運用地理信息系統技術進行森林防火的分析

張玲

（濟南市林場，山東 濟南 250000）

0 引言

全球資源日漸匱乏，森林是人類生存的基礎，森林一經發生火災便會燒死樹木、破壞森林，同時造成樹種的演替，弱化森林自身價值，為林區基礎設施和人員生命安全構成威脅。充分以地理信息系統技術為核心，助力森林防火工作推進，可顯著增強森林防火預測可靠性、火災撲救科學性，提升森林防火水平。森林防火工作作為一項復雜性工作，受多方面因素的影響，線下森林防火工作現狀不容忽視，應借力地理信息系統技術提高森林防火效率及質量。

1 地理信息系統技術及其用于森林防火的優勢

GIS 信息系統主要對地理信息進行收集、存儲、分析及管理，對空間信息的管理和分析是其優勢，主要兼容、存儲、管理和分析等計算機系統，作為分析和高效化處理海量數據通用技術。地理信息系統技術在實際應用進程中，需依靠計算機及軟件，對計算機系統存儲信息及數據進行整合分析，且將分析結果給予相應領域。目前，GIS 已在多個領域廣泛應用，且取得較佳成效，促進了我國經濟發展，特別在森林防火領域具有顯著優勢，為防火工作效率提升提供助力，保護我國森林資源。GIS 系統數據源主要通過實測、統計及衛星遙感數據轉換等，轉換為具有空間地理特征的信息，可實現處于火災發生之前，持續性提供火災發生背景和條件信息，有利于確定部分火災發生概率較高的區域、時段和危險程度，制定應對措施，減輕火災產生的損失；火災發生過程中，可充分利用地理信息技術，持續性監測火災進程和發展態勢，及時將相關信息反饋至防火撲救中心，有助于高效、及時組織相應救助活動；火災發生后可處于大范圍內實施高速反應，精準檢查地區內受損狀況，進行精準性評估，為現代化森林防火工作提供強有力的支撐。

2 森林防火工作現狀及問題分析

森林火災作為一種突發性強、發生面廣、破壞性大的自然災害，其燒毀大量林木時，嚴重威脅整個森林生態系統平衡，我國高度重視森林防火工作，對其提出相應的要求。據調研數據顯示，我國2020 年共發生森林火災1153 起，受害森林面積8526hm2，同比下降51%、27%，2021 年春季森林防火工作形勢嚴峻，1—2 月全國共發生森林火災329 起，2020 年同期相比增加79.8%，估測春防期間，部分區域內局部高溫、大風天氣增多，火險等級逐步提升，其實際防火存在問題體現在以下3個方面。

（1）GPS 火點定位技術的延時性。現下森林防火工作實施過程中，使用頻次較高的便為GPS，該技術雖然可捕捉火點，但由于其信息傳輸速度、加工處理的影響，人們獲知森林火災火點時，火情難以及時高效化控制，存在一定的延時醒，難以從本質層面將火災事故帶來的影響將至最小化，森林防火工作實際任務目標和成果難以凸顯。

（2）火情判定與控制缺乏穩定性。利用CPS 技術獲取的信息做出的火情判斷不僅存在上述延誤狀況，而且因火情持續性擴展和延伸，GPS 技術難以及時、高效捕捉和展示各類信息，因此當下森林管理人員判定火情和控制時，實際狀況缺乏穩定性，即便部分經驗豐富的人員可以憑借自身主觀經驗做出符合現場實際的判斷和決策，但其具有一定的偶然性，穩定性仍難以把控。

（3）火情現場模擬表現抽象性。地圖作為森林防火工作開展的導向，更是實施火災現場指揮和發布各類救援指令的參考，火災事故現場直觀、真實的仿真模擬程度，直接與森林管理人員制定科學、合理的救援決策息息相關，傳統二維平面地圖實際呈現形式難以直觀呈現森林地形、水文分布等地理信息，存在一定的抽象性。若現場相關人員對森林火災發生的地理實際狀況缺少熟悉度，難以制定最合理、最有效的決策[1]。

3 運用地理信息系統技術進行森林防火策略和方法

我國森林資源日漸匱乏，每年森林發生上萬次火災，產生嚴重的經濟損失，尤其是森林大火，其處于地形復雜、不利植被條件等因素，火勢蔓延速度快，短時間內無法撲滅，產生嚴重的損失。要在短周期內制定相應的撲救決策方案，控制整個火勢，對決策者提出新的要求，為最大程度減少火災帶來的損失，短時間內能確定決策方案，充分利用地理信息系統技術可實現該目標。

3.1 利用地理信息系統技術實現林區信息統一管理

林區存在大量信息時管理部門應動態化掌握，如植被分布狀況、經濟林面積、防火設施的分布等，可充分利用地理信息系統技術，構建完善的信息數據庫，建立不同的圖層實現對空間信息、屬性信息統一化管理，將內碼空間信息與屬性信息充分聯系和融合，方可精準性查詢具體的屬性信息，為后續日常和災時決策提供可靠的信息。為高質量完成森林防火工作，需依附日常基礎能力的建設，只有充分確保數據基礎儲備，方可保證森林火災發生時能及時決策。森林防火數據庫充分整合多方面信息，不僅包含基礎地理信息數據、專題地理信息數據，而且包含防火專題要素、重點關注要素等，可滿足日常管理和戰時應急基本需求。

3.2 森林防火應急儲備圖應用

完整、精準收集上述相關數據，將此類數據編制為相應的地圖，將其作為應急儲備用圖，發生火災時即可投入使用，提高整個救災效率，節省大量的救災時間。充分利用地理信息技術生成多個儲備圖，為后續森林防火工作的實施提供助力，主要包含以下幾方面：第一，地理現狀圖。充分將土地上覆蓋的各類要素，如林地、草地等相關資源，以及相關旅游景點、自然保護區等疊加至圖上，形成完整的地理現狀圖，為后續應急指揮過程中精準性判定火情發展主趨提供幫助，合理配置整個救援物資。第二，專題要素圖。專題防火資源圖主要是利用多個滅火基礎設施，危險源及敏感設施專題數據，形成完整的專題資源圖，為應急指揮提供使用[2]。

3.3 火災監測、預測和預報

森林火災實現全方位的監測、預測和預報，作為防火工作的關鍵，火災的發生除氣象因子的干擾外，還存在人為活動火源，所以需充分將其作為核心關鍵點，動態化監測可能導致火災的特征量，實現監測預報火災的目標。主要選取熱敏、氣敏傳感器監測火源，對森林火災進行跟蹤探測，達成火險的預報、預測火災。火險預報主要是以每天自身氣象基本要素氣溫、濕度、降水縫實際測量數據為基礎，精細化計算分析后發出森林火險信息，充分利用GIS 強大的數據存儲和加工處理功能，構建完善的數學模型，實現火險預報目標。當下森林火災發生因素、規律等研究并不完善，精準估測未來發生森林火災難度較大。利用地理信息技術的電子地理圖、數字地面模型和電子沙盤，可構建仿真模型，實現處于任何狀況下數字地面模擬機電子地圖上蔓延和擴展狀況，結合預測的可能火災實際狀況制定與之相吻合的森林火災管理方案，為防火后續整體資源規劃和布設提供支撐。

3.4 利用地理信息優化防火道開設

開設防火道作為高效化把控森林火災重要舉措，防火道實際開設方案確定，主要取決于不同時間火場邊界到達實際部位，確定該邊界位置應綜合性考量多方面因素，包含大火發生風速、空氣濕度和土壤含水量。通過上述火蔓延條件開展模擬實驗，建立相應的數學模型，計算處于此類干擾因素下的火場情況，初步計算防火道。具體實踐防火道開設時，部分陡坡區域內開設防火道，難以提升其實際效率，以及無法減少火災引發的損失。充分利用地理信息技術可高效化解決改問題，將林區等高線輸入計算機內，通過其軟件進行精準性計算林區陡坡圖，提取相應的地帶形成新的陡坡圖，將計算出初步防火道與該圖實現空間疊加，若防火道與陡坡圖存在銜接部位，獲取其疊加部位形成繞過陡坡的防火道[3]。

3.5 利用地理信息技術對防火設施科學調度

林區一經發生火情，需及時做好現場組織進行全方位撲救，利用地理信息技術可便捷調度人力物力，主要體現在以下兩個方面。

（1）防火設施分布的確定。充分將道路圖、水系圖、地形圖等林區相關信息實時傳輸至計算機內，分別作為獨立的圖層，構建完善的數學模型精準性計算明確防火點最佳分布狀況。正式建立數學模型過程中，應積極考量以下幾方面因素：①防火點建議距離道路較近，可確保各防火點間實際基礎設施靈活性調用，防火點的防火能力應最大限度覆蓋全部植被分布；②處于關鍵區域內經濟林和景點分布區適當增加防火點數及其基礎設施，處于易發生火災地帶增加防火點數量或加強防火設施的防火能力。

（2）防火設施和消防人員的調度。從初期發現火情至后續開展撲救工作時間周期短，要求處于較短時間內作出合理的調度方案，利用地理信息系統技術可達成該目標。充分選用地理信息技術的距離分析功能，可精準性確定距離火場最近的防火點，若此類防火點自身能力無法滿足滅火要求，可從周圍距離最近區域內靈活性調度基礎設施；利用地理信息網絡分析功能可確定到達火場途徑最近；利用地理信息資源分配功能可確定不同位置的火場需投入實際消防人數等。通過上述實際調度方案，可基于相應數學模型、設計人機對話應用程度實現，呈現以較低成本獲取較大成效的執行方案[4]。

3.6 利用地理信息系統技術實現災后損失評估

森林火災撲滅后做好精細化損失評估十分關鍵，使用地理信息技術可發揮關鍵性作用，將初期開設的防火道以多邊形為特征建立圖層，將其與林區植被分區圖層完成空間疊加，進而獲取被火災損毀的森林植被分布，獲取不同類別實際損失具體面積，通過計算獲取相應的經濟損失。災后評估系統可對引發火災原因、背景做好調查和管理，對現場不同林業危害實際狀況做好數據收集。結合此類災后信息可為相關部門提供森林整體規劃策略，地理信息系統技術用于災后管理中，可充分發揮定位系統，統計獲取受火災危害的森林片區，且通過信息化技術，對該區域內完成精準性火災編碼，有助于相關部門的查詢和后續對該區域內重點防火[5]。

4 項目實踐案例分析

4.1 項目地實際概況分析

該研究區域主要位于大渡河中游，其海拔處于550～4021m，當下該區域內森林覆蓋率為45.3%，人均占有林地為0.2hm2，低于該省平均水平；大部分有林地為自然更新的冷杉、闊葉雜木林和少量云杉、落葉松等，以經濟價值較低和材質較差的樹種占優勢，其中中幼齡林超過90%，平均公頃活立木蓄積量不超過36m3。該縣城年平均氣溫為17.9℃，無霜期300d，日照時常為1475.8h，年活動積溫為5844.7℃，年均降雨量為741.8mm。

4.2 地理信息系統技術實踐

通過利用信息系統技術，可將該區域內相關圖層屬性數據庫內數據進行分析，以此精準性劃分火險等級，其主要取決于公頃蓄積量，該數值較大的區域內植被較多，起火后易快速蔓延，引發大面積火災，火險等級較高。結合該研究區域內實際狀況，將其劃分為三個火險區，即Ⅰ級火險區，實際總面積為8651.8hm2，Ⅱ級火險區實際總面積為17341.82hn2，Ⅲ級火險區，其實際總面積為80862.36hn2；該研究區域內受地形、地質、氣象等因素的影響，水土流失較為嚴重，其處于冬春季節森林發生火災的風險較高，可結合火險等級劃分結果與各項因子相結合便可預測預報火災發生時間、地點，闊葉林和混交林場發生火災風險較高；高強度的火災可將土壤化學、物理性質損傷，降低土壤自身保水性，促使地下水位升高，不利于森林更新。該研究區域內發生火災后，可充分利用計算機軟件，發揮地理信息系統技術優勢，統計計算損失林地面積以及建筑受損狀況，為災后恢復工作提供參考。

5 結語

地理信息內部涵蓋多個信息技術手段，可從圖像、定位、數據管理等方面對森林防火工作進行高效化管控，提高整個防火工作效率及質量。地理信息系統技術憑借自身優勢，用于森林防火工作中，可精準估測監測火勢及其具體位置，并對其產生的損失統計，為防火決策制定提供現代化支撐，減少森林火災的發生。