云南卫星林火监测中的地面核查辅助决策模型研究

邓忠坚，李清玉，龙晓敏，周汝良

（西南林业大学，云南 昆明 650224）

引言

卫星林火热点地面核查是指林业基层单位根据卫星遥感影像中识别到的疑似林火热源点，派地面巡护人员到实地进行调查，并将调查结果向上级单位进行反馈的一项林火监测工作。森林火灾热点（hot spot）识别是利用了物体温度越高，热辐射的峰值波长越短的原理，根据卫星接收到的不同波长的辐射来推算物体的温度。目前，对地面高温热源的识别率较高，但报准率不高，原因包括受到卫星图像几何分辨率和地图配准精度的影响。以云南省为例，卫星热点报准半径为2593m［1］，卫星热点经核查为森林火灾的比例仅为29.3%［2］。

卫星热点火情监测系统虽然能探测到地面的高温热源，但不能区分热源类型及其危险程度，在实际工作中，需要假设卫星提供的每一个热点都是可能引起林火的高温热源，都需要按照国家林业局的要求，在2～24h内，将地面核查到的情况反馈到国家林业局防火指挥部办公室。这导致林业基层单位投入人员、时间和经费进行地面核实后，很多的卫星热点并不是森林火灾，浪费了大量的资源，增大了林火管理的成本。这一问题在林区地形崎岖、农林交错的云南省尤为突出。

因此，有必要进行卫星林火监测热点预警模型的研究，通过该模型，实现热点危险等级的预警，以方便林业基层单位集中人力和物力，优先处置最为危险的热点，之后再处置面积小、危险性低、发展态势受限的热点，提高地面核查的效率。

1 原理与方法

中国《森林防火条例》中规定了森林火灾大小等级分类标准，并规定省、自治区、直辖市人民政府森林防火指挥机构应当立即报告国家森林防火指挥机构，由国家森林防火指挥机构按照规定报告国务院的“八种火灾”。各省区市辖市制定的森林防火条例中，对州市级防火指挥机构应当立即报告省人民政府森林防火指挥机构办公室的火灾也进行了明确。这些规定体现了森林火灾的危险级别与森林火灾发生地点所在行政区划、林区类别和面积、附近设施分布等因素有关。卫星林火热点是可能引起森林火灾的地面热源点或其本身就是森林火灾，其危险级别与森林火灾的危险级别是相同的。我们参照国家林业局及各省区关于森林火情上报的规定，制定卫星热点的危险等级的分级标准，对标准进行量化，建立卫星林火监测热点分级预警模型，并制作对应的地理信息数据图层，利用地理信息系统空间分析功能，实现热点分级模型的计算。

2 辅助决策支持模型的建立

2.1 获取地面参考信息的空间数据

2.1.1 行政区划、道路交通、居民区电子地图采集

从国家基础地理信息系统中下载全国1∶400万基础空间数据库，该库包含中国国界、省界、州市界、县界、地市级以上居民地、三级以上河流、主要公路和主要铁路等空间数据。以县级行政区挂图为数据源，在省、州、县的行政界线上，再添加采集乡行政区划图。

2.1.2 热点分级基础数据库制作

收集与整理森林类型分布图层、保护地分布图层、天然林保护工程区图层、城市面山区图层、居民区、重要设施、国界线5km缓冲区、行政区界限1km缓冲区、道路100m缓冲区等图层。这些资料，标准不一，格式不一，精度不一，需经整合改造，使其具备统一的技术标准、统一的时空架构、统一的信息分类编码体系、统一的信息资源目录体系，并进行数据库入库，构建热点分级基础数据库。

2.2 热点预警模型

2.2.1 分级预警模型的分级标准

森林火灾危险程度与火灾发生地所在行政区划、火场附近居民区和重要设施分布、火场周边生态敏感区、森林类别、连续分布的森林面积等因素有关。依据国家《森林法》、国务院《森林防火条例》和《云南省森林消防条例》等有关规定，结合作者实际工作经验，首先根据森林类型、面积、起源、保护级别、居民区或重要设施分布等信息，将林区划分为极重点林区、重点林区、一般林区和非林区，并在此基础之上，根据卫星林火热点与不同林区的位置关系，将卫星热点的危险等级分为4个等级：一般热点、重要热点、危险热点和极度危险热点。

表1 林区划分表

表2 热点分级表

2.2.2 卫星热点的报准半径的确定

热点的报准半径指的是统计意义下的预报点与实测点的距离估计值。受到传感器空间分辨率的限制，及成像过程中大气密度差、地形起伏、地球自转的外部因素引起的和热点识别精度、卫星图像配准精度等处理过程引起的几何畸变的影响，卫星监测热点的空间定位误差常常达几公里。报准半径在不同的地区由于地形复杂程度上的差异而有所差异，黄甫则，周汝良等［2］利用云南省2004－2005年预报火点与实际火场经纬度数据建立了样本数据，使用正态小样本的统计模型对报准半径进行了估计，统计数据的结果表明，在云南省卫星热点的监测中，热点报准半径为2593m。本研究中，林火监测热点分级预警模型所用报准半径采用该研究结果。

2.3 分级预警模型的计算

模型的计算利用Arcgis的二次开发组件ArcEngine，用C＃语言编码实现。主要计算流程如下：

①依据热点坐标数据和卫星热点的报准半径，生成由圆构成的地图层Circles，作为核查区域；

②将Circles与林区电子地图进行叠加分析（Intersect），得到每个圆（核查区域）要素地理范围内林区属性数据；Intersect操作是进行多边形叠合，输出层为保留原来两个输入图层的共同多边形。

③读取林区属性值并根据‘表1林区划分表’，计算圆（核查区域）范围内林区的类别；根据‘表2热点分级表’，计算该卫星热点的危险级别。

计算流程图如图1所示。

图1 分级预警模型计算流程图

2.4 处置决策方法

根据我国森林防火工作组织机构的组成情况，分级预警系统的决策管理按照不同的热点预警级别给出不同的核查处理意见。（1）一般热点：县级防火办通知乡林业站，由林业站通知村委会组织人员负责核实，乡林业站为核查责任人。（2）重要热点：县级防火办通知乡政府，由乡政府组织乡林业站组织人员负责核实，乡政府为核查责任人；并在县级防火办的统筹安排下，乡镇民兵应急扑火队做好扑救准备工作。（3）危险热点：县级防火办通知乡政府，县防火办值班人员负责督促乡镇工作人员对火点周围1～3km范围内进行全面核查，并做好扑救准备工作；县防火办值班人员为核查责任人，在核查过程中如存在火情，应及时向带班领导或县级防火办领导汇报，采取扑救措施。（4）极度危险热点：县级防火办带班领导组织人员核查，并及时落实该火点的核查反馈情况；县防火办值班领导为核查责任人，存在火情时，应及时向州市级或省级防火办汇报，调动各类扑火队在第一时间直接处置，并做好需要上级扑火力量进行支援的申请。

3 模型的应用

该模型被应用于“云南省森林火灾扑救指挥GIS系统”中，作为“热点预警处理”功能模块的核心算法。模型辅助林业基层工作人员进行热点的分级预警并生成预警报告，并与具有详细森林分布、地物和地貌信息的电子地图、电子沙盘叠加，规划可行的地面核查路线、地面观测点，以提高林火热点核查的工作效率。如图2，为查询到一个2014年3月12日发布的编号为YN－36的东经104.0161°，北纬25.74926°的位于沾益县境内的一个林火热点。以热点经纬度为中心，报准半径为半径的圆内为核查范围。利用研制的“热点分级预警模型”进行运算，得到以下结论：该热点核查范围位于沾益县白水乡、播乐乡两乡交界处，核查区域内没有连续面积超过1000hm2的林区但与重点林区相交，属于“危险热点”。系统将模型运算所得结果信息制成《热点预警报告》，如图2右下角所示。

图2 林火热点分级预警报告

4 结论与讨论

每个卫星林火热点属于森林火灾的可能性是不一样的；不同区域发生的森林火灾，其潜在危险程度也是不同的。林区地形崎岖，交通不便，农林交错严重的云南省，卫星热点属于林火的比例较低，而野外热点核查的人力成本、时间成本都较高。因此，利用GIS技术，研究卫星林火热点的分级预警模型，对于指导林业基层单位对林火热点危险程度进行合理分级，合理调配有限的人力物力资源，及时处置危险程度高的热点，降低林火管理成本具有重要的意义。

本林火热点分级预警模型主要考虑了热点周边林区经济、生态价值的高低，对影响林火蔓延速度的因素尚未纳入，这是该模型下一步需要完善和深入研究的一个方向。

［1］ 舒立福，周汝良.森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术［M］.昆明：云南科技出版社，2012.

［2］ 黄甫则，周汝良，叶江霞，丁琨.利用卫星热点测报森林火灾的报准率统计分析［J］.林业调查规划.2012.37（2）：65－68.