淺析東北衛(wèi)星林火監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

黃金，李洪雙，朱那

(國家林業(yè)局北方航空護林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

淺析東北衛(wèi)星林火監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

黃金，李洪雙，朱那

(國家林業(yè)局北方航空護林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

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

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

東北監(jiān)測系統(tǒng)主要承擔黑龍江、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)測工作。10年來，東北衛(wèi)星林火監(jiān)測工作得到了各級領(lǐng)導及相關(guān)省區(qū)防火部門的高度評價與肯定，為東北林區(qū)森林大火的預防和撲救發(fā)揮了重要作用。隨著衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的迅速發(fā)展和配套設(shè)備及軟件水平的全面升級，衛(wèi)星監(jiān)測精度和效率也有了較大進步。

1東北衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

東北衛(wèi)星林火監(jiān)測現(xiàn)主要依靠國家森林防火預警監(jiān)測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)測系統(tǒng)的衛(wèi)星資源主要有我國的風云系列(FY-3A、FY-3B、FY-3C)、美國NOAA系列(NOAA-18、NOAA-19)和EOS系列(TERRA、AQUA)氣象衛(wèi)星。監(jiān)測系統(tǒng)每天可以對同一區(qū)域掃描10次左右，接收處理衛(wèi)星軌道覆蓋東北監(jiān)測區(qū)域10次以上。當前，主要通過人機交互作業(yè)提取可疑熱點，并將熱點信息(包括經(jīng)緯度、所在地類、行政區(qū)域等)發(fā)布到中國森林防火網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時將熱點信息通報相關(guān)省區(qū)進行實地核查及反饋工作。據(jù)統(tǒng)計，2015年度東北衛(wèi)星林火監(jiān)測系統(tǒng)共發(fā)布監(jiān)測圖像2 037幅，其中東北監(jiān)測圖像1 493幅，黑龍江原始監(jiān)測圖像197幅，內(nèi)蒙古原始監(jiān)測圖像243幅，吉林原始監(jiān)測圖像35幅，遼寧原始監(jiān)測圖像69幅；共發(fā)現(xiàn)熱點895個，其中林火66起。

1.1監(jiān)測衛(wèi)星主要技術(shù)指標

1.1.1FY系列衛(wèi)星目前，應(yīng)用于林火監(jiān)測的我國衛(wèi)星主要是風云三號系列衛(wèi)星，它們是我國第二代極軌氣象衛(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)。風云系列衛(wèi)星星下點分辨率為1.1 km，每天有白天和夜晚兩個時次發(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(對森林植被、溫度變化、云水的識別)能夠較好地應(yīng)用于林火監(jiān)測。風云系列衛(wèi)星技術(shù)的成熟為森林火災(zāi)監(jiān)測、損失及撲救工作提供了豐富、直觀的指導性作用[1]。

1.1.2NOAA系列衛(wèi)星NOAA衛(wèi)星屬近極軌太陽同步衛(wèi)星，軌道平均高度為833 km，周期約102 min，具有覆蓋范圍廣、時間分辨率高、時效性強的優(yōu)點。NOAA/AVHRR的第3通道對溫度反應(yīng)較為敏感，適合林區(qū)森林火災(zāi)的宏觀監(jiān)測和災(zāi)后植被恢復情況的跟蹤監(jiān)測。同時在林火持續(xù)及蔓延、林火面積和火災(zāi)損失等監(jiān)測方面能夠提供完善的服務(wù)[2]。雖然NOAA/AVHRR具有時效性強、經(jīng)濟性好、技術(shù)成熟等優(yōu)點使其在國內(nèi)外林火監(jiān)測中占據(jù)著重要的地位，但也存在著諸多不足之處。例如輻射計中T3飽和度低，閾值地域性較強，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)測的衛(wèi)星主要有NOAA-18和NOAA-19兩顆。

1.1.3EOS衛(wèi)星美國地球觀測衛(wèi)星EOS/MODIS目前在軌運行的有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個通道，分辨率有250 m、500 m和1 000 m三種，用于林火監(jiān)測的通道有7個，其星下點分辨率為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、時間分辨率和光譜分辨率。MODIS衛(wèi)星在林火監(jiān)測中具有廣泛的應(yīng)用前景，如林火類型識別、火頭和火燒跡地識別、林火植被種類識別等定性定量分析[3]。

1.2林火監(jiān)測圖像識別方法

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

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

2衛(wèi)星監(jiān)測存在的問題與不足

2.1地理信息數(shù)據(jù)庫陳舊

由于監(jiān)測圖像處理軟件所加載的土地利用信息庫與當前實際地類存在差異，加之東北地區(qū)有許多農(nóng)林交錯地帶，導致部分地區(qū)提取土地利用信息有誤，熱點性質(zhì)確定不準確，只能通過監(jiān)測人員的工作經(jīng)驗來進行判別，造成了林火的誤報，農(nóng)業(yè)用火、工業(yè)用火的多報現(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，減小因誤差對熱點判讀產(chǎn)生的影響，在熱點判讀之前工作人員必須進行定位。在進行定位時沒有統(tǒng)一標準參照物來比對，導致整個圖像定位出現(xiàn)偏差。如內(nèi)蒙古主要通過呼倫湖、黑龍江通過國境線、吉林通過興凱湖、遼寧以海岸線進行定位，其定位點單一，使得監(jiān)測圖像定位誤差較大，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)測時間分布不均，給東北衛(wèi)星林火監(jiān)測工作帶來困難。隨著航空航天和衛(wèi)星制造業(yè)的發(fā)展將會有越來越多高精度的衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于森林防火預警監(jiān)測中，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)測技術(shù)的局限性

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

3東北衛(wèi)星林火監(jiān)測的發(fā)展

3.1擬建自主接收地面站

東北林火監(jiān)測現(xiàn)主要依賴國家林業(yè)局森林防火預警監(jiān)測信息中心的衛(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)生實際調(diào)度接收計劃來提高衛(wèi)星監(jiān)測的時效與頻次。為了提升監(jiān)測林區(qū)熱源的響應(yīng)速度、增強林區(qū)熱點監(jiān)測的實效性，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)測熱點核查

衛(wèi)星林火監(jiān)測工作是森林防火工作中的重要環(huán)節(jié)之一，為科學指導森林火災(zāi)的撲救提供了技術(shù)支持，為各級領(lǐng)導和防火部門了解火情提供了信息保障。但在實際監(jiān)測工作中出現(xiàn)一些不足之處，主要表現(xiàn)：一是監(jiān)測熱點位置與實際著火點存在誤差；二是熱點像素數(shù)量與實際火場面積情況不符；三是監(jiān)測的熱點性質(zhì)與實際不一致等問題。為了提高林火監(jiān)測準確度，工作人員對監(jiān)測區(qū)域開展了衛(wèi)星監(jiān)測熱點現(xiàn)場核查評估工作，調(diào)查了解衛(wèi)星監(jiān)測通報熱點的地類、用火類型、可燃物情況，對衛(wèi)星監(jiān)測熱點的監(jiān)測識別精度、熱點定位精度進行科學評估。核查工作的開展提高了林火監(jiān)測火點的準確性，更好地為森林防火工作服務(wù)提供了有力保障。

參考文獻：

[1] 舒立福,王明玉,趙鳳君,等.幾種衛(wèi)星系統(tǒng)監(jiān)測林火技術(shù)的比較與應(yīng)用[J].世界林業(yè)研究,2005(6):49-53

[2] 郭朋勃.衛(wèi)星林火監(jiān)測技術(shù)原理在我國的應(yīng)用[J].陜西林業(yè)科技,2004(2):35-38

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

[4] 楊斯導.淺談氣象衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)在廣東森林防火中的應(yīng)用和發(fā)展[J].森林防火,2002(3):39-41

文章編號：1005-5215(2016)06-0099-02

收稿日期：2016-04-12

作者簡介：黃金(1982-)，女，大學，工程師，主要從事森林防火及林火預警監(jiān)測工作.

中圖分類號：S762.6

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.06.039