四川森林火災(zāi)救援中空間信息技術(shù)的應(yīng)用

2020年3月底，四川省涼山州木里縣和西昌市相繼發(fā)生森林火災(zāi)，火勢(shì)蔓延迅速，給救援工作造成了困難，威脅當(dāng)?shù)鼐用裆拓?cái)產(chǎn)安全。災(zāi)情發(fā)生后，空間信息技術(shù)緊急馳援火災(zāi)救援工作，衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信、北斗手持終端等各顯神通。

衛(wèi)星遙感：嚴(yán)密監(jiān)測(cè)火場(chǎng)動(dòng)態(tài)

衛(wèi)星遙感以其動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、更新速度快、覆蓋面積大等特點(diǎn)，已成為森林火災(zāi)預(yù)警、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和災(zāi)后評(píng)估的重要數(shù)據(jù)來源。此次四川木里、西昌森林火災(zāi)救援工作中，多源遙感衛(wèi)星為及時(shí)了解火情和安排部署救援工作提供了有力支撐。

自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心啟動(dòng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)，安排衛(wèi)星拍攝計(jì)劃，連續(xù)獲取3月30日至4月1日高分四號(hào)衛(wèi)星中紅外數(shù)據(jù)，對(duì)火情變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。如圖1所示，西昌市森林火災(zāi)在3月30日下午逐漸擴(kuò)大，31日上午火情受到控制，31日下午火情突然發(fā)生變化，火場(chǎng)迅速擴(kuò)大，至4月1日中午逐步得到控制。同時(shí)，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生區(qū)位，利用高分一號(hào)、高分二號(hào)、資源三號(hào)等衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，提取機(jī)動(dòng)車道與山間小路，編制災(zāi)區(qū)道路通達(dá)性示意圖（圖2），為滅火救災(zāi)路線規(guī)劃提供參考。

圖1 基于高分四號(hào)衛(wèi)星影像的西昌市森林火災(zāi)火場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)圖

圖2 木里縣森林火災(zāi)區(qū)域道路通達(dá)性示意圖

中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心調(diào)集高分一號(hào)、高分四號(hào)、高分六號(hào)等6顆高分辨率衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行成像，獲得火點(diǎn)區(qū)域分鐘級(jí)圖像數(shù)據(jù)，為救援提供決策支撐。截至4月3日，已安排衛(wèi)星成像38次，為應(yīng)急管理部等相關(guān)部門提供衛(wèi)星圖像120幅。圖3是3月29日高分四號(hào)衛(wèi)星拍攝的木里縣及周邊影像，圖中可以清晰看出火災(zāi)煙霧蔓延的區(qū)域。

圖3 高分四號(hào)衛(wèi)星拍攝的木里縣及周邊影像

國(guó)家衛(wèi)星氣象中心綜合利用風(fēng)云三號(hào)、風(fēng)云四號(hào)、高分四號(hào)等衛(wèi)星資料對(duì)森林火災(zāi)開展監(jiān)測(cè)評(píng)估工作，實(shí)時(shí)向相關(guān)行業(yè)部門共享火情監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。圖4是利用風(fēng)云四號(hào)A星影像制作的火情監(jiān)測(cè)圖，3月31日9時(shí)木里火場(chǎng)有三處明顯的明火區(qū)，其面積約2km2，西昌火場(chǎng)明火面積約0.2 km2，火點(diǎn)上空的煙霧朝北偏東方向飄散。

圖4 風(fēng)云四號(hào)A星火情監(jiān)測(cè)圖

夜光遙感可獲取無云條件下地表發(fā)射的可見光-近紅外電磁波信息，可用于監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)。3月31日23點(diǎn)16分，吉林一號(hào)視頻07星對(duì)木里縣火點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行夜光影像拍攝。如圖5所示，通過與白天拍攝的真彩色影像對(duì)比可以看出，該區(qū)域有火點(diǎn)仍未被撲滅。

圖5 吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝的木里縣真彩色影像與夜光影像對(duì)比圖

在災(zāi)后評(píng)估方面，衛(wèi)星遙感也發(fā)揮了重要作用。植被指數(shù)（NDVI）是兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的地物反射率組合運(yùn)算，以增強(qiáng)植被某一特性或者細(xì)節(jié)。珠海歐比特宇航科技股份有限公司通過對(duì)比西昌森林火災(zāi)區(qū)域3月15日哨兵衛(wèi)星（Sentinel）數(shù)據(jù)與3月31日珠海一號(hào)OHS高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過柵格計(jì)算后得出NDVI差值計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)前后燃燒的植被區(qū)域。如圖6所示，紅色區(qū)域表示受災(zāi)情況較為嚴(yán)重，綠色區(qū)域表示未受到火災(zāi)影響。

圖6 西昌森林火災(zāi)前后植被指數(shù)差值計(jì)算結(jié)果

火災(zāi)后產(chǎn)生的大氣污染物會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人民生活造成嚴(yán)重的影響。武漢珈和科技有限公司通過哨兵-5P衛(wèi)星（Sentinel-5P）分別對(duì)火災(zāi)后涼山州NO2和CO含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從圖7可以看出，火點(diǎn)及其周邊的NO2和CO含量遠(yuǎn)高于其他地方，對(duì)空氣質(zhì)量有很大影響。

圖7 涼山州森林火災(zāi)后大氣污染物含量監(jiān)測(cè)圖（圖片來源：武漢珈和科技有限公司）

衛(wèi)星通信：全力保障應(yīng)急通信

此次火場(chǎng)海拔高、地勢(shì)陡峭，地面信號(hào)覆蓋較差。大火損壞了部分基站、光纜等地面基礎(chǔ)通信設(shè)施，造成部分區(qū)域3G/4G地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間中斷。衛(wèi)星通信可滿足搶險(xiǎn)指揮通信需求，加強(qiáng)對(duì)火場(chǎng)形勢(shì)的分析研判。

災(zāi)情發(fā)生后，四川電信、四川移動(dòng)、四川聯(lián)通等電信運(yùn)營(yíng)商快速響應(yīng)，調(diào)集應(yīng)急保障人員、應(yīng)急通信車、衛(wèi)星電話、Ka衛(wèi)星便攜站等趕赴現(xiàn)場(chǎng)，開通衛(wèi)星應(yīng)急基站，為現(xiàn)場(chǎng)指揮部提供充分及時(shí)的通信保障。同時(shí)，在指揮部設(shè)置便民服務(wù)點(diǎn)，提供衛(wèi)星電話、寬帶接入等服務(wù)，為搶險(xiǎn)救災(zāi)隊(duì)伍提供全方位的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)保障。

北京航天科工世紀(jì)衛(wèi)星科技有限公司交付四川移動(dòng)2輛靜中通衛(wèi)星通信車和1輛系留無人機(jī)高空基站保障車，緊急搭建衛(wèi)星鏈路，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)GSM、4G信號(hào)覆蓋及衛(wèi)星電話通信。航天恒星科技有限公司的國(guó)產(chǎn)Anovo高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)與裝備采用Ka/Ku雙頻段組合的方式，提升了通信鏈路的可靠性與穩(wěn)定性，為現(xiàn)場(chǎng)指揮部人員提供了速率可達(dá)20Mbit/s的高速互聯(lián)網(wǎng)接入和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（圖8）。

圖8 國(guó)產(chǎn)Anovo高通量衛(wèi)星通信便攜站

中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)衛(wèi)通）交付中國(guó)電信四川機(jī)動(dòng)通信局的高通量Ka衛(wèi)星站，利用中星十六號(hào)寬帶衛(wèi)星，打通電信4G應(yīng)急基站與電信核心網(wǎng)絡(luò)的星地鏈路并開通4G服務(wù)。同時(shí)，中國(guó)衛(wèi)通整合調(diào)用中星6A衛(wèi)星資源和主站系統(tǒng)，配置“中星易通”應(yīng)急服務(wù)平臺(tái)技術(shù)參數(shù)，通過“中星天地”平臺(tái)的設(shè)備供應(yīng)商，緊急調(diào)配數(shù)臺(tái)靈巧型衛(wèi)星便攜站奔赴火場(chǎng)。通過衛(wèi)星便攜站，為前線隊(duì)員手持音視頻采集終端提供網(wǎng)絡(luò)接入能力，確?，F(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)高清畫面能夠?qū)崟r(shí)回傳，助力救援行動(dòng)科學(xué)有序進(jìn)行。

北斗終端：精準(zhǔn)定位雙向互聯(lián)

2014年“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)家綜合減災(zāi)與應(yīng)急典型示范應(yīng)用工程”啟動(dòng)實(shí)施，推動(dòng)了北斗系統(tǒng)在國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)中的規(guī)?；ㄔO(shè)應(yīng)用?；诒倍废到y(tǒng)實(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、短報(bào)文通信四項(xiàng)基本功能服務(wù)，災(zāi)害發(fā)生后，可與災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援人員定向交互災(zāi)情動(dòng)態(tài)信息，利用北斗終端的短報(bào)文通信功能自動(dòng)位置報(bào)位及上報(bào)突發(fā)災(zāi)害信息和災(zāi)區(qū)救助信息，保障災(zāi)情“生命線”暢通。

此次火災(zāi)救援工作中，部分志愿者配備了北斗手持終端支援救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。利用北斗手持終端，可通過北斗系統(tǒng)高精度定位技術(shù)及短報(bào)文通信功能，助力一線救援人員及時(shí)掌握火情并做好個(gè)人防護(hù)、便于組織疏散當(dāng)?shù)厝巳?、加?qiáng)重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域場(chǎng)所的救援力量部署工作，確保救災(zāi)工作有序高效。

在這場(chǎng)與時(shí)間賽跑的救火行動(dòng)中，蒼穹利器再次大顯身手。可以預(yù)見，隨著衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的融合，空間信息技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛，有利于形成面向多災(zāi)種、全過程和多要素的立體監(jiān)測(cè)能力，進(jìn)而減少各類災(zāi)害造成的生命財(cái)產(chǎn)損失，提升國(guó)家綜合減災(zāi)業(yè)務(wù)應(yīng)用能力和管理水平。