人工智慧+衛星遙感 | 大地量子森林火災監測

2019 年 3 月 30 日，四川省涼山州木裡縣發生森林火災，著火點在海拔 3800 米左右，地形複雜、坡陡谷深，27名森林消防指戰員和 4 名地方幹部群眾在撲救中犧牲，火場總過火面積約 20 公頃。

2020年3月份，四川省發生森林草原火災42起，同比增加26起，增幅163%。特別是涼山州西昌市經久鄉森林火災，造成 19 名地方撲火人員犧牲、3 名地方撲火隊員重傷和部分民房燒燬，給人民群眾生命財產安全造成重大損失。

繼去年 “3·30” 之後時隔一年，涼山州再次發生撲救森林火災中人員重大傷亡，令人痛心，教訓極其深刻。森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害。目前，由於受到全球氣候異常的影響，我國許多地區高溫、乾旱、大風天氣增多，致使火險等級居高不下。四川省是林業大省，森林覆蓋率接近 40%，同時也是森林火災多發省份。因此，需要加強森林防火應急系統的研究和開發，提高預防和撲救森林火災的綜合能力， 將森林火災損失降到最小程度。

對森林火災進行及時、準確地監測和定位尤為重要。依靠地面人工和飛機進行森林火災的監測，不僅費用高，而且由於監測範圍有限，存在著眾多的監測盲區，更無法實現常態化監測。大地量子將遙感＋AI 技術應用於森林火災的預警、動態監測和災後評估中，以其更新速度快、覆蓋面積大等特點成為森林火災預防和監測的重要手段。

林草地圖

針對林地面積大、森林型別多樣化的特點，大地量子利用衛星遙感＋AI 技術，採用米級和亞米級高解析度衛星對目標區域進行林地資訊採集。透過衛星影像精校正系統對影像進行預處理， 結合專業化的解譯和判讀技術對林區地物資訊進行提取和分類。著重將森林和草地兩種林地資源進行高精度分類，並提供林草資源動態監測調查報告和季度林地變化檢測報告。

大地量子利用基於時序模型的分類演算法，對衛星遙感影像進行分類處理，得到森林、草地等林地資源的分佈情況。下圖為 2020 年第 1 季度木裡藏族自治縣項腳蒙古族鄉的森林分佈情況，森林面積共 110。432 平方千米。

2020 年第 1 季度木裡藏族自治縣項腳蒙古族鄉森林分佈火點位置監測

在衛星遙感資料中不同的電磁波譜範圍對溫度和地物型別有著不同的光譜響應，這也是利用衛星遙感資料進行火災應急監測、災後損失評估的基礎。

遙感火點判識的基本原理主要依靠溫度升高導致熱輻射增強，以及不同熱紅外通道增長幅度差異這兩個條件。自然界的不同物體由於自身溫度及物理化學性質的不同，它們具有不同的波譜特性。當物質燃燒時，主要的輻射源是火焰和具有較高溫度的碳化物、水蒸氣、煙等。

衛星林火監測演算法一般將火點按亮溫大小分為絕對火點與相對火點。絕對火點的識別是依據火點本身中紅外輻射特徵，而相對火點的識別則是依據火點輻射與背景輻射之間的差異。

大地量子的衛星火點報警正是應用了上述原理，利用不同波長熱輻射的差異性判定火點。若以物體未發生燃燒時的輻射為背景輻射，利用燃燒輻射與背景輻射的差異，可以從衛星遙感資料中火點位置和開始時間等重要資訊。

下圖為 2020 年 3 月 30 日木裡火災火點分析圖，可以看到當日 23 點實時火點數量為 57 個。

2020 年 3 月 30 日木裡縣森林火災的火點分析圖

大地量子的林火監測可連續跟蹤與監測森林火災發生與發展的動態過程並提供詳盡的災情資訊，如林火發生位置、發生與結束時間、火點數量、過火區域面積、承災體地物型別、天氣預報等。

過火面積監測

森林過火面積是指被火燒過的面積，不論火燒程度如何均屬於受災面積。過火面積是森林火災最基本的描述因子，同時也是林火應急響應等級評估的重要評估因子。過火面積能反映火災對森林植被的影響及其損失資訊，評價火災對生態環境的影響。衛星遙感具有成像週期短、覆蓋範圍廣的特點，非常適用於森林火災的監測和過火面積的估算。

森林火災發生後，其地物的光譜特徵與火災發生前相比顯然發生了明顯的變化，一般來說，由於地物部分或者全部被火燒燬，地物顏色將變深變暗，從而會導致在可見光波段的光譜反射率有明顯的下降。大地量子根據火災前後的植被覆蓋狀況進行對比，建立過火面積估算模型。透過本方法，大地量子估算出 2020 年木裡縣森林火災受影響區域面積約為 83。370 平方千米。

木裡縣 2020 年 4 月 9 日森林火災過火面積分析圖

小結

森林火災不易及時發現，一旦失去控制往往造成較大的後果。利用遙感衛星對森林火情進行大尺度、準實時、高頻次的常態化監測具有重大意義，不僅可以儘早發現火災，減輕災害影響；更能減輕防火人員工作壓力，減少不必要的犧牲和損失。

本案例包含的資料產品：

‧森林分佈地圖

‧森林火點報警

‧過火面積監測