摘 要：隨著全球氣候變化加劇和人類活動(dòng)的日益頻繁，森林草原火災(zāi)已成為影響生態(tài)環(huán)境安全、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要災(zāi)害之一。傳統(tǒng)的森林草原火災(zāi)防控方法以地面巡邏和人工監(jiān)測(cè)為主，但存在響應(yīng)速度慢、覆蓋范圍有限等問(wèn)題，需選擇有效的防控手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速撲滅森林草原火災(zāi)。衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)的地表信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火源并監(jiān)測(cè)火災(zāi)蔓延情況，對(duì)火災(zāi)對(duì)環(huán)境的影響展開有效分析，提升火災(zāi)預(yù)警和響應(yīng)的效率。基于此，闡述了衛(wèi)星遙感技術(shù)在森林草原防滅火災(zāi)中的價(jià)值，分析了森林草原防滅火災(zāi)中的衛(wèi)星遙感技術(shù)類型，并探討了衛(wèi)星遙感技術(shù)在森林草原防滅火災(zāi)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感技術(shù)；森林草原；防滅火災(zāi)

中圖分類號(hào)：762.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

衛(wèi)星遙感技術(shù)主要是利用搭載的傳感器對(duì)來(lái)自地球表面的電磁波信息進(jìn)行接收與處理，針對(duì)大范圍的區(qū)域?qū)嵤?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)獲取速度快、監(jiān)測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)。將其應(yīng)用于森林草原防滅火領(lǐng)域，可在預(yù)警、監(jiān)測(cè)、評(píng)估及災(zāi)后恢復(fù)重建等方面顯示出較高的應(yīng)用價(jià)值。開展森林草原防滅火工作時(shí)，衛(wèi)星遙感技術(shù)可在早期階段發(fā)現(xiàn)火源并對(duì)其進(jìn)行精確定位，提供及時(shí)的火情信息，并做好迅速的應(yīng)急預(yù)案。同時(shí)，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以將歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立火災(zāi)預(yù)警模型，預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)生的可能性和趨勢(shì)，為防火工作提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在森林草原防滅火災(zāi)中的價(jià)值

1.1 火點(diǎn)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)廣大森林草原區(qū)域，有效提升監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，可通過(guò)衛(wèi)星搭載的傳感器捕捉到火焰的熱輻射等特征，進(jìn)而迅速發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)。同時(shí)，衛(wèi)星遙感可以為早期預(yù)警提供有力工具，在火災(zāi)擴(kuò)散前提前介入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利于及時(shí)組織救援力量，有效控制火勢(shì)蔓延情況[1]。

1.2 火情評(píng)估與決策

衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠有效獲取森林草原火災(zāi)的范圍、強(qiáng)度等參數(shù)信息，借助圖像處理和分析等手段，全面評(píng)估火災(zāi)具體情況，進(jìn)而為防火指揮人員提供詳盡的數(shù)據(jù)支撐，為滅火決策的科學(xué)制定提供有效指導(dǎo)。同時(shí)，針對(duì)火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)展開有效分析，能夠有效預(yù)測(cè)火勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)性布置滅火力量，為火情處置準(zhǔn)備工作做好準(zhǔn)備。

1.3 生態(tài)保護(hù)與監(jiān)測(cè)

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，可減少人為因素帶來(lái)的干擾，減少森林破壞和生態(tài)損失的現(xiàn)象，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡方面具有重要作用。衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)森林草原，包括對(duì)植被覆蓋度和健康狀況的監(jiān)測(cè)，利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在火災(zāi)隱患，為長(zhǎng)期的防火策略制定提供有效的數(shù)據(jù)支持，并為生態(tài)修復(fù)工作提供一定指導(dǎo)[2]。

1.4 公眾教育與意識(shí)提升

衛(wèi)星遙感技術(shù)便于實(shí)時(shí)獲取大范圍區(qū)域的地表數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器捕捉火焰和煙霧的熱量信號(hào)，迅速發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)。同時(shí)，也可對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)的衛(wèi)星圖像進(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)確估算火災(zāi)蔓延范圍。還可結(jié)合天氣數(shù)據(jù)和地形信息，預(yù)測(cè)火災(zāi)的可能發(fā)展方向。上述數(shù)據(jù)都可用于火災(zāi)警示地圖的制作中，這不僅為應(yīng)急響應(yīng)部門的快速?zèng)Q策提供依據(jù)，而且增強(qiáng)了公眾的防火意識(shí)和應(yīng)對(duì)能力，在一定限度上減少或避免了火災(zāi)損失。

2 森林草原防滅火災(zāi)中的衛(wèi)星遙感技術(shù)類型

2.1 地球同步軌道衛(wèi)星

地球同步軌道衛(wèi)星（圖1）通常可以提供較高的時(shí)間分辨率，可以憑借分鐘級(jí)的觀測(cè)頻繁獲取相同區(qū)域的數(shù)據(jù)，快速監(jiān)測(cè)火災(zāi)的動(dòng)態(tài)變化，并且實(shí)時(shí)跟蹤火點(diǎn)。例如，國(guó)內(nèi)常見的靜止軌道衛(wèi)星有風(fēng)云二號(hào)、風(fēng)云四號(hào)；日本的有“向日葵花8號(hào)”等，這些衛(wèi)星主要運(yùn)行在距離地球36 000 km的地球同步衛(wèi)星軌道上，能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)廣泛的區(qū)域，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)大范圍內(nèi)的火災(zāi)情況和擴(kuò)展情況。但靜止軌道衛(wèi)星的空間分辨率通常較低，無(wú)法對(duì)小規(guī)模的火點(diǎn)展開精確識(shí)別，容易在監(jiān)測(cè)小型火點(diǎn)或細(xì)節(jié)的地形變化上出現(xiàn)空間分辨率不足的問(wèn)題。同時(shí)，此類衛(wèi)星處于靜止軌道，其觀測(cè)角度相對(duì)固定，容易出現(xiàn)地面目標(biāo)的幾何定位精度較低的現(xiàn)象，從而精確定位森林火點(diǎn)的難度較大。為彌補(bǔ)靜止軌道衛(wèi)星的缺陷，通常會(huì)將其與極地軌道衛(wèi)星相結(jié)合，對(duì)森林火點(diǎn)進(jìn)行更為精確的定位。也可將其與高分辨率成像衛(wèi)星相結(jié)合，對(duì)森林火點(diǎn)展開詳細(xì)評(píng)估與分析[3]?？傮w來(lái)說(shuō)，靜止軌道衛(wèi)星可在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)與預(yù)防中發(fā)揮出高頻次的觀測(cè)能力。

2.2 極地軌道衛(wèi)星

極地軌道衛(wèi)星能夠覆蓋全球的所有區(qū)域，適用于大范圍的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，可提供較高的空間分辨率和多光譜觀測(cè)，可詳細(xì)探測(cè)火點(diǎn)和火燒跡地。

極軌低空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星能夠每日獲取對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，并且借助多星組網(wǎng)的方式有效縮短數(shù)據(jù)獲取間隔。此類衛(wèi)星所搭載的傳感器包含可見光、近紅外、中紅外和熱紅外數(shù)據(jù)，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(shí)別煙霧、植被健康狀態(tài)，初步判斷火災(zāi)發(fā)生的位置和規(guī)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(jiān)測(cè)火災(zāi)區(qū)域。作為一種迅速變化的現(xiàn)象，森林火災(zāi)需要高空間分辨率的數(shù)據(jù)提供更加細(xì)致和及時(shí)的信息。但極軌低空間分辨率光學(xué)衛(wèi)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(wú)法有效捕捉森林火災(zāi)的具體細(xì)節(jié)，難以準(zhǔn)確識(shí)別小型火災(zāi)或火災(zāi)初期階段的具體情況，容易影響火災(zāi)監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性[4]。雖然多星組網(wǎng)可以縮短數(shù)據(jù)獲取間隔，但數(shù)據(jù)更新的速度相比森林草原火災(zāi)的快速變化仍然有限，無(wú)法有效捕捉火災(zāi)發(fā)展的每個(gè)關(guān)鍵階段。為有效提升森林草原火災(zāi)的監(jiān)測(cè)能力，需與高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)相結(jié)合，更精確地識(shí)別火災(zāi)的細(xì)節(jié)。同時(shí)，要與光學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、地面觀測(cè)站等數(shù)據(jù)源相結(jié)合，借助數(shù)據(jù)融合技術(shù)全方位、立體監(jiān)測(cè)森林草原火災(zāi)，提升監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和時(shí)效性。此外，積極應(yīng)用人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，做好衛(wèi)星數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理，快速、準(zhǔn)確地識(shí)別火災(zāi)區(qū)域，為應(yīng)急響應(yīng)提供有力支持。

極軌高空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星能夠提供米級(jí)甚至更高精度的光學(xué)數(shù)據(jù)，讓火點(diǎn)信息的提取變得更加清晰、精細(xì)，從而更加準(zhǔn)確地反映火災(zāi)的實(shí)際情況，為火災(zāi)的精細(xì)評(píng)估提供有力支持。此類衛(wèi)星可達(dá)到米級(jí)或十米級(jí)的空間分辨率，能夠有效捕捉火點(diǎn)的精確位置、火勢(shì)的蔓延方向及火災(zāi)對(duì)周圍植被的破壞程度等細(xì)節(jié)。同時(shí)，也可借助高分辨率數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)前后衛(wèi)星圖像的對(duì)比，讓火災(zāi)損失的評(píng)估變得更加精細(xì)和準(zhǔn)確。但極軌高空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星的觀測(cè)周期較長(zhǎng)，其重訪周期可達(dá)到數(shù)天至數(shù)十天，需等待較長(zhǎng)時(shí)間獲取新的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。并且此類衛(wèi)星的制造和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較高，會(huì)限制其數(shù)量和觀測(cè)頻率。此外，高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)通常包含更多細(xì)節(jié)信息，其數(shù)據(jù)處理和分析的工作難度較大。為解決上述問(wèn)題，需協(xié)調(diào)多顆高空間分辨率衛(wèi)星，通過(guò)不同衛(wèi)星的重訪時(shí)間互補(bǔ)獲取更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，縮短觀測(cè)周期。還要與不同來(lái)源的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，借助數(shù)據(jù)融合技術(shù)和火災(zāi)傳播模型，評(píng)估與預(yù)測(cè)火災(zāi)變化情況，彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)源的不足。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)借助無(wú)人機(jī)或航空攝影進(jìn)行高頻次的監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握火災(zāi)情況。

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在森林草原防滅火災(zāi)中的應(yīng)用

3.1 全自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理

衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠利用不同波段的傳感器，通過(guò)掃描地球表面獲取影像數(shù)據(jù)，包括中紅外波段和遠(yuǎn)紅外波段的輻射信息，以此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大范圍的森林和草原區(qū)域。衛(wèi)星遙感技術(shù)主要是通過(guò)地面站將掃描到的數(shù)據(jù)傳輸至地面，利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)處理效率。例如，云計(jì)算技術(shù)可借助云端分布式存儲(chǔ)和計(jì)算手段實(shí)現(xiàn)大量遙感數(shù)據(jù)的處理，讓不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)得到并行處理，以此加快處理速度。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可通過(guò)火點(diǎn)識(shí)別、熱點(diǎn)分析等手段，從海量數(shù)據(jù)中快速提取有用的信息，實(shí)現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的高效處理。

同時(shí)，衛(wèi)星遙感技術(shù)可借助全自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別火點(diǎn)，并與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)精準(zhǔn)定位和主動(dòng)推送火情報(bào)警的方式，促進(jìn)火情監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性提升，為滅火策略的合理制定提供有效幫助[5]。此外，衛(wèi)星遙感技術(shù)的全自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可對(duì)火點(diǎn)所在區(qū)域的植被類型、地形特征及其影響展開分析，一旦發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)可立即推送報(bào)警信息給相關(guān)部門和人員，為滅火計(jì)劃的制訂、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估及恢復(fù)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?yàn)樯植菰罍缁馂?zāi)工作提供輔助決策及數(shù)據(jù)參考，為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理提供有效的支持，減少火災(zāi)事故的發(fā)生和影響。衛(wèi)星遙感技術(shù)可對(duì)地面的溫度變化展開實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，借助紅外成像識(shí)別火點(diǎn)，了解火源的定位和火勢(shì)發(fā)展。同時(shí)，實(shí)時(shí)獲取氣溫、濕度、風(fēng)速和降水量等氣象數(shù)據(jù)，可以與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供更準(zhǔn)確的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。同時(shí)，可有效利用各類氣象數(shù)據(jù)，細(xì)致計(jì)算火險(xiǎn)指數(shù)，有效預(yù)測(cè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)并發(fā)布相應(yīng)預(yù)警。結(jié)合火災(zāi)的動(dòng)態(tài)情況和氣象變化數(shù)據(jù)，部署和調(diào)度滅活資源，并借助衛(wèi)星圖像做好災(zāi)后評(píng)估[6]。此外，分析當(dāng)?shù)囟嗄晷l(wèi)星數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期趨勢(shì)，識(shí)別火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的變化模式，制定出長(zhǎng)期的火災(zāi)防控策略，以數(shù)據(jù)分析結(jié)果為依據(jù)，做好防火隔離帶的規(guī)劃和建設(shè)，最大限度地降低火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 構(gòu)建防火風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

以衛(wèi)星遙感技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建森林草原防火體系，需重點(diǎn)關(guān)注其集成性、科學(xué)性，做好數(shù)據(jù)的獲取處理、特征提取和模型建立。積極利用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取多光譜影像和輔助數(shù)據(jù)，為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供豐富的信息源。還要對(duì)獲取到的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列輻射校正、幾何校正、噪聲去除、大氣校正及數(shù)據(jù)配準(zhǔn)等預(yù)處理，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和空間一致性。并且，關(guān)注特征提取，如借助計(jì)算植被指數(shù)做好植被覆蓋和生長(zhǎng)狀況的評(píng)估，將其作為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有效識(shí)別潛在的火源點(diǎn)分布區(qū)域，讓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)得到全面分析。借助統(tǒng)計(jì)方法或機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從眾多特征中篩選出最相關(guān)且具有代表性的特征，以提升預(yù)測(cè)精度[7]。

同時(shí)，以選定的特征為基礎(chǔ)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法或深度學(xué)習(xí)方法，建立防火風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過(guò)學(xué)習(xí)歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)與特征之間的復(fù)雜關(guān)系，有效預(yù)測(cè)和評(píng)估未來(lái)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此外，應(yīng)用相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，讓模型學(xué)習(xí)到火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與特征之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，提升模型準(zhǔn)確性和可靠性。將實(shí)時(shí)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的模型中，有效計(jì)算每個(gè)區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)或概率，將區(qū)域劃分為不同的防火風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分結(jié)果生成相應(yīng)的預(yù)警信息，并及時(shí)發(fā)布至相關(guān)部門和人員，以便火情信息迅速傳遞至消防指揮中心，及時(shí)組織救援行動(dòng)。

3.4 做好災(zāi)情評(píng)估

高效、綜合的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)可有效用于火情監(jiān)測(cè)和災(zāi)情評(píng)估。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，需為消防和應(yīng)急處置部門提供現(xiàn)場(chǎng)的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，使應(yīng)急部門快速了解災(zāi)害的規(guī)模、位置和可能的擴(kuò)散方向，做出更加精準(zhǔn)、有效的響應(yīng)。在對(duì)火情展開處置時(shí)，需借助持續(xù)的遙感影像數(shù)據(jù)提供火災(zāi)發(fā)展的實(shí)時(shí)信息，更好地跟蹤火勢(shì)，有效調(diào)整后續(xù)的滅火策略。

在對(duì)災(zāi)后損失進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需對(duì)比災(zāi)前和災(zāi)后的遙感影像，準(zhǔn)確確定過(guò)火面積，與多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)損失的精確評(píng)估[8]。同時(shí)，還要將人工實(shí)地調(diào)查與遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)而獲得更為準(zhǔn)確和全面的災(zāi)情評(píng)估結(jié)果。通過(guò)獲取火災(zāi)后的多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測(cè)植被恢復(fù)的動(dòng)態(tài)變化。借助遙感數(shù)據(jù)分析植被的生長(zhǎng)速度和健康狀況，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和地面調(diào)查數(shù)據(jù)有效評(píng)估植被恢復(fù)程度和趨勢(shì)，為后續(xù)的恢復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

森林草原火災(zāi)會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大傷害，不僅會(huì)摧毀大量樹木和草原，嚴(yán)重影響生物多樣性，還會(huì)釋放出樹木中儲(chǔ)存的二氧化碳，加劇全球變暖。同時(shí)，火災(zāi)釋放的煙霧和有害氣體也會(huì)造成空氣污染，威脅著周邊居民生命財(cái)產(chǎn)安全。氣候變化帶來(lái)的高溫、干旱和極端天氣條件會(huì)使火災(zāi)發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增大，因此需重點(diǎn)關(guān)注火災(zāi)監(jiān)測(cè)和預(yù)防措施。而衛(wèi)星遙感技術(shù)在提高森林草原防滅火能力方面顯示出獨(dú)特價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用推廣，衛(wèi)星遙感技術(shù)將在森林草原防滅火領(lǐng)域發(fā)揮出更加重要的作用，為保護(hù)綠色家園貢獻(xiàn)更多力量。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-07-10

作者簡(jiǎn)介：鄭琳（1990—），女，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)及應(yīng)用。