卫星林火监测在尚志林区森林防火中的应用

王文革，庞丽杰

(黑龙江省尚志国有林场管理局，黑龙江 哈尔滨 150601)

森林火灾是一种重要的自然灾害，因其突发性强，发现不及时，对森林资源破坏性非常大，严重损害森林资源和生态安全。据不完全统计，全世界年均发生森林火灾20余万起，过火面积约1000万hm2；我国年均发生森林火灾约几千起，受害森林面积达1万hm2以上；森林火灾不仅破坏森林生态系统，还严重威胁林区人民群众生命及财产安全。多年实践证明，森林火灾早发现、早处置、早扑灭，是减少森林火灾对森林资源的破坏、降低损失的关键。

按照习近平生态文明建设思想要求，为进一步加强森林火警监测，尚志国有林场管理局在原有地面巡逻、瞭望塔高空瞭望的基础上，2018年春季开始与中科锐景公司合作，在全局范围试用该公司推出的卫星林火监测平台，积极利用现代先进技术，推动森林火灾预警监测体系建设，提升森林防火工作科技水平。

1 应用区基本情况

1)尚志国有林场管理局地处长白山脉张广才岭西坡，位于黑龙江省尚志市境内，隶属于黑龙江省林业和草原局，下属8个国有林场，1个国家级森林公园，1个省级自然保护区。

2)经营总面积200800hm2，其中国家级公益林109620.2hm2，地方公益林38879.14hm2，商品林50914.35hm2，活立木总蓄积1203万m3，森林覆盖率73%。

3)境内为低山丘陵地貌，寒温带大陆性季风气候。境内交通便利，哈牡高铁、哈绥铁路东西贯穿，G10高速公路、301国道、省级、县级公路纵横交错，公路网发达。

4)该区域和浅山区，农林镶嵌严重，农田与林地犬牙交错，受传统农耕思想影响，因烧荒、上坟等引起森林火情时有发生。

2 卫星林火监测平台概述

2.1 基本情况

我国已经建立了具有较成熟的森林火情预警监测组织机构，林火监测手段比较丰富，常见的有地面巡护、瞭望塔高空瞭望、林火视频监控以及部分卫星林火监测等。各种手段各有优缺点，分别在林火预警上发挥着不同的作用。但总体上还存在地面人工巡护密度不够、观察视线受限，人工瞭望塔瞭望条件艰苦、数量不足，林火视频监控有死角、维护与建设成本极高，卫星林火监测漏报率高等问题。随着卫星遥感监测技术的进步，利用卫星遥感技术对林火的监测预警能力近些年大幅提升，中科锐景公司开发的一款基于卫星遥感技术的野外火情监测系统，全面围绕“打早、打小”方针原则，采用国内外优选的多颗极轨和静止卫星数据源，结合先进的软硬件技术架构，建立的全天时、反应迅速、极简交互，专门服务于基层的林火监测服务平台。

2.2 主要功能

2.2.1 优化火情预警服务

卫星过境后，热点信息30min内直达基层负责人手机，减少原来各级管理机构之间层层报送的时间，为火情打早争取了宝贵时间；平台提供了高清的地形地貌卫星图，可以随时查看火点位置的地面属性，为热点预核查提供便捷工具；卫星监测技术目前是无人区火情最早发现的技术手段，这是其他手段目前无法替代的；平台支持火情核查结果快速反馈，火场现况图片随时上传，为火情信息在相关组织内及时共享提供了支持工具；平台还能对境外火及可能过境火及时提醒；平台为值班人员提供了火情报警声音提醒功能，让值班人员能更轻松值班；不同岗位人员可根据需要配置手机消息接收参数，不需要的消息可以不接收，减少打扰信息；平台还能提供72h内的高精度森林火险预警。

2.2.2 细化扑火指挥决策支持

平台提供火场附近地形地貌、路网、居民区等高清地图展示，可用于直观判断火场周边地理环境，进行火场标绘；提供高精度气温、风速风向、湿度、能见度及降水等气象观测信息的实时监测数据，空间分辨率为一公里格网，数据每小时更新一次；提供全国大尺度云图、水汽柱总量等卫星监测结果的实时查看功能，用于支持人工增雨辅助决策；提供瞭望塔标、水源地、航站视频监控头、自动气象站、中继站等指挥决策专题地图支持；提供火场地表土地利用类型智能判断能力，自动判断各种土地利用类型占比；通过其他途径发现的热点可以在平台上报备，报备后，信息能在相关人员中共享，后续卫星能对其进行持续追踪监测；当火情发生在和其他行政区域边界附近时，能将该火情实况授权给友邻单位，支持共同扑火；火情进展报告可以随时一键式生成。

2.2.3 强化火情综合监管

为了向各下级单位提供火情信息，平台提供火情通知单一键生成功能，全辖区火情实况自动统计，结果方便转发给下级单位；平台提供多源卫星过境轨道预测与数据到达监控能力；位于高风险区及高危区的火情重点提醒；提供计划烧除备案及执行追踪能力；提供全辖区及边境外实时火情地图展示；地图缩放、距离测量、面积测量等基本操控工具；对于防火专题数据(瞭望塔标、水源地、航站视频监控头、自动气象站、靠前驻防点)，可以自行管理维护；还提供高清卫星图像支持火情的灾后评估。

2.3 关键技术优势

通过多源卫星协同观测，高时间与空间分辨率数据监测有机结合，智能合并。该平台使用6颗极轨卫星和1颗静止卫星，日观测高达150余次，有效提升小火点探测能力，24h持续观测，对大火发展态势进行了及时有效的跟踪(表1)。

表1 系统使用卫星参数Tab.1 Satellite Parameters Used by the System

2.3.1 独特算法，降低误判

考虑我国各地的物候特征、地理环境、气象条件等多种因素，结合生态状况信息的农火及林火动态区分方法、对海拔、地形的静止卫星火点位置偏差精度校正技术和高分辨率大气模式调优技术，研发的森林及草原火特征的区域自适应动态阈值火点判识算法，尽量降低林火的误判率，保障林草区域火险预报的准确度。

2.3.2 构建固定火点库，剔除虚假热点

研发适用于我国专有的工业干扰热源、太阳耀斑及水面耀斑反射动态剔除方法，构建中国地区固定火点库(共26.4w点次)，剔除虚假热点，提高热点监测精度。

2.3.3 高清地图

利用高清卫星影像，搭载天地图、谷歌、bing在线地图，支持三维地形，实现火情快速预核验火点所处位置及周边地表类型，人眼可清晰识别，减少由于林相数据、土地利用数据准确度不够或者更新不及时造成的误判，减少火情核查工作量。

3 应用情况分析

2018年春季开始，全局上下统一使用了该平台，经过近三年的应用，森林火灾预警监测及时，效果比较明显。

3.1 应用网络设置

1)整个平台采取了三级网络应用设置。第一级为主管领导级，能够接收全局范围内的预警信息，查看核查情况；第二级为局防火办级，能够接收全局范围内的预警信息，查看基层核查情况，进行核查反馈；第三级为国有林场级，场长、主管场长，管护站长及1～2名骨干管护员，能够接收、核查、反馈本林场范围内的预警信息。

2)防火办值班人员通过平台PC端全天登录系统，随时接收预警信息(自动报警)，及时处理有关情况(图1)。

图1 林火监测系PC端Fig.1 PC Side of Forest Fire Monitoring System

3)其他人员通过手机微信或App，接收预警信息推送，进行现场核查，反馈核查信息(图2，图3)。

图2 移动端模块界面Fig.2 Mobile Terminal Module Interface

图3 移动端功能界面Fig.3 Mobile Functional Interface

3.2 火情预警及处理情况

火情预警及处理情况通过表格形式记录并上报(表2，表3，表4，表5)。

表2 2018年4月-2020年6月预警信息统计表Tab.2 Statistical Table of Early Warning Information from April 2018 to June 2020

续表2 2018年4月-2020年6月预警信息统计表Tab.2 Statistical Table of Early Warning Information from April 2018 to June 2020

表3 预警消息年度和时间段分布Tab.3 Distribution of Warning Messages by Year and Time Period

表4 首次发现火情卫星类型和火情核查情况Tab.4 First Discovery of Fire Satellite Type and fire Verification

表5 信息推送延迟和位置偏差统计Tab.5 Statistics of Information Push Delay and Position Deviation

1)从上述各表中统计可以看出，2018年4月至2020年6月，共接收预警信息54次，其中：2018年47次，2019年6次，2020年1次；静止卫星发现19起，极轨卫星发现35起；全部为农用火；卫星首次发现火情至预警信息推送时间平均需要33min，极值为最长47min，最短19min。

2)在应用过程中，为测试卫星监测地址的准确性，林场现场核查人员每次都对推送信息的坐标点与实际火点进行估测，位置偏差小于500m的8次，500至1000m的27次，1000m以上的19次。

3.3 应用分析及建议

3.3.1 应用情况分析

1)年度发生预警次数差异。因黑龙江省从2018年秋季开始实行秸秆禁烧政策，特别是2019年秋至2020年春，实行全时段全区域全面禁烧秸秆，因而出现域内火情大幅度减少情况。

2)从起火时间段分布看，符合林火或农用火发生规律，主要集中在中午至傍晚时间内。这一时段内，气温相对较高，可燃物相对比较干燥，风力逐渐增强，利于燃烧，也是农民劳作比较集中的时段。

3)预警信息推送及时。从统计上看，从卫星首次发现火情到预警信息推送，平均为33min，基本处于初级火情阶段，有利于“打早打小”原则。

4)从位置偏差来看，位置偏差相对比较大，大部分位置偏差在1000m左右，但因火场有烟雾警示，便于快速到达火场开展扑救。

3.3.2 建议

1)完善区域性森林资源图的匹配，细化森林、林地、农田的区划，提高林火和农用火的分析判断准确度。

2)完善地理信息资料，结合地形图、交通图、区划图等底层信息，完善扑火指挥辅助信息，对火点地形地貌、周边扑火力量、行军路线做深入细化。

3)完善地球曲率系数，提高坐标点精度，减少误差。

4)拓展卫星数据源，实现24h不间断捕捉，尽可能减少卫星扫描间隔期。

4 结语

卫星林火监测系统功能比较完善，同时具有pc端和移动端两个平台，能够实现火情火警快速发现且火情信息及时推送到终端，热点推送时间和监测精准度在国内处于先进水平，能够实现林火早发现、早处置、早扑灭，减少火灾蔓延的时间，提高预警监测能力，对有效开展科学扑救具有积极的作用，对提升森林防火工作综合管理水平具有重要意义。