卫星遥感火险监测预报预警服务平台的设计与应用--中国期刊网

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卫星遥感火险监测预报预警服务平台的设计与应用

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：陈全1，王明1，杨朝晖2，贾新岳1，郭泽勇2

[导读] 静止气象卫星具有高频次、全覆盖优势，对火情有非常好的监测能力。本文从火点探测原理和探测仪器和通道出发，简要介绍了卫星遥感火点监测的流程。

1.阳江市消防救援支队，广东阳江529600；2.广东省阳江市气象局，广东阳江 529500；陈全1，王明1，杨朝晖2，贾新岳1，郭泽勇2

摘要：静止气象卫星具有高频次、全覆盖优势，对火情有非常好的监测能力。本文从火点探测原理和探测仪器和通道出发，简要介绍了卫星遥感火点监测的流程。然后从阳江市火情监测服务平台设计方案出发，重点介绍了服务平台的内容和设计方法，主要包括了火点监测、气象数据显示、火灾报警、火险区划以及历史资料分析等功能，设计了阳江市的火险区划，对阳江市火情的防灾减灾提供了重要保障。
关键词：卫星遥感；火情监测；AHI/ Himawari-8；服务平台
        1 卫星遥感火情监测
        1.1 火点监测原理
        高于绝对温度的物体都在不断向外辐射电磁波，温度升高会导致热辐射增强[16]。据波尔兹曼定律                                 式中，MT为黑体辐射出的总能量，为辐射系数，为斯蒂芬-波尔兹曼常数，其中和为常数，所以辐射能量与该物体绝对温度成4次方成正比，当物体温度有很小的变化，就会引起辐射很大的变化，而高温热源的温度更将会引起辐射的急剧增加，这种变化十分有利于判识高温热源。
        另外据维恩位移定律，黑体温度T和辐射峰值波长成反比，即温度愈高，辐射峰值波长越小。

        常温地表（约300K）辐射峰值波长在11μm左右，当物质着火时，温度可达550K以上，辐射峰值波长就位于4μm左右。正好对应卫星探测器的红外通道，遥感林火监测正是利用了上述原理，利用辐射的差异性判定火点。
        1.2 探测仪器及通道介绍
        新一代静止气象卫星Himawari-8定位在东经140.7°，搭载的扫描成像仪AHI能够在10分钟内完成全盘扫描，共有16个通道，波段长从0.46μm到13.3μm，其空间分辨率有0.5km，1km和2km三种，其中3个可见光通道，3个近红外和10个红外通道，表1所示为16个通道详细的特性。

        1.3 火点监测流程
        新一代静止气象卫星遥感火点监测具有高空间分辨率（最高分辨率0.5km，红外通道分辨率2km）、高时间分辨率（5/10/15min）、高时效（获取数据到生成产品15min）和高空间定位精度（定位精度1个像元）等优点。从获取卫星通道数据到生成遥感火点产品共有如下几个步骤：
        1）数据获取。包括卫星可见光、近红外和红外通道数据和卫星/太阳天顶角、方位角、土地利用类型等辅助数据。
        2）卫星数据预处理。包括投影、云监测、耀斑监测、水体监测等。
        3）火点监测算法的判识。
        4）火点判识云图和信息。
        5）云污染、云边缘火点判识，火点像元辐射订正、非明火高温像元剔除等。
        2 火情服务平台系统构建
        2.1 系统设计方案
        火情服务平台利用高时效静止卫星数据，在指定时间范围和区域内连续监测火点（灾）的发生、发展、位置、趋势以及相关信息，结合最近的气象自动站实况资料和重点防御单位等信息构建火险区划，系统同时具备历史资料分析、火点卫星云图产品查看以及火灾报警等功能。主要包含以下内容：
        1）火点（灾）监测，发生的位置及时间、下垫面类型等。
        2）火点（灾）发生时，显示最近的气象自动站实况资料。
        3）火点（灾）连续观测蔓延和卫星产品图像。
        4）根据每日的预报要素，显示每日城区的火险区划，各风险区划显示重点防御单位（如化工单位、大型商业体）等。
        5）火点（灾）报警并发送到手机端。
        2.2 服务平台系统功能
        一、火点信息和卫星云图
        利用FY-4A或Himawari-8资料高频次及高空间分辨率观测的特点，实现火点的自动检测，保存并制作火情监测图形图像产品。在地图勾选“火点”，以火点图标展示当前半小时内产生的火点信息，点击图标可查看该火点的详细信息，包括：火点经纬度、火点发生时间、火点4微米亮温、可信度和土地类型信息。并支持查看当前火点的卫星遥感图。可快速有效地对火情进行分析。
        二、气象数据
        地图勾选“气象预报”，支持根据区域、时间查看7天气象数据，包括降水、最高温度、最低温度、风速、最大湿度和最小湿度；时间支持查询未来7天预报数据和近一个月历史数据，如图1所示。

        三、火灾告警通知
        地图服务页面支持监测、查询当前和历史产生的火点告警信息，通过配置告警策略，当监测的卫星火点数据达到策略配置阈值时，则产生告警通知，通过短信或外呼等渠道通过到责任人。告警信息包括发生时间、发生位置、土地类型、可信度及当前气象信息（平均风速、风向、温度、湿度）。
        四、历史数据分析
        系统会记录历史火点数据，支持根据时间搜索当时的火点数据。通过历史火灾发生的时间、地点、气象条件等数据进行分析，基于气象因子，分析研究火险指数等动态变化及其与火发生和强度的关系。
        3 结论
        静止气象卫星具有高频次、全覆盖优势，对火灾、台风以及天气气候等方面都具有较好的监测能力，卫星遥感手段能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用气象遥感手段制作火险预报。它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。本文首先从火点探测原理和探测仪器及通道特性出发，介绍了卫星遥感火点监测流程。然后以阳江市的城镇和林区等关键区域为研究对象，以从火灾的发生发展条件出发，充分利用卫星遥感、气象自动观测站等观测手段，从气象条件、火险指数等几个方面综合研究城镇火险预报方法，开展阳江市火险精细化气象区划、火险区划，构建阳江市火险防灾叫应服务平台，主要包括了火点监测、气象数据显示、火灾报警、火险区划以及历史资料分析等功能，为城镇火险预报预警服务提供科学可靠的支撑，不断满足防灾减灾和社会服务的需求。
参考文献
[1]赵文化，单海滨，钟儒祥.基于MODIS火点指数监测森林火灾[J].自然灾害学报，2008，17（3）：152-157.
[2]何全军，刘诚.MODIS数据自适应火点检测的改进算法[J].遥感学报，2008，12（3）：448-452.
作者简介：陈全（1979.11）男，汉族，广东省汕头人，本科学历，硕士学历，高级工程师，从事消防、城市火险方面的研究。
通讯作者：杨朝晖（1977--）男，工程师，研究方向：气象信息服务和计算机应用。
项目资助：广东省气象局项目（GRMC2018Z04）