3S技術在森林防火中的應用

吳碧軍+陳開偉

摘 要 從近年來我國森林火災的發展動態來看，森林火災預防工作面臨嚴峻的形勢，林業部門需要積極應用先進技術，以便加強火災分析與決策管理。隨著全球定位系統（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統（GIS）技術的有機融合，3S技術在森林防火中發揮著越來越重要的作用。應用3S技術可以快速定位火點，對火勢進行動態管理，提高信息傳輸效率，實現對森林火災的有效控制。

關鍵詞 3S技術；森林防火；應用

中圖分類號：S762.3 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2014）11--3

森林是生態系統的重要組成部分，也是人類寶貴的財富和資源。森林火災直接危害林木資源和生態環境，甚至使人民生命財產遭受損失，而且森林火災不僅影響范圍大，施救難度也很大。我國森林覆蓋率遠低于世界平均水平，森林資源供應緊張，特別是新時期我國林業經濟正處于轉型發展，重點國有林區停止天然林商業性采伐、大力開展生態林業建設也將帶來林業資源總量和結構的改善。在此過程中，加強森林資源保護、預防森林火災的發生不容忽視。由于森林火災的發生是多種因素共同作用的結果，很多火災更是由于人類用火不善引發，所以森林防火管理工作也面臨巨大挑戰。林業部門需要積極防患于未然，應用先進技術解決人工管理的不足，加強火災分析，確保對火災的有效控制。隨著全球定位系統（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統（GIS）技術的有機融合，3S技術在森林防火工作中扮演著越來越重要的角色[1]。3S技術不僅能夠迅速對火點進行定位，還可以預測火勢蔓延情況，促進指揮部與火場之間的信息交流，為科學決策提供支持，目前3S技術已成為森林防火的重要研究領域。

1 森林防火工作現狀

森林火災的發生不僅會燒毀林木資源，破壞森林的生態結構，更給人民生命財產帶來威脅，使生態環境遭受破壞，其損失尤為嚴重，所以森林火災也被認為是社會經濟發展中破壞性最大的自然災害之一。如何防止森林火災的發生、及時發現森林火災并開展有效的救援工作成為林業部門的一項重要任務。目前，我國森林防火工作形勢仍然十分嚴峻。

首先，森林防火本身難度較大。我國森林資源主要分布在郊區、山區等人口密度小、地形復雜的區域，或是山巒迭起，或是地形起伏巨大，單純依靠人工進行森林火災監測已不能滿足管理的需求。由于森林覆蓋面大，火災一旦發生，火勢會迅速蔓延，如果不能在短時間內控制火情，其損失往往難以估計。所以受地理條件的限制，森林防火的任務本身就非常艱巨。其次，從近年來我國火災情況統計來看，森林火災的發生開始呈現新的特點[2]。原先我國將春季和秋季作為主要防火季，但近幾年夏季也出現火災多發的現象，如西南和東北地區夏季火災次數也較多，春、夏、秋季已連成較長的防火期。特別是在全球氣候變暖的影響下，火災的發生日趨頻繁。另外隨著林業經濟的轉型，林區可燃物增加，人類活動不善更是成為森林火災發生的重要原因。因此，針對森林火災的突發性、損失的嚴重性、救援的緊迫性，決策者需要采用先進的科學技術來提高自身的判斷能力和現場指揮能力。隨著科技水平的提高，全球定位技術、遙感技術、地理信息系統技術的綜合應用成為森林防火管理的發展趨勢。

2 3S技術在森林防火中應用的重要性

隨著科技的日新月異，將GPS、RS、GIS三者結合起來的3S一體化技術已展現出廣闊的應用前景。GPS、RS、GIS三種技術的有機融合可以構成一個強大的技術體系，實現對空間與環境信息的快速收集、分析、處理，因而在森林火災預防管理中的應用具有重要意義。

GPS即全球定位系統，其優勢在于快速、準確地對地球表面的任何地點進行定位。借助地理信息系統的支持，車載GPS可以在電子地圖上獲得實時的路線信息，并開展漫游查詢。而且GPS也可用于修正地理信息系統的數據，GPS通過將采集、更新后的數據傳入電子地圖，能夠對原有的數據加以核實和修正，并生成專題圖，為森林火災的計算和評估工作提供依據。所以在森林火災預防中，GPS的應用有助于迅速、精準地定位火點，科學指揮滅火車輛。

RS是指無需接觸的遠距離探測技術，其優勢在于探測范圍廣，不易受各種地面條件的限制，因而在林業、水紋、氣象、測繪等領域中具有重要價值。氣象遙感衛星接收系統可根據用戶需求，在設定的范圍內生成區域投影數據集，為森林火災的監測提供幫助，如生成火災圖像、植被指數、地表亮度的圖像，這些都是火災預防和救援決策的依據，而且該系統可實時接收和處理衛星發送的高分辨率資料，以便于對森林火災的監測[3]。盡管RS在精準定位方面存在一定不足，但可以通過RS與GPS技術的結合來彌補。

GIS是地理信息系統與互聯網技術結合而誕生的一種新型技術方法，它能夠幫助人們尋找所需的地理空間數據和圖像，并進行地理空間分析。森林防火系統可借助不同的信息源及時發現火情，如人工巡視結果、衛星監測系統、瞭望塔等，然后通過地理信息系統實時發布火災信息，輔助火災動態分析和決策。而且火災信息錄入數據庫后，還可用于災后評估。

目前，3S技術已發展為有機整體，全球定位系統可快速提供準確的地理位置信息，遙感可實時捕捉環境變化數據，在發揮各自技術優勢的基礎上，通過技術集成，能夠形成高度智能化的地理信息系統，有效解決森林防火工作中的各種復雜問題，增強森林防火的前瞻性和主動性。

3 3S技術在森林防火工作中的應用

由于森林火災的發生具有復雜性和多變性，單純依靠人工進行火災預防和決策管理存在較大難度。對此，林業部門應借助先進的技術支持，充分發揮3S技術在森林防火中的作用。

3.1 GPS技術在森林防火中的應用

GPS技術在森林防火工作中能夠充分發揮精準定位的優勢，利用衛星的測量和導航功能，快速精準地確定目標的地理位置坐標，其靈敏度高，定位速度快，遮蔽性能強，操作簡便，不受地形因素的影響，便于實時提供導航信息，而且海陸空不同領域都可以應用GPS。endprint

飛機上安裝GPS后，飛行過程無需再隨時對照地圖檢查航跡，而是將注意力集中在對森林火災的監測，觀察火場情況。飛機可根據GPS提供的定位信息隨時改變飛行方向，提高飛行效率，迅速到達火場，開展救援活動。通過導航定位指導，飛機對火場精準定位后，可與其他滅火飛機協同作戰，準確完成空投、索滑降、化滅等空中支援任務，不受氣候條件的影響。特別對于燃燒范圍較大的情況，GPS可經過數次定位，將火點標識在地圖上，形成閉合曲線，進而計算燃燒面積。救援過程中，如遇地理環境復雜的地區，救援人員可借助GPS支持選擇最佳路徑，防止迷失方向。

GPS與RS、GIS的聯合使用可進一步提高作戰指揮水平。在GPS的支持下，使用RS和GIS技術可實現對機動設備的跟蹤定位。GPS與GIS的結合，可以測定森林火災地理位置或燃燒區域的邊界位置，數據傳輸到地理信息系統后生成各類地物。將GPS安裝到滅火交通工具及通訊設備后，救援路線可隨時反饋到地理信息系統，并實時、動態顯示到遙感圖像上，使指揮者明確救援行動的具體位置，及時進行人員調配。

3.2 RS技術在森林防火中的應用

在森林防火工作中，傳統的信息表達是以文字、數據、圖表為基礎，檢索主要是針對文本進行。隨著森林防火技術水平的提高，圖像信息應用呈現出快速增長的趨勢，例如衛星圖片、數字地圖、雷達成像等，因此對圖像的檢索需求也更加突出。近年來，森林火災的發生除與自然因素有關外，還與人為因素有著緊密的關聯，焚燒枯枝、野草，野外違規用火等行為都可能導致森林火災的發生。衛星遙感可通過高分辨率紅外和可見光掃描儀，實現大范圍、短時間間隔的監測，因而能夠隨時發現火情，并顯示與之相關的地理位置。其圖像信息效果逼真、色彩豐富，所以RS技術在森林火災的預報、監測及評估方面具有重要應用價值。

傳統的瞭望方法往往不能準確提供火源的地理位置坐標，RS與GIS的結合可以準確獲得地理位置信息，方便救援人員在較短的時間內確定火源，而且較低的遙感成像精度就能夠明確火災位置，但如果低精度圖像難以提供救援人員到達火場的最佳路徑，就要借助GIS和GPS的支持。目前，對森林火災的預測基本都是建立在GPS、RS、GIS以及計算機網絡信息系統上，例如，專家運用GPS進行火場面積測量，運用GIS進行空間分析并提取環境因子，再利用VLBP神經網絡加以訓練，建立林火風險預測方程和模型，林火預測能力也隨之提升。當火災發生后，利用遙感技術可以迅速將火災信息傳遞到指揮部，而且針對森林火災監測中的盲區問題，應用衛星遙感和GIS進行數據統計分析，將有效解決上述問題，使森林火災監測能力大幅提高。另外森林火災發生后對火災原因的分析、受害面積的測定、損失情況測算等調查評價工作也可借助RS技術實現，如通過衛星通道的紅外短波窗區檢測火場地面的高溫熱源，進而分析火災的發展規律。

3.3 GIS技術在森林防火中的應用

目前，對火點定位主要依靠衛星圖像和GPS實現，但森林火災的發生具有隨機性，使用遙感衛星監測需要在短時間內不斷提供影像，所以民用方面動態實時監控尚存在一定困難。另外遙感圖像定位更多地用于較大范圍的火災監測，我國南方的小型火災會受到衛星分辨率的限制，而基層林業部門的信息化水平也有待提高，當前還沒有實現每個護林員都配備GPS接收機。在火勢蔓延分析方面，緊靠個人經驗進行分析，很難保證判斷的準確性和科學性，同時也會增加火災決策的風險。GIS技術的應用對以上問題的解決尤為重要。

在火災決策方面，當火災發生時，GIS可依據空間數據，計算距離火點最近的道路、水源、救援隊伍，對可能受到破壞的建筑物、居民點等需要保護的對象做出預警，幫助指揮者對森林滅火工作進行部署。火勢蔓延也有一定的規律，經過專家多年的研究發現，森林火災因地形、植被、風速、風向的不同，蔓延的形狀也有所區別。火勢蔓延主要受當日最高溫度、中午風力、風向、可燃物類型、坡度等因素的影響，通過收集相關數據，可實現對火勢蔓延的提前預測，生成火場發展形勢圖，并借助GIS直觀地表現。此外對于森林火災損失面積、蓄積的分析評估可以為林業部門清理火場、制定森林恢復措施提供決策依據。

3S技術現已在多個領域體現出技術優勢，并為森林防火工作提供了重要的技術支持。森林蘊含寶貴的自然資源，火災的發生將會使森林資源遭受嚴重損失，給生態環境帶來危害。由于人工看護的覆蓋范圍有限，加之近年來我國森林防火形勢日益嚴峻，因此，林業部門應積極開展推動3S技術的推廣，促進我國林業的健康發展。

參考文獻

[1]杜子春.網絡信息技術在森林防火管理中的應用[J].電子世界，2014（8）.

[2]金朝. GPS導航技術在森林防火中的應用[J].科技信息，2013（1）.

[3]周全. GIS技術在森林防火管理中的應用研究[J].數字技術與應用，2012（10）.

（責任編輯：趙中正）endprint