文｜陳晨 王力 杜新 李雁 李衛(wèi)海 包婭萍 王艷英 邵妍妍

1.云南省國(guó)防科技工業(yè)局綜合研究所（高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)云南數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心）2.國(guó)家國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心3.北京航天泰坦科技股份有限公司

一、前言

云南屬山地高原地形，山地面積33.11 萬平方千米，占全省國(guó)土總面積的84%，是中國(guó)的主要林區(qū)，同時(shí)也是中國(guó)重要的森林資源基地之一。2015 年以來，云南省森林資源加速增長(zhǎng)，森林覆蓋率增加了9.34 個(gè)百分點(diǎn)，高達(dá)65.04%，森林面積達(dá)到23.93 萬平方千米，居全國(guó)第二位，森林蓄積量達(dá)到20.67 億立方米，居全國(guó)第三位，是名副其實(shí)的“千山之省”。云南還是我國(guó)物種豐富度最高的省區(qū)之一，動(dòng)物種類數(shù)為全國(guó)之冠，也是全國(guó)植物種類最多的省份，豐富的森林資源和物種資源讓防火工作面臨巨大壓力。森林火災(zāi)是全球最主要的自然災(zāi)害之一，由于森林是極難控制的天然火災(zāi)源，對(duì)森林防火的要求更高，森林火災(zāi)一旦發(fā)生，不僅會(huì)給生態(tài)環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，還會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來不利影響。目前，我國(guó)森林火災(zāi)的發(fā)生具有明顯的季節(jié)性特征。每年的3—9 月是我國(guó)森林火災(zāi)易發(fā)、高發(fā)期，其中3—4 月又是我國(guó)森林防火期內(nèi)高火險(xiǎn)時(shí)段[1]。同時(shí)，由于南方多雨濕熱氣候的影響，山火發(fā)生前往往會(huì)有較多積雨云覆蓋，使得山火易發(fā)、難控、易成災(zāi)。森林防火工作具有復(fù)雜性和艱巨性，是確保森林資源和生態(tài)安全的重要保障，也是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分。

火災(zāi)發(fā)生后必須盡快采取應(yīng)急措施，針對(duì)林火易發(fā)生的時(shí)段和區(qū)域，做到早發(fā)現(xiàn)、早處置，防止生命、財(cái)產(chǎn)的意外損失和環(huán)境的破壞。加強(qiáng)災(zāi)后評(píng)估和管理，逐步完善森林災(zāi)害的全過程監(jiān)控機(jī)制，利用高科技手段提高森林火災(zāi)的預(yù)防和預(yù)警、分析和決策、規(guī)劃和調(diào)度，為森林消防贏得寶貴的時(shí)間，最大限度減少損失，是森林防火發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，云南省森林防火工作多采用視頻監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程廣播、巡護(hù)值守等結(jié)合的模式。本文以高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用為切入點(diǎn)，介紹了高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)云南數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心（以下簡(jiǎn)稱“云南高分中心”）在森林防火監(jiān)測(cè)與評(píng)估方面的探索與嘗試。

二、森林防火遙感監(jiān)測(cè)需求

云南省豐富的森林資源、多樣的氣候條件、復(fù)雜的地形地貌和近年來快速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來的資源消耗、生態(tài)壓力越來越大，致使森林火災(zāi)頻發(fā)、火險(xiǎn)氣象等級(jí)居高不下，森林防火工作依然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)森林防火工作存在森林防火基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱、監(jiān)測(cè)手段落后、預(yù)警能力不強(qiáng)、應(yīng)急響應(yīng)能力不足等問題。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)作為一種重要的空間觀測(cè)技術(shù)，已成為林火監(jiān)測(cè)和撲救工作中不可或缺的技術(shù)手段之一?！对颇鲜?shù)字政府建設(shè)總體方案》中提到，聚焦資源管理、森林草原防火等監(jiān)測(cè)，構(gòu)建衛(wèi)星遙感、低空巡航、視頻監(jiān)控、定點(diǎn)觀測(cè)、地面巡護(hù)一體化的生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)綜合監(jiān)測(cè)控體系，不斷提升林草資源監(jiān)測(cè)能力。高分衛(wèi)星具有全天候、全天時(shí)、高空間分辨率和高光譜分辨率的特點(diǎn)，具有覆蓋范圍廣、采集速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)[2]，可應(yīng)用于城市森林防火監(jiān)測(cè)[3]、森林火險(xiǎn)預(yù)警[4]和撲救等方面，為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)提供全新途徑。利用高分衛(wèi)星遙感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提升林火衛(wèi)星遙感預(yù)警監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用能力，使其具有高效、高精度的生成林火預(yù)警監(jiān)測(cè)專題產(chǎn)品的能力，進(jìn)而形成“高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取—火情產(chǎn)品生產(chǎn)—火情信息共享服務(wù)”的業(yè)務(wù)流程，有助于森林火險(xiǎn)的科學(xué)預(yù)防、撲救與災(zāi)后恢復(fù)重建。

三、森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

1.云南省森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)情況

近些年來，高分云南中心依據(jù)數(shù)字林業(yè)總體建設(shè)方案的規(guī)劃部署，全面加快全省各地林草感知“一張網(wǎng)”及森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，基于國(guó)產(chǎn)自主高分遙感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、無人機(jī)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、森林資源數(shù)據(jù)、森林火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)，重點(diǎn)從衛(wèi)星遙感視頻監(jiān)控聯(lián)查、GIS 與視頻監(jiān)控和護(hù)林員指揮調(diào)度聯(lián)動(dòng)等方面進(jìn)行研制，實(shí)現(xiàn)并突破3S 技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)的融合應(yīng)用，形成以視頻監(jiān)控為主，融合衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、無人機(jī)監(jiān)測(cè)、人工巡護(hù)的“空、天、地、人”立體化的森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)體系。目前，已有多個(gè)州、市完成森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)并投入使用，該系統(tǒng)的運(yùn)用為云南森林防火工作提供數(shù)字化賦能，在提升火情處置能力，協(xié)助做好火情早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)告、早處置，實(shí)現(xiàn)森林草原火災(zāi)的“打早、打小”方面產(chǎn)生了積極作用，切實(shí)為森林防火工作的高效、有序開展夯實(shí)基礎(chǔ)。其中，衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)應(yīng)用依托多源高分辨率衛(wèi)星，同時(shí)整合森林防火相關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用，開發(fā)出衛(wèi)星林火熱點(diǎn)視頻核查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控、護(hù)林員端移動(dòng)巡檢的有機(jī)結(jié)合，真正建立天地一體化森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)體系，進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集范圍，提高森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)覆蓋率，提升預(yù)防和控制森林火災(zāi)的綜合能力。

2.高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于高分一號(hào)、高分四號(hào)等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、分析、反饋，為云南提供了火點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、時(shí)段火情查詢、短信自動(dòng)推送、區(qū)域氣象實(shí)況等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)林火“識(shí)別—預(yù)警—定位—分析—處置”的業(yè)務(wù)流程，提供衛(wèi)星熱點(diǎn)實(shí)時(shí)接收、衛(wèi)星林火地理定位、衛(wèi)星林火報(bào)警通知推送、衛(wèi)星林火警報(bào)處理、衛(wèi)星歷史火情管理、衛(wèi)星熱點(diǎn)視頻核查等功能應(yīng)用，其最大優(yōu)勢(shì)是對(duì)大面積森林的無死角、全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期林火，特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)和人煙稀少地區(qū)的林火，還可以對(duì)已發(fā)現(xiàn)的林火，特別是重大林火蔓延情況進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，為撲火救火工作提供輔助決策，也可以為日常森林防火及航空護(hù)林提供氣象、地理信息。

四、森林防火遙感應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)源

《國(guó)家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃（2016—2020 年）》明確指出，在重點(diǎn)區(qū)域開展“天空地”一體化綜合應(yīng)用示范，帶動(dòng)區(qū)域和省級(jí)衛(wèi)星減災(zāi)應(yīng)用能力發(fā)展。建立衛(wèi)星減災(zāi)應(yīng)用信息綜合服務(wù)平臺(tái)，具備產(chǎn)品定制和全球化服務(wù)能力，為我國(guó)周邊及“一帶一路”沿線國(guó)家提供災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)信息服務(wù)。利用高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星大幅寬、高分二號(hào)衛(wèi)星高空間分辨率、高分四號(hào)衛(wèi)星高時(shí)間頻次動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)等優(yōu)勢(shì)，開展火災(zāi)近實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，為森林火災(zāi)預(yù)防監(jiān)測(cè)研究工作提供重要數(shù)據(jù)來源，可應(yīng)用于森林火災(zāi)智能預(yù)警、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、災(zāi)損評(píng)估等。

2.應(yīng)用

（1）森林火災(zāi)智能預(yù)警

通過衛(wèi)星遙感林火監(jiān)測(cè)，進(jìn)行大面積、常態(tài)化、持續(xù)性監(jiān)測(cè)，有效彌補(bǔ)林火視頻監(jiān)測(cè)覆蓋率不足的問題，根據(jù)火點(diǎn)位置近實(shí)時(shí)模擬火災(zāi)的傳播方向和蔓延速率，為火災(zāi)的救援提供科學(xué)指導(dǎo)。強(qiáng)化衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合創(chuàng)新應(yīng)用，加強(qiáng)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，提高預(yù)報(bào)預(yù)警時(shí)效性準(zhǔn)確性[5]。

（2）森林火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

高分衛(wèi)星結(jié)合3S 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視頻識(shí)別、5G 等技術(shù)，可提高災(zāi)害事故監(jiān)測(cè)感知能力[6]，實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)的火點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)火點(diǎn)位置進(jìn)行高精度定位和監(jiān)控，對(duì)火點(diǎn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行及時(shí)探測(cè)和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)融合應(yīng)用與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2020 年3 月27 日麗江市寧蒗縣紅橋鎮(zhèn)，3 月29日香格里拉市虎跳峽鎮(zhèn)金星村、麗江市玉龍縣九河鄉(xiāng)、大理州鶴慶縣草海鎮(zhèn)，3 月30 日大理州賓川縣拉烏鄉(xiāng)碧雞村委會(huì)小龍?zhí)洞宓榷嗟叵嗬^發(fā)生森林火災(zāi)。通過高分四號(hào)衛(wèi)星影像可以清晰看到火災(zāi)發(fā)生的著火點(diǎn)及煙霧蔓延情況，及時(shí)提供給相關(guān)指揮決策部門，為火情撲救及災(zāi)后評(píng)估提供信息支撐（圖1-2）。

圖1 麗江市、大理市、香格里拉市高分四號(hào)火災(zāi)點(diǎn)及煙霧擴(kuò)散情況監(jiān)測(cè)

圖2 香格里拉市高分四號(hào)火災(zāi)點(diǎn)及煙霧擴(kuò)散情況監(jiān)測(cè)

（3）森林火情災(zāi)損評(píng)估

基于高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，獲取過火區(qū)邊界，并實(shí)現(xiàn)災(zāi)情分級(jí)、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算受災(zāi)面積和蓄積、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成，輔助災(zāi)損評(píng)估和恢復(fù)評(píng)估。

2020 年3 月30 日18 時(shí)許，云南省昆明市祿勸縣翠華鎮(zhèn)爛泥箐突發(fā)森林火災(zāi)。森林火災(zāi)發(fā)生后，地物的光譜特征與火災(zāi)前存在較大差異，受災(zāi)地物顏色會(huì)變暗，利用大幅寬、高時(shí)間、高空間分辨率高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星對(duì)火災(zāi)發(fā)生區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，快速實(shí)現(xiàn)火災(zāi)前后信息識(shí)別與評(píng)估，提取受災(zāi)面積（圖3）。

圖3 祿勸縣翠華鎮(zhèn)受災(zāi)情況監(jiān)測(cè)

（4）森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星遙感林火熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、監(jiān)測(cè)管理，24 小時(shí)不間斷地搜索用戶地區(qū)范圍內(nèi)的火情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大面積、常態(tài)化、持續(xù)性監(jiān)測(cè)，每10 分鐘完成一次全圓盤觀測(cè)，火點(diǎn)判識(shí)平均精度保持在85%以上。同時(shí)，對(duì)衛(wèi)星熱點(diǎn)進(jìn)行電子地圖位置標(biāo)注，根據(jù)衛(wèi)星熱點(diǎn)位置信息，自動(dòng)反選監(jiān)控范圍內(nèi)的所有視頻設(shè)備，從不同視線角度對(duì)衛(wèi)星熱點(diǎn)位置進(jìn)行視頻聯(lián)動(dòng)核查、火情態(tài)勢(shì)持續(xù)追蹤（圖4）。

圖4 高分衛(wèi)星遙感森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

五、結(jié)語

在森林防火中科學(xué)合理地引入與應(yīng)用遙感技術(shù)，可以顯著提升林火預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度、森林火災(zāi)災(zāi)情撲滅效率以及森林火災(zāi)災(zāi)情后評(píng)價(jià)的合理性[7]，有助于為后續(xù)森林防護(hù)提供科學(xué)的理論依據(jù)和指導(dǎo)。高分衛(wèi)星森林防火監(jiān)測(cè)分析與應(yīng)用具有較高的精度和時(shí)效性，為防火工作提供決策支持，同時(shí)助力建設(shè)傳統(tǒng)調(diào)查與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的天、空、地一體化，點(diǎn)、線、面多尺度，“資源—生態(tài)環(huán)境—工程—災(zāi)害”綜合的森林火災(zāi)立體監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，全面提升國(guó)家森林資源監(jiān)測(cè)、林火預(yù)警、林火災(zāi)害監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的水平，是推進(jìn)森林防火工作的一項(xiàng)重要措施，對(duì)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的意義重大，有利于推動(dòng)全國(guó)應(yīng)急管理部門信息化跨越式發(fā)展，為自然災(zāi)害防治、生產(chǎn)安全事故預(yù)防、應(yīng)急管理能力提升等提供有力支撐，切實(shí)保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)家安全。