[J].內蒙古林業調查設計，2010（3）：69-72.

[2]郭廣猛，曹云剛，龔建明.使用MODIS和MOPITT衛星數據監測震前異常[J].地球科學進展，2006（7）：695-698.

[3]周永寶，韓惠.基于遙感數據的森林火災監測研究概述[J].測繪與空間地理信息，2014（3）：134-136.

[4]單延龍，金森，李長江.國內外林火蔓延模型簡介[J].森林防火，2004（4）：18-21.

[5]覃先林，陳小中，鐘祥清，等.我國森林火災預警監測技術體系發展思考[J].林業資源管理，2015（6）：45-48.