圣母院主体结构被“拯救”。

文章作者:管理一号 | 2019-04-17
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最近,全球各地屡次发作火灾。就比方今日刷屏朋友圈和热搜榜的#巴黎圣母院大火#,令人痛心怅惘。

当地时间15日黄昏,北京时间16日清晨,有800多年前史的法国巴黎圣母院突发火灾,大火焚烧强烈,现场浓烟滚滚,圣母院的塔尖崩塌。现在,火势已趋于稳定,消防员称,圣母院主体结构被“解救”。

现场画面↓

 

巴黎圣母院标志性塔尖崩塌(图片来历央视新闻)

面临火灾,你可知道天上有许多‘千里眼’能够监测火情?这些‘千里眼’其实便是遥感卫星。遥感卫星以其大面积、高时效、受限条件少等优势,能够有用地监测火点的发作,对相应的监管和补救进行预警,对政府的监控和办理具有十分重要的含义。

远隔千里,遥感卫星怎么发现地上火点

地球表面上的全部物体, 如土地、水体、森林、牧场、农作物、空气等, 因其具有不同的温度和不同的物理化学性质,处于不同状况, 因而它们具有不同的波谱特性, 会向外界辐射不同波长的电磁波。

图3 遥感技术原理示意图

植被在没有焚烧时, 植被及地被物宣布的辐射称为布景辐射。植被焚烧时首要辐射源是火焰和具有较高温度的碳化物。运用布景辐射和植被焚烧时辐射的差异, 能够从卫星遥感信息中即时发现火情, 并监测焚烧状况和延伸趋势。

在森林或许秸秆有火情发作时,过火区域因为植被遭到损坏,期光谱不再具有正常植被的特征,近红外波段反射率下降,在短波红外波段因为短少植被冠层掩盖,下降了湿度,反射率有所增加;而正常植被在短波红外波段因为叶片水分的吸收效果,常构成吸收谷。

过火区域和未过火区域在近红外和短波红外两个波段构成显着差异,因而常用这两个波段来杰出火点的发作。

因为过火区域的亮度温度有所增加,因而也有研讨将热红外波段参加进来一起监测火点。图4显现的是Landsat8卫星图画上火点和非火点的光谱曲线。A图显现的三个不同火点的光谱曲线,能够看出在波段6和波段7两个短波红外波段的数值显着高于其他波段,而在B图中显现的其他地物则没有这种现象。便是经过此种差异,加上卫星热波段的不同,来一起监测火点。

图4 火点和非火点地物光谱曲线(A图为火点的光谱曲线、B图为非火点地物的光谱曲线)

全球火点监测中必不可少的手法

遥感卫星特有的光谱特性以及周期重复等特色,使得能够及时精确的发现并符号火点,供给具体的火点方位,大大下降人工参加本钱。现在卫星遥感监测手法现已成为全球火灾监测中必不可少的手法,在全球大面积火点监测中发挥着反常重要的效果。

森林火灾

森林火灾是一种极端杂乱的自然现象,其发作具有随机性、普遍性和必定性的特色。受可燃物类型、火环境以及火源条件等要素归纳影响,现在还无法做到对林火发作开展的精确猜测。可是经过遥感等手法能够快速精确发现林火、盯梢林火行为和状况。

图5展现的2017年5月17日发作在大兴安岭那吉林场的火灾,遥感卫星所检测出的火点,四幅图分别是从2017年5月17日火灾发作一直到5月20火情根本熄灭,遥感卫星印象上发现火点的方位。

图5 2017年5月17日到5月20日遥感监测的大兴安岭那吉林场的火点状况

从中能够看出,因为火点的高温特色,即使在有云雾遮挡的状况下,仍然能够发现火点的状况。

图6展现的是运用2017年5月18日短波红外组成的那吉林场火场的状况,能够清楚看出前方的方位,以及火烧迹地的规模。

图6 2017年5月18日运用短波红外组成的那吉林场火烧状况的假彩色图

秸秆焚烧

传统的秸秆焚烧监测,首要是人为参加式实地查询办法,尽管能够精确地丈量焚烧区,可是需求消耗很多的人力、物力和财力且查询规模适当有限,时效性遭到很大的约束。

而以遥感卫星数据为根底的热源勘探办法,能够快速生成大片区域的查询报告。图7展现的是2017年10月份运用遥感短波红外组成的哈尔滨区域的假彩色图,图中出现橙色或许赤色的区域就为秸秆焚烧的名火点,部分还具有蓝色的烟柱,从中出现出哈尔滨该区域的秸秆焚烧的状况。

图7 哈尔滨区域遥感假彩色图,能够看出有很多秸秆焚烧点(卫星数据:Landsat-8)

从该遥感图画中能够很简单提取出火点,图画自身也能够作为底图进行佐证。经过遥感卫星,能够快速有用地检测出这些火点,及时警报,以便办理部门进行有用的监管。

监测地表火点的卫星“天团”

国际上最早被用于高温方针监测的卫星包含美国航空航天办理局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的地球同步事务环境卫星(Geostationary Operational Environmental Satellite, GOES),以及美国海洋与大气办理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的极轨卫星。

两个卫星系列规划的首要意图是供给环境和气候的事务化监测,其搭载的中红外通道(3.7~4μm)和热红外通道(10~11μm)可被用于监测火点。从上世纪 80 年代初至今,已积累了近 30 年接连的区域及全球火点散布数据,被广泛用于森林火灾的监测与预警、生物质焚烧排放预算以及生态及气候影响评价。

搭载在Terra和Aqua卫星上的MODIS传感器是现在广泛运用的用于出产火点产品数据的传感器。2011年NASA与NOAA发射了后续的NPP卫星。NPP卫星上搭载了可见光红外成像仪,它能够搜集陆地、大气、冰层和海洋在可见光和红外波段的辐射图画,是MODIS中分辨率成像光谱仪的后续改善产品。其火点产品地上分辨率达375米。VIIRS可见光红外成像辐射仪产品的时间分辨率比较高,每天都过境。此外,我国的风云卫星也具有红外观测才能。

上述卫星的空间分辨率归于中低分辨率卫星领域。

以Landsat-8为代表的中等分辨率陆地资源卫星是另一类合适监测地表火点与高温点的卫星。这类卫星具有较高地上分辨率的短波红外波段。短波红外对600K-1500K的地表温度十分灵敏。而秸秆焚烧的温度在600K-800K之间,正好落在短波红外的灵敏区间内。运用这种中等分辨率卫星数据能够对小的火点(如田间秸秆焚烧的火点)进行监测。

 

图8 Landsat-8遥感卫星

但凡具有短波红外波段的卫星,都具有监测火点的才能,现在首要有Landsat-8(短波红外地表分辨率30米)、我国资源一号04星(短波红外分辨率40米)、Sentinel-2卫星(短波红外分辨率20米)等。这些数据的地表分辨率远高于传统MODIS数据。火点数据有很高的地舆定位精度。从这类卫星上提取的火点数据能够精准地定位到田间地头,不仅仅能够及时发现火点的方位,也能对后续的办理追责起到重要的信息支撑效果。

中科院遥感与数字地球所杨进团队,依据森林火灾和秸秆焚烧火点的特色,归纳运用中低分辨率的遥感数据,进行火情的监测。低空间分辨率的遥感卫星具有较短的重访周期,能够生成一天屡次的火点监测产品,大大提高了大规模火点监测的频率;而关于较小精密的火点,运用中分辨率数据进行实时剖析,及时监测如秸秆焚烧等细小火点。

结合多颗遥感卫星,能够大幅度提高地表火点的监测水平,以满意监管部门的需求。现在现已开发了一个供给在线火点查询效劳的网站(http://satsee.radi.ac.cn:8080/index.html)。图9展现的是该体系监测到某区域秸秆焚烧的状况。

图9 某村落邻近农田秸秆焚烧状况

未来……

在国家中长期民用空间根底设施规划中,估计到2025年,我国将发射三十多颗气候、环保、资源遥感卫星与高性能停止轨迹气候卫星。卫星对地上成像才能大大提高,对需求监测的区域完成高频次的观测,观测频次能够完成几十分钟一次。

到时将树立一星多用、多星组网、多网协同、数据集成效劳的相关机制。卫星数据运用的广泛度、遍及度与使用深度将远超过当时,遥感卫星将真实成为监督火点的“火眼金睛”。

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