一、引言

林業(yè)是一項(xiàng)重要的公益事業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在維護(hù)生態(tài)平衡中起著決定性作用。黨的十八大以來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院賦予了林業(yè)在建設(shè)生態(tài)文明和推動(dòng)綠色發(fā)展中新的地位、新的使命和新的任務(wù)。森林和草原在其生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)受到火災(zāi)或病蟲(chóng)災(zāi)害等干擾。在我國(guó)，森林草原火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，常常造成森林和草原資源的破壞，甚至危及到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。建國(guó)至今，我國(guó)年均發(fā)生森林草原火災(zāi)1萬(wàn)多次，年均受害森林草原面積超過(guò)80萬(wàn)公頃，年均經(jīng)濟(jì)損失20多億元人民幣，每年全國(guó)累計(jì)傷亡近百人。減少森林草原火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)、降低火災(zāi)造成的損失，是我國(guó)森林草原防火業(yè)務(wù)面臨的一項(xiàng)十分重要的工作任務(wù)[1，2]。

我國(guó)林業(yè)行業(yè)早在20世紀(jì)50年代就開(kāi)展了利用航空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)林火的應(yīng)用技術(shù)研究；衛(wèi)星遙感因具有覆蓋范圍廣、觀測(cè)頻次高等特性，能夠準(zhǔn)實(shí)時(shí)地跟蹤與監(jiān)測(cè)森林草原火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展及變化情況。自1987年黑龍江大興安嶺“5·6”特大森林火災(zāi)發(fā)生后，衛(wèi)星遙感技術(shù)逐步在我國(guó)森林防火監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用和發(fā)展；目前，我國(guó)已建立了基于中低空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的火情衛(wèi)星監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，每天對(duì)全國(guó)及周邊地區(qū)的森林草原火情進(jìn)行監(jiān)測(cè)與信息服務(wù)，已經(jīng)成為我國(guó)森林和草原火災(zāi)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)中一種不可或缺的重要監(jiān)測(cè)技術(shù)手段[3，4]。

高分四號(hào)衛(wèi)星（GF-4）于2015年12月29日，在我國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。該衛(wèi)星是我國(guó)第一顆地球靜止軌道高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，配置一臺(tái)空間分辨率為50m的可見(jiàn)光近紅外多光譜相機(jī)（PMS）和空間分辨率為400m的中波紅外（IRS）面陣相機(jī)，其影像幅面均大于400km×400km；其可見(jiàn)光近紅外傳感器具備分鐘級(jí)成像能力、中波紅外傳感器具有按秒成像的能力，且具有較高溫度飽和點(diǎn)，對(duì)于熱異常及地物動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)具有重要的應(yīng)用前景。林業(yè)行業(yè)作為該衛(wèi)星的主用戶之一，參與了該衛(wèi)星的研制、在軌測(cè)試和應(yīng)用示范等工作[5，6]。

二、應(yīng)用情況

自2016年6月13日高分四號(hào)衛(wèi)星正式交付運(yùn)行以來(lái)，林業(yè)行業(yè)根據(jù)高分四號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)特性和覆蓋狀況，分別開(kāi)展了區(qū)域森林類型信息監(jiān)測(cè)、區(qū)域濕地類型識(shí)別、沙化土地類型識(shí)別、林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測(cè)和火情監(jiān)測(cè)等典型監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用示范工作。在此，僅對(duì)近兩年內(nèi)該衛(wèi)星在我國(guó)及周邊森林草原火情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1.煙區(qū)監(jiān)測(cè)

森林草原火災(zāi)發(fā)生時(shí)，生物質(zhì)因含有水分和燃燒不完全而導(dǎo)致產(chǎn)生大量煙的現(xiàn)象。由于煙的遮蓋，在森林草原火災(zāi)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)過(guò)程中，煙覆蓋下的一些低溫燜燒火點(diǎn)常會(huì)被遺漏，從而影響火災(zāi)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。煙通常是由高濃度懸浮物和氣溶膠組成，在衛(wèi)星影像上可反映煙的分布地點(diǎn)、濃度和面積大小等信息，為利用衛(wèi)星遙感技術(shù)檢測(cè)煙區(qū)提供了可行的條件。

基于GF-4可見(jiàn)近紅外通道具有對(duì)植被燃燒釋放的煙敏感的特性，利用經(jīng)輻射和幾何校正處理后的GF-4 PMS數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生在我國(guó)甘肅省迭部縣、云南省玉龍縣等地的森林火災(zāi)釋放的煙區(qū)進(jìn)行識(shí)別來(lái)監(jiān)測(cè)當(dāng)時(shí)火情的燃燒態(tài)勢(shì)，部分監(jiān)測(cè)結(jié)果圖1所示。

圖1 GF-4 PMS數(shù)據(jù)煙區(qū)分布監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖1中可以明顯地看出煙區(qū)的走向及分布情況，可有效地為森林火災(zāi)撲救決策提供科學(xué)技術(shù)支撐。

2.著火點(diǎn)識(shí)別

森林草原等植被燃燒亦會(huì)釋放出大量的熱量，通常在衛(wèi)星遙感熱紅外通道表現(xiàn)出典型熱異常特征現(xiàn)象。利用GF-4衛(wèi)星的IRS通道具備對(duì)異常高溫敏感的特性，以及其可見(jiàn)近紅外通道對(duì)植被、云體、水體等地物有較好的反映等特性，分別利用經(jīng)輻射和幾何處理后的GF-4 PMI和夜間的GF-4 IRS數(shù)據(jù)，對(duì)近兩年來(lái)發(fā)生在我國(guó)甘肅省迭部縣、云南省玉龍縣、內(nèi)蒙古自治區(qū)大興安嶺畢拉河林業(yè)局、內(nèi)蒙古陳巴爾虎旗、四川省涼山州以及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)等地的森林火災(zāi)著火點(diǎn)進(jìn)行了識(shí)別，部分結(jié)果如圖2所示。

圖2 GF-4衛(wèi)星數(shù)據(jù)著火點(diǎn)識(shí)別影像圖

3.森林火災(zāi)災(zāi)情評(píng)估

森林火災(zāi)發(fā)生后，由于森林草原等植被受火災(zāi)的損失而導(dǎo)致其在衛(wèi)星遙感影像上光譜特征的變化，通過(guò)衛(wèi)星遙感影像不同波段的結(jié)合，可以監(jiān)測(cè)得到火燒跡地的空間分布及其面積等災(zāi)情信息，從而為森林火災(zāi)的災(zāi)情評(píng)估和恢復(fù)重建等工作提供技術(shù)服務(wù)。

利用經(jīng)處理后的GF-4 PMS影像，對(duì)發(fā)生在我國(guó)四川省涼山州、內(nèi)蒙古畢拉河林業(yè)局和內(nèi)蒙古陳巴爾虎旗等地的森林火災(zāi)形成的火燒跡地進(jìn)行監(jiān)測(cè)應(yīng)用；并通過(guò)與GF-1和LandSat-8等衛(wèi)星數(shù)據(jù)解譯的火燒跡地結(jié)果，以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)了利用GF-4數(shù)據(jù)進(jìn)行森林火災(zāi)災(zāi)情信息提取的應(yīng)用潛力；同時(shí)，還結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳仲Y源數(shù)據(jù)，對(duì)森林火災(zāi)造成的災(zāi)情損失情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，部分結(jié)果如圖3所示。

由于GF-4 PMS的空間分辨率比GF-1 PMS/WFV、GF-2 PMS等影像的空間分辨率低，在體現(xiàn)森林火燒跡地細(xì)節(jié)方面不及GF-1 PMS/WFV、GF-2等數(shù)據(jù)那樣清晰，因此，在森林草原火災(zāi)災(zāi)情評(píng)價(jià)工作中，在條件允許的情況下，盡量選用空間分辨率較高的衛(wèi)星影像為好。但從圖3（a）可以看出：GF-4 PMS多光譜影像也可較好地反映森林火燒跡地邊界特征，尤其是在重特大森林火災(zāi)發(fā)生后的災(zāi)后評(píng)估中，可以利用其高時(shí)效性和中空間分辨率特性，及時(shí)為森林火災(zāi)撲救及災(zāi)后恢復(fù)等決策提供數(shù)據(jù)和技術(shù)服務(wù)。

三、結(jié)論

通過(guò)總結(jié)GF-4衛(wèi)星在我國(guó)近兩年的森林草原火情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，表明GF-4衛(wèi)星空間分辨率為50m的可見(jiàn)近紅外通道可以較好地反映植被、火燒跡地和煙區(qū)等信息，而其空間分辨率為400m的中波紅外波段對(duì)熱輻射信息敏感，可以較好地應(yīng)用于著火點(diǎn)的識(shí)別、火勢(shì)狀況分析等中，并表明該衛(wèi)星數(shù)據(jù)可用于我國(guó)及周邊地區(qū)的森林草原火災(zāi)的監(jiān)測(cè)和災(zāi)后評(píng)估中。另外，由于該衛(wèi)星具有高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，其IRS傳感器可以每隔一秒獲取一景數(shù)據(jù)，這使研究時(shí)序的火勢(shì)變化和火溫度變化成為可能。

由于該衛(wèi)星運(yùn)行觀測(cè)服務(wù)模式及觀測(cè)范圍限制，并不是每天都能覆蓋我國(guó)全國(guó)林地或重點(diǎn)林區(qū)，目前單星還較難滿足我國(guó)森林草原防火日常監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)需求，但其具有機(jī)動(dòng)靈活、快速成像觀測(cè)目標(biāo)的能力，可以作為我國(guó)及周邊地區(qū)森林草原火災(zāi)，尤其是森林大火發(fā)生撲救過(guò)程中應(yīng)急監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段之一。隨著衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)等對(duì)GF-4衛(wèi)星的輻射校正、光譜校正等工作的深入開(kāi)展，將會(huì)為用戶開(kāi)展定量化的應(yīng)用提供可靠的GF-4衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，其在林業(yè)行業(yè)的監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)會(huì)更加深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣泛，將為我國(guó)及周邊地區(qū)的林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和信息服務(wù)。