卫星林火监测应用存在的问题与数字化管理需求

2.2.1　卫星林火监测应用存在的问题与数字化管理需求

自1996年以来，云南省建立卫星监测系统及其管理制度，为森林火灾的“早发现、早出动、早扑救”提供了方便、快捷的信息，在防灾减灾中发挥了重要作用。但在现有的卫星热点火情监测业务系统中，卫星热点定位的精度不高，发现热点后，核查人员通常不清楚卫星预报热点有一个误差半径，而且到目前为止，这个误差半径应为多少，尚未得到准确的研究和阐述。目前所用预报热点的方法，尚不能区分火点的类型、级别，亦不能针对空间位置，告诉用户该热点的危险程度等相关信息，不利于防火基层单位采取快速、科学合理的决策和措施来核查与处置热点。假如卫星监测所提供的每一个热点均是引起林火的热源，无论其危险程度高低，均按照同样的方式进行地面核查，这将耗费森林防火基层单位有限的人力、物力、财力，是一种传统、低效的卫星热点火情监测管理方式。

(1)用数字化技术解决卫星热点预报森林火灾中的不准确性问题

遥感卫星通过热辐射原理监测森林火灾，本质上是监测地面高温热源点。由于西南及云南多为山地林区，农林系统交错严重，很多农业及其他高温热源点与森林火灾点互相混淆，同时同样的森林火点，具有危险性、危害性也不一样，所以在探测出热点、林火点的前提下，有必要对这些热点进行危险性分级处理，以方便基层单位集中人财物力处置最为危险的潜在林火点。利用热点的数字化分析技术，对热点进行空间定位、定量处理，对热点进行分级预警处理，可以对热点属于重大、特大或一般森林火灾进行概率分析和预警。例如，最优先处置落在原始林区、自然保护区、风景名胜区的热点，预报较高级别的火警，支撑基层单位优先现地落实、核查处置这些热点;之后再处置预警级别低，面积小、危险性低、发展态势受限的热点，这就是卫星林火监测的分级预警辅助决策管理。要实现这样的应用，必须辅以GIS建模与空间分析运算才能完成，所以必须研发基于GIS技术框架的业务系统才能解决该问题。当然，其他的卫星林火监测业务的扩展，同样也面临需要GIS功能支撑的问题，必须开发与GIS系统融合的卫星林火监测业务平台。

(2)利用数字化卫星热点分析平台提高热点预报的几何精度

由于NOAA卫星的星下点的几何分辨率为1.1km，卫星热点位置的报准精度，依赖于卫星图像与地图配准的精度，而地图配准往往会有几个像元的误差，所以，卫星监测中预报热点的几何误差，可能会有几千米。无论FY系列卫星，还是NOAA系列卫星，其图像上有不规则的几何变形。具体表现在国家林业局和云南省气象局卫星热点定位系统的功能——“单点导航”进行图像配准，当某个局部配准后，离开该局部的其他地方，还有较大误差。例如:利用洱海作为地面参照地物，将图像的滇西部分配准后，滇中的滇池、滇南的异龙湖会产生3个像元左右的误差。图像配准程度的好坏，将直接影响所监测到的卫星热点的几何精度。由于图像上找不到足够多的控制点，云南的热点误差可能会在3个像元左右。据防火部门多年来的实际工作检验，3km是预报热点误差的平均水平。由于卫星热点监测技术固有的不足，投入时间、人员、资源和经费进行地面核实后，很多的卫星热点不是森林火灾，从管理的成本和支出看，地面核实的效益低，造成了过多的核查成本的支出。

(3)地面核查存在的问题

由于云南特有的山高箐深坡陡等客观自然条件，加之通讯困难，有些林区可能不通公路，交通不便，必须靠步行才能到达核查区域，野外工作艰苦，耗时多。另外，由于热点通报时只是给基层单位一个中心位置的经纬度，没有给出地面核查的一个较准确的区域范围。基层单位受能力、技术水平的限制，只能在室内依靠地形图查找与分析，才能确定该通报热点的地理参考位置，对分析出结果采用什么样的方案进行地面核查，地面工作时需要行经的路线、需要观测的地点、方位等都是问题。这样的室内分析需要花费较多的时间，并且还需要基层工作人员有较强的地形图识别的能力。卫星热点报告通报后，县乡林业主管部门必须组织人员进行地面核实，核查范围必须包括可能存在的误差半径的区域，即必须在若干平方千米的区域内进行核查，这样通常需要一定的时间才能完成核查工作。

云南大多数县乡财政依靠国家补贴，公用事业经费短缺，森林防火车辆通常还要与其他办公室共用，防火办人员少，多次野外核查需要的经费支出较大。在防火戒严期通报热点集中、次数多，有时个别县一天需要核查20～30个热点，如果每个热点需要防火专职人员到实地观察，这几乎是不可能完成的，所以目前基层单位卫星热点的实地核查工作，面临许多的困难。是否利用现代高新技术，利用室内尽可能多的排除非林火，将潜在林火的报准率提高，对潜在林火做出危险程度预警，并同时解决空间半径过大的问题，减小地面核查区域，提高卫星热点定位的精度，是解决目前应用问题的良好方法。

针对以上问题和具体的应用需求，解决卫星热点的核查问题的总体技术方案是:开发和集成GIS系统，在该系统中集成其他高分辨率、有较高准确性的地理信息;利用计算机的空间计算与分析功能，计算出每个热点属于森林火灾的可能性大小，以及地面核查空间的大小、地物参考位置及其他信息的叠加分析;将这些信息用可视化的地图形象地传递给各级防火专职和地面核查人员，达到快速、便捷落实卫星热点。要实现总体技术方案，首先需要评估和定义地面核查范围的大小，即卫星热点误差半径。研究该热点属于森林火灾可能性的计算方法，给防火部门和地面核查工作者一个具体的可能性级别，作为地面核查的参考。这两个问题是开发林火管理地理信息系统的应用基础问题。