文 | 覃先林 李增元 李凡 劉倩 胡心雨 李曉彤

中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所 / 國家林業(yè)和草原局林業(yè)遙感與信息技術重點實驗室

一、引言

森林和草原在維護生態(tài)平衡中起著決定性作用。十八大以來，我國賦予了林業(yè)和草原在建設生態(tài)文明和推動綠色發(fā)展中新的地位、新的使命和新的任務。近年來，隨著全球氣候變暖和極端天氣事件增加，國內(nèi)外森林大火頻發(fā)，造成大量的森林資源和財產(chǎn)損失，有時還釀成慘重的人身傷亡事件，影響了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。減少森林草原火災發(fā)生次數(shù)、降低火災造成的損失，是我國森林草原防火業(yè)務面臨的一項十分重要的工作任務[1-2]。

衛(wèi)星遙感因具有覆蓋范圍廣、觀測頻次高等特性，能夠準實時地跟蹤與監(jiān)測森林草原火災的發(fā)生、發(fā)展及變化情況，已在國內(nèi)外林火預警、監(jiān)測、損失評估等方面廣泛應用。目前，我國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)測業(yè)務系統(tǒng)，每天對全國及周邊地區(qū)的森林草原火情進行監(jiān)測與信息服務，已經(jīng)成為我國森林和草原火災監(jiān)測業(yè)務中一種不可或缺的重要監(jiān)測技術手段[3-4]。

我國從“十一五”末期開始實施“高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項”（簡稱高分專項），以滿足國民經(jīng)濟建設、社會發(fā)展和國家安全的需要[5]。高分六號（GF-6）衛(wèi)星是該專項中的民用高分衛(wèi)星之一，于2018年6月2日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，2019年3月21日正式投入使用[6]，攜帶一臺高分相機和一臺寬幅相機。前者有2m 空間分辨率的全色（PAN）、8m 空間分辨率的4 譜段多光譜（PMS）圖像產(chǎn)品，后者有16m 空間分辨率的8譜段多光譜（WFV）圖像產(chǎn)品，GF-6 PMS 觀測幅寬95km，GF-6 WFV 觀測幅寬860km，具有高分辨率、寬覆蓋和高質(zhì)量等特點，衛(wèi)星設計壽命8年，將支撐農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測、林業(yè)資源調(diào)查、防災減災救災等數(shù)據(jù)需求，并為生態(tài)文明建設、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等重大需求提供遙感數(shù)據(jù)支撐。國家林業(yè)和草原局作為該衛(wèi)星的主用戶之一，參與了該衛(wèi)星的研制、在軌測試和應用示范等工作[7]。

二、應用情況

自2019年3月21日GF-6 衛(wèi)星正式交付運行以來，林業(yè)行業(yè)根據(jù)GF-6 衛(wèi)星數(shù)據(jù)特性和覆蓋狀況，分別開展了森林、濕地、沙化土地、林業(yè)生態(tài)工程和森林災害等林業(yè)和草原行業(yè)典型監(jiān)測業(yè)務應用示范工作。在此，僅對近兩年內(nèi)該衛(wèi)星數(shù)據(jù)在我國及境外森林草原火情監(jiān)測中的應用情況進行介紹。

1.煙區(qū)監(jiān)測

森林和草原等植被發(fā)生燃燒時，燃燒物質(zhì)因含有水分和不完全燃燒而導致產(chǎn)生大量煙的現(xiàn)象。煙通常是由高濃度懸浮物和氣溶膠組成，在光學衛(wèi)星遙感影像的可見光近紅外光譜通道，可較好地反映煙點或煙區(qū)的分布、濃度和面積大小等信息，為利用光學衛(wèi)星遙感技術檢測煙點（區(qū)）提供了可行的條件。由于煙的遮蓋，在森林草原火災衛(wèi)星遙感監(jiān)測過程中，煙覆蓋下的一些低溫燜燒火點常會被遺漏，從而影響火災檢測的準確性。

基于GF-6 可見近紅外通道具有對植被燃燒釋放的煙敏感的特性，利用經(jīng)輻射、大氣校正和幾何校正等處理后的GF-6 WFV 數(shù)據(jù)，對發(fā)生在澳大利亞東南部維多利亞州、巴西亞馬遜等地的森林火災釋放的煙區(qū)進行識別來監(jiān)測當時火情的燃燒態(tài)勢，部分監(jiān)測結果如圖1 所示。

圖1 澳大利亞森林火災煙區(qū)分布GF-6 WFV 數(shù)據(jù)監(jiān)測結果

從圖1 中可以得出起煙點位置及數(shù)量，以及煙區(qū)的走向、濃密及分布等信息。從煙區(qū)濃密程度可以得出植被燃燒火勢的大小，利用煙區(qū)的走向及分布，并結合地形和植被類型等信息，可預估未來火情蔓延的態(tài)勢。這些信息可有效地為森林火災撲救決策提供科學技術支撐。

2.森林火災災情評估

森林火災發(fā)生后，由于森林草原等植被遭受火災的損失而導致其在GF-6 衛(wèi)星遙感影像上光譜特征的變化，通過GF-6 衛(wèi)星遙感影像不同譜段的結合，可以監(jiān)測得到火燒跡地的空間分布及其面積等災情信息，從而為森林火災的災情評估和恢復重建等工作提供技術服務。

利用經(jīng)輻射校正、大氣校正和幾何校正等處理后的GF-6 PMS/WFV 影像，對發(fā)生在我國內(nèi)蒙古大興安嶺汗馬自然保護區(qū)、四川省涼山州和攀枝花市、云南省安寧市等境內(nèi)，以及澳大利亞東南部維多利亞州、巴西亞馬遜、美國加州等境外地區(qū)的森林火災形成的火燒跡地進行了監(jiān)測；并通過與高分一號（GF-1）和哨兵二號（Sentinel-2）等衛(wèi)星數(shù)據(jù)解譯的火燒跡地結果以及現(xiàn)地調(diào)查結果進行對比，評價了利用GF-6 數(shù)據(jù)進行森林火災災情信息提取的應用潛力；同時，還結合火災發(fā)生前后的GF-6 影像以及當?shù)氐纳仲Y源數(shù)據(jù)，對森林火災造成的災情損失情況進行了評價，部分結果如圖2 所示。

圖2 四川省涼山州西昌市森林火災災情評價結果

從圖2（a）中可以看出，GF-6 PMS 影像可較好地反映火燒跡地分布區(qū)域及植被遭受火燒損失情況；而將森林火災發(fā)生前后的GF-6 PMS 數(shù)據(jù)相結合，可以對森林火災造成的植被受災程度進行定量評估，如圖2（b）所示；災情分級結果與圖2（a）影像表現(xiàn)基本一致。因此，在森林草原火災災情評價工作中，尤其是在重特大森林火災發(fā)生后的災后評估中，利用 GF-6 多光譜影像可較好地反映森林等植被遭受火燒傷害的程度特性，及時為森林火災撲救及災后恢復等決策提供數(shù)據(jù)和技術服務。

三、結論

近兩年通過GF-6 衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國內(nèi)外森林草原火情監(jiān)測中的應用，表明GF-6 衛(wèi)星空間分辨率為8m 的PMS 和16m 的WFV 影像均可以較好地反映植被、火燒跡地和煙區(qū)等信息；此外，該衛(wèi)星影像具有寬覆蓋特點，也可用于森林草原火災的發(fā)現(xiàn)、火場態(tài)勢監(jiān)測和災情評估。

由于GF-6 衛(wèi)星為極軌衛(wèi)星，受幅寬和運行軌道等限制，并不是每天都能覆蓋我國全國林地或重點林區(qū)，單星還較難滿足我國森林草原防火日常監(jiān)測業(yè)務需求，但通過與GF-1 衛(wèi)星組網(wǎng)觀測，觀測周期可以縮短為兩天，將有力提升其觀測能力。隨著衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)等對GF-6 衛(wèi)星的輻射校正、幾何定位等工作的深入開展，將會為用戶開展定量化的應用提供更可靠的GF-6 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，其在林業(yè)和草原行業(yè)的監(jiān)測業(yè)務應用中會更加深入，其應用領域也會更加廣泛，將為我國及周邊地區(qū)的林業(yè)和草原生態(tài)環(huán)境建設工作提供強有力的技術支撐和信息服務。