衛星遙感技術在森林草原防滅火災中的應用實踐

摘 要：隨著全球氣候變化加劇和人類活動的日益頻繁，森林草原火災已成為影響生態環境安全、經濟社會發展的重要災害之一。傳統的森林草原火災防控方法以地面巡邏和人工監測為主，但存在響應速度慢、覆蓋范圍有限等問題，需選擇有效的防控手段，及時發現并快速撲滅森林草原火災。衛星遙感技術能夠提供實時的地表信息，及時發現火源并監測火災蔓延情況，對火災對環境的影響展開有效分析，提升火災預警和響應的效率。基于此，闡述了衛星遙感技術在森林草原防滅火災中的價值，分析了森林草原防滅火災中的衛星遙感技術類型，并探討了衛星遙感技術在森林草原防滅火災中的應用。

關鍵詞：衛星遙感技術；森林草原；防滅火災

中圖分類號：762.3 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

衛星遙感技術主要是利用搭載的傳感器對來自地球表面的電磁波信息進行接收與處理，針對大范圍的區域實施實時監測與數據分析，具有覆蓋范圍廣、數據獲取速度快、監測精度高等優勢。將其應用于森林草原防滅火領域，可在預警、監測、評估及災后恢復重建等方面顯示出較高的應用價值。開展森林草原防滅火工作時，衛星遙感技術可在早期階段發現火源并對其進行精確定位，提供及時的火情信息，并做好迅速的應急預案。同時，衛星遙感技術可以將歷史火災數據作為基礎，建立火災預警模型，預測火災發生的可能性和趨勢，為防火工作提供科學的決策依據。

1 衛星遙感技術在森林草原防滅火災中的價值

1.1 火點監測與預警

衛星遙感技術能夠實時監測廣大森林草原區域，有效提升監測效率和準確性。一般來說，可通過衛星搭載的傳感器捕捉到火焰的熱輻射等特征，進而迅速發現火點。同時，衛星遙感可以為早期預警提供有力工具，在火災擴散前提前介入監測系統，利于及時組織救援力量，有效控制火勢蔓延情況[1]。

1.2 火情評估與決策

衛星遙感技術能夠有效獲取森林草原火災的范圍、強度等參數信息，借助圖像處理和分析等手段，全面評估火災具體情況，進而為防火指揮人員提供詳盡的數據支撐，為滅火決策的科學制定提供有效指導。同時，針對火災歷史數據展開有效分析，能夠有效預測火勢的發展趨勢，針對性布置滅火力量，為火情處置準備工作做好準備。

1.3 生態保護與監測

利用衛星遙感技術，可減少人為因素帶來的干擾，減少森林破壞和生態損失的現象，在保護生態環境、維護生態平衡方面具有重要作用。衛星遙感技術能夠長期監測森林草原，包括對植被覆蓋度和健康狀況的監測，利于及時發現潛在火災隱患，為長期的防火策略制定提供有效的數據支持，并為生態修復工作提供一定指導[2]。

1.4 公眾教育與意識提升

衛星遙感技術便于實時獲取大范圍區域的地表數據，通過傳感器捕捉火焰和煙霧的熱量信號，迅速發現火點。同時，也可對不同時間點的衛星圖像進行對比，準確估算火災蔓延范圍。還可結合天氣數據和地形信息，預測火災的可能發展方向。上述數據都可用于火災警示地圖的制作中，這不僅為應急響應部門的快速決策提供依據，而且增強了公眾的防火意識和應對能力，在一定限度上減少或避免了火災損失。

2 森林草原防滅火災中的衛星遙感技術類型

2.1 地球同步軌道衛星

地球同步軌道衛星（圖1）通常可以提供較高的時間分辨率，可以憑借分鐘級的觀測頻繁獲取相同區域的數據，快速監測火災的動態變化，并且實時跟蹤火點。例如，國內常見的靜止軌道衛星有風云二號、風云四號；日本的有“向日葵花8號”等，這些衛星主要運行在距離地球36 000 km的地球同步衛星軌道上，能夠持續監測廣泛的區域，有助于及時發現大范圍內的火災情況和擴展情況。但靜止軌道衛星的空間分辨率通常較低，無法對小規模的火點展開精確識別，容易在監測小型火點或細節的地形變化上出現空間分辨率不足的問題。同時，此類衛星處于靜止軌道，其觀測角度相對固定，容易出現地面目標的幾何定位精度較低的現象，從而精確定位森林火點的難度較大。為彌補靜止軌道衛星的缺陷，通常會將其與極地軌道衛星相結合，對森林火點進行更為精確的定位。也可將其與高分辨率成像衛星相結合，對森林火點展開詳細評估與分析[3]。總體來說，靜止軌道衛星可在森林火災監測與預防中發揮出高頻次的觀測能力。

2.2 極地軌道衛星

極地軌道衛星能夠覆蓋全球的所有區域，適用于大范圍的森林火災監測和評估，可提供較高的空間分辨率和多光譜觀測，可詳細探測火點和火燒跡地。

極軌低空間分辨率光學衛星能夠每日獲取對地觀測數據，并且借助多星組網的方式有效縮短數據獲取間隔。此類衛星所搭載的傳感器包含可見光、近紅外、中紅外和熱紅外數據，為科研人員提供豐富的地表信息。其中，可見光、近紅外波段能夠有效識別煙霧、植被健康狀態，初步判斷火災發生的位置和規模。中紅外、熱紅外波段能夠有效捕捉地表輻射溫度，可有效監測火災區域。作為一種迅速變化的現象，森林火災需要高空間分辨率的數據提供更加細致和及時的信息。但極軌低空間分辨率光學衛星容易受到空間分辨率的限制，其空間分辨率在250～1 000 m，無法有效捕捉森林火災的具體細節，難以準確識別小型火災或火災初期階段的具體情況，容易影響火災監測的及時性和準確性[4]。雖然多星組網可以縮短數據獲取間隔，但數據更新的速度相比森林草原火災的快速變化仍然有限，無法有效捕捉火災發展的每個關鍵階段。為有效提升森林草原火災的監測能力，需與高空間分辨率衛星數據相結合，更精確地識別火災的細節。同時，要與光學衛星、雷達衛星、無人機、地面觀測站等數據源相結合，借助數據融合技術全方位、立體監測森林草原火災，提升監測準確性和時效性。此外，積極應用人工智能與機器學習技術，做好衛星數據的自動化處理，快速、準確地識別火災區域，為應急響應提供有力支持。

極軌高空間分辨率光學衛星能夠提供米級甚至更高精度的光學數據，讓火點信息的提取變得更加清晰、精細，從而更加準確地反映火災的實際情況，為火災的精細評估提供有力支持。此類衛星可達到米級或十米級的空間分辨率，能夠有效捕捉火點的精確位置、火勢的蔓延方向及火災對周圍植被的破壞程度等細節。同時，也可借助高分辨率數據實現火災前后衛星圖像的對比，讓火災損失的評估變得更加精細和準確。但極軌高空間分辨率光學衛星的觀測周期較長，其重訪周期可達到數天至數十天，需等待較長時間獲取新的衛星數據。并且此類衛星的制造和運營成本相對較高，會限制其數量和觀測頻率。此外，高分辨率衛星數據通常包含更多細節信息，其數據處理和分析的工作難度較大。為解決上述問題，需協調多顆高空間分辨率衛星，通過不同衛星的重訪時間互補獲取更多的觀測數據，縮短觀測周期。還要與不同來源的數據結合在一起，借助數據融合技術和火災傳播模型，評估與預測火災變化情況，彌補單一數據源的不足。在火災發生時借助無人機或航空攝影進行高頻次的監測，及時掌握火災情況。

3 衛星遙感技術在森林草原防滅火災中的應用

3.1 全自動化數據處理

衛星遙感技術能夠利用不同波段的傳感器，通過掃描地球表面獲取影像數據，包括中紅外波段和遠紅外波段的輻射信息，以此實時監測大范圍的森林和草原區域。衛星遙感技術主要是通過地面站將掃描到的數據傳輸至地面，利用現代化計算機系統提高數據處理效率。例如，云計算技術可借助云端分布式存儲和計算手段實現大量遙感數據的處理，讓不同的計算節點的數據得到并行處理，以此加快處理速度。大數據分析技術可通過火點識別、熱點分析等手段，從海量數據中快速提取有用的信息，實現海量遙感數據的高效處理。

同時，衛星遙感技術可借助全自動化系統自動識別火點，并與地理信息系統相結合，通過精準定位和主動推送火情報警的方式，促進火情監測的實時性和準確性提升，為滅火策略的合理制定提供有效幫助[5]。此外，衛星遙感技術的全自動化數據處理系統可對火點所在區域的植被類型、地形特征及其影響展開分析，一旦發現火點可立即推送報警信息給相關部門和人員，為滅火計劃的制訂、火災風險的評估及恢復策略的制定提供重要便利。

3.2 全方位接入氣象信息

氣象信息能夠為森林草原防滅火災工作提供輔助決策及數據參考，為火災風險管理提供有效的支持，減少火災事故的發生和影響。衛星遙感技術可對地面的溫度變化展開實時監測，借助紅外成像識別火點，了解火源的定位和火勢發展。同時，實時獲取氣溫、濕度、風速和降水量等氣象數據，可以與衛星遙感數據相結合，提供更準確的火災風險評估。同時，可有效利用各類氣象數據，細致計算火險指數，有效預測火災風險并發布相應預警。結合火災的動態情況和氣象變化數據，部署和調度滅活資源，并借助衛星圖像做好災后評估[6]。此外，分析當地多年衛星數據和氣象數據的長期趨勢，識別火災風險的變化模式，制定出長期的火災防控策略，以數據分析結果為依據，做好防火隔離帶的規劃和建設，最大限度地降低火災發生風險。

3.3 構建防火風險評估模型

以衛星遙感技術為基礎構建森林草原防火體系，需重點關注其集成性、科學性，做好數據的獲取處理、特征提取和模型建立。積極利用衛星遙感技術獲取多光譜影像和輔助數據，為火災風險評估提供豐富的信息源。還要對獲取到的遙感數據進行一系列輻射校正、幾何校正、噪聲去除、大氣校正及數據配準等預處理，提升數據準確性和空間一致性。并且，關注特征提取，如借助計算植被指數做好植被覆蓋和生長狀況的評估，將其作為火災風險的重要指示因子。利用熱

紅外影像反演地表溫度，借助歷史記錄實時監測數據，有效識別潛在的火源點分布區域，讓火災風險得到全面分析。借助統計方法或機器學習算法，從眾多特征中篩選出最相關且具有代表性的特征，以提升預測精度[7]。

同時，以選定的特征為基礎，利用機器學習算法或深度學習方法，建立防火風險評估模型，通過學習歷史火災數據與特征之間的復雜關系，有效預測和評估未來火災風險。此外，應用相應的特征數據訓練模型，讓模型學習到火災風險與特征之間的關聯規則，提升模型準確性和可靠性。將實時的衛星遙感數據輸入訓練好的模型中，有效計算每個區域的火災風險指數或概率，將區域劃分為不同的防火風險等級，結合風險區域劃分結果生成相應的預警信息，并及時發布至相關部門和人員，以便火情信息迅速傳遞至消防指揮中心，及時組織救援行動。

3.4 做好災情評估

高效、綜合的衛星遙感監測可有效用于火情監測和災情評估。當災害發生時，需為消防和應急處置部門提供現場的高分辨率遙感影像數據，使應急部門快速了解災害的規模、位置和可能的擴散方向，做出更加精準、有效的響應。在對火情展開處置時，需借助持續的遙感影像數據提供火災發展的實時信息，更好地跟蹤火勢，有效調整后續的滅火策略。

在對災后損失進行評估時，需對比災前和災后的遙感影像，準確確定過火面積，與多種基礎數據和現場調查相結合，實現火災損失的精確評估[8]。同時，還要將人工實地調查與遙感數據相結合，進而獲得更為準確和全面的災情評估結果。通過獲取火災后的多時相衛星遙感數據，有效監測植被恢復的動態變化。借助遙感數據分析植被的生長速度和健康狀況，并結合歷史數據和地面調查數據有效評估植被恢復程度和趨勢，為后續的恢復工作提供科學依據。

4 結束語

森林草原火災會對生態系統產生較大傷害，不僅會摧毀大量樹木和草原，嚴重影響生物多樣性，還會釋放出樹木中儲存的二氧化碳，加劇全球變暖。同時，火災釋放的煙霧和有害氣體也會造成空氣污染，威脅著周邊居民生命財產安全。氣候變化帶來的高溫、干旱和極端天氣條件會使火災發生的頻率和強度增大，因此需重點關注火災監測和預防措施。而衛星遙感技術在提高森林草原防滅火能力方面顯示出獨特價值和廣闊的應用前景，隨著技術的不斷進步和應用推廣，衛星遙感技術將在森林草原防滅火領域發揮出更加重要的作用，為保護綠色家園貢獻更多力量。

參考文獻

[1] 劉海洲，殷德懷，王翼，等.甘肅省森林草原火災風險評估與預警監測方法研究[J].林業科技情報，2024，56（2）：19-21.

[2] 張紅飛，王秋華.云南省森林草原防火監測預警體系分析與建議[J].森林防火，2023，41（1）：65-67.

[3] 唐堯，王立娟，劉錦毓，等.基于高分遙感技術的森林草原火災應急處置研究：以四川稻城“1·7”森林草原火災應急監測為例[J].自然資源信息化，2022（4）：33-38.

[4] 王志書.現代森林防滅火體系建設研究[J].消防界（電子版），2023，9（22）：92-94.

[5] 孫秀平，孫曉敏，徐崇斌.衛星遙感火情綜合監測服務應用平臺[J].軍民兩用技術與產品，2020（1）：16-23.

[6] 金晟玥，王平，劉明博，等.基于環境減災二號A/B衛星的森林火燒跡地提取應用[J].航天器工程，2022，31（3）：141-146.

[7] 馮炎，雷朝鋒，潘巖，張超杰.基于衛星遙感技術的森林火災監測研究[J].測繪技術裝備，2022，24（3）：15-19.

[8] 高健.衛星遙感監測技術在北京市森林防火中的應用[J].森林防火，2023，41（4）：55-59.

收稿日期：2024-07-10

作者簡介：鄭琳（1990—），女，內蒙古通遼人，工程師，研究方向為氣象服務及應用。