吴碧军+陈开伟

摘 要 从近年来我国森林火灾的发展动态来看，森林火灾预防工作面临严峻的形势，林业部门需要积极应用先进技术，以便加强火灾分析与决策管理。随着全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）技术的有机融合，3S技术在森林防火中发挥着越来越重要的作用。应用3S技术可以快速定位火点，对火势进行动态管理，提高信息传输效率，实现对森林火灾的有效控制。

关键词 3S技术；森林防火；应用

中图分类号：S762.3 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）11--3

森林是生态系统的重要组成部分，也是人类宝贵的财富和资源。森林火灾直接危害林木资源和生态环境，甚至使人民生命财产遭受损失，而且森林火灾不仅影响范围大，施救难度也很大。我国森林覆盖率远低于世界平均水平，森林资源供应紧张，特别是新时期我国林业经济正处于转型发展，重点国有林区停止天然林商业性采伐、大力开展生态林业建设也将带来林业资源总量和结构的改善。在此过程中，加强森林资源保护、预防森林火灾的发生不容忽视。由于森林火灾的发生是多种因素共同作用的结果，很多火灾更是由于人类用火不善引发，所以森林防火管理工作也面临巨大挑战。林业部门需要积极防患于未然，应用先进技术解决人工管理的不足，加强火灾分析，确保对火灾的有效控制。随着全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）技术的有机融合，3S技术在森林防火工作中扮演着越来越重要的角色[1]。3S技术不仅能够迅速对火点进行定位，还可以预测火势蔓延情况，促进指挥部与火场之间的信息交流，为科学决策提供支持，目前3S技术已成为森林防火的重要研究领域。

1 森林防火工作现状

森林火灾的发生不仅会烧毁林木资源，破坏森林的生态结构，更给人民生命财产带来威胁，使生态环境遭受破坏，其损失尤为严重，所以森林火灾也被认为是社会经济发展中破坏性最大的自然灾害之一。如何防止森林火灾的发生、及时发现森林火灾并开展有效的救援工作成为林业部门的一项重要任务。目前，我国森林防火工作形势仍然十分严峻。

首先，森林防火本身难度较大。我国森林资源主要分布在郊区、山区等人口密度小、地形复杂的区域，或是山峦迭起，或是地形起伏巨大，单纯依靠人工进行森林火灾监测已不能满足管理的需求。由于森林覆盖面大，火灾一旦发生，火势会迅速蔓延，如果不能在短时间内控制火情，其损失往往难以估计。所以受地理条件的限制，森林防火的任务本身就非常艰巨。其次，从近年来我国火灾情况统计来看，森林火灾的发生开始呈现新的特点[2]。原先我国将春季和秋季作为主要防火季，但近几年夏季也出现火灾多发的现象，如西南和东北地区夏季火灾次数也较多，春、夏、秋季已连成较长的防火期。特别是在全球气候变暖的影响下，火灾的发生日趋频繁。另外随着林业经济的转型，林区可燃物增加，人类活动不善更是成为森林火灾发生的重要原因。因此，针对森林火灾的突发性、损失的严重性、救援的紧迫性，决策者需要采用先进的科学技术来提高自身的判断能力和现场指挥能力。随着科技水平的提高，全球定位技术、遥感技术、地理信息系统技术的综合应用成为森林防火管理的发展趋势。

2 3S技术在森林防火中应用的重要性

随着科技的日新月异，将GPS、RS、GIS三者结合起来的3S一体化技术已展现出广阔的应用前景。GPS、RS、GIS三种技术的有机融合可以构成一个强大的技术体系，实现对空间与环境信息的快速收集、分析、处理，因而在森林火灾预防管理中的应用具有重要意义。

GPS即全球定位系统，其优势在于快速、准确地对地球表面的任何地点进行定位。借助地理信息系统的支持，车载GPS可以在电子地图上获得实时的路线信息，并开展漫游查询。而且GPS也可用于修正地理信息系统的数据，GPS通过将采集、更新后的数据传入电子地图，能够对原有的数据加以核实和修正，并生成专题图，为森林火灾的计算和评估工作提供依据。所以在森林火灾预防中，GPS的应用有助于迅速、精准地定位火点，科学指挥灭火车辆。

RS是指无需接触的远距离探测技术，其优势在于探测范围广，不易受各种地面条件的限制，因而在林业、水纹、气象、测绘等领域中具有重要价值。气象遥感卫星接收系统可根据用户需求，在设定的范围内生成区域投影数据集，为森林火灾的监测提供帮助，如生成火灾图像、植被指数、地表亮度的图像，这些都是火灾预防和救援决策的依据，而且该系统可实时接收和处理卫星发送的高分辨率资料，以便于对森林火灾的监测[3]。尽管RS在精准定位方面存在一定不足，但可以通过RS与GPS技术的结合来弥补。

GIS是地理信息系统与互联网技术结合而诞生的一种新型技术方法，它能够帮助人们寻找所需的地理空间数据和图像，并进行地理空间分析。森林防火系统可借助不同的信息源及时发现火情，如人工巡视结果、卫星监测系统、瞭望塔等，然后通过地理信息系统实时发布火灾信息，辅助火灾动态分析和决策。而且火灾信息录入数据库后，还可用于灾后评估。

目前，3S技术已发展为有机整体，全球定位系统可快速提供准确的地理位置信息，遥感可实时捕捉环境变化数据，在发挥各自技术优势的基础上，通过技术集成，能够形成高度智能化的地理信息系统，有效解决森林防火工作中的各种复杂问题，增强森林防火的前瞻性和主动性。

3 3S技术在森林防火工作中的应用

由于森林火灾的发生具有复杂性和多变性，单纯依靠人工进行火灾预防和决策管理存在较大难度。对此，林业部门应借助先进的技术支持，充分发挥3S技术在森林防火中的作用。

3.1 GPS技术在森林防火中的应用

GPS技术在森林防火工作中能够充分发挥精准定位的优势，利用卫星的测量和导航功能，快速精准地确定目标的地理位置坐标，其灵敏度高，定位速度快，遮蔽性能强，操作简便，不受地形因素的影响，便于实时提供导航信息，而且海陆空不同领域都可以应用GPS。endprint

飞机上安装GPS后，飞行过程无需再随时对照地图检查航迹，而是将注意力集中在对森林火灾的监测，观察火场情况。飞机可根据GPS提供的定位信息随时改变飞行方向，提高飞行效率，迅速到达火场，开展救援活动。通过导航定位指导，飞机对火场精准定位后，可与其他灭火飞机协同作战，准确完成空投、索滑降、化灭等空中支援任务，不受气候条件的影响。特别对于燃烧范围较大的情况，GPS可经过数次定位，将火点标识在地图上，形成闭合曲线，进而计算燃烧面积。救援过程中，如遇地理环境复杂的地区，救援人员可借助GPS支持选择最佳路径，防止迷失方向。

GPS与RS、GIS的联合使用可进一步提高作战指挥水平。在GPS的支持下，使用RS和GIS技术可实现对机动设备的跟踪定位。GPS与GIS的结合，可以测定森林火灾地理位置或燃烧区域的边界位置，数据传输到地理信息系统后生成各类地物。将GPS安装到灭火交通工具及通讯设备后，救援路线可随时反馈到地理信息系统，并实时、动态显示到遥感图像上，使指挥者明确救援行动的具体位置，及时进行人员调配。

3.2 RS技术在森林防火中的应用

在森林防火工作中，传统的信息表达是以文字、数据、图表为基础，检索主要是针对文本进行。随着森林防火技术水平的提高，图像信息应用呈现出快速增长的趋势，例如卫星图片、数字地图、雷达成像等，因此对图像的检索需求也更加突出。近年来，森林火灾的发生除与自然因素有关外，还与人为因素有着紧密的关联，焚烧枯枝、野草，野外违规用火等行为都可能导致森林火灾的发生。卫星遥感可通过高分辨率红外和可见光扫描仪，实现大范围、短时间间隔的监测，因而能够随时发现火情，并显示与之相关的地理位置。其图像信息效果逼真、色彩丰富，所以RS技术在森林火灾的预报、监测及评估方面具有重要应用价值。

传统的瞭望方法往往不能准确提供火源的地理位置坐标，RS与GIS的结合可以准确获得地理位置信息，方便救援人员在较短的时间内确定火源，而且较低的遥感成像精度就能够明确火灾位置，但如果低精度图像难以提供救援人员到达火场的最佳路径，就要借助GIS和GPS的支持。目前，对森林火灾的预测基本都是建立在GPS、RS、GIS以及计算机网络信息系统上，例如，专家运用GPS进行火场面积测量，运用GIS进行空间分析并提取环境因子，再利用VLBP神经网络加以训练，建立林火风险预测方程和模型，林火预测能力也随之提升。当火灾发生后，利用遥感技术可以迅速将火灾信息传递到指挥部，而且针对森林火灾监测中的盲区问题，应用卫星遥感和GIS进行数据统计分析，将有效解决上述问题，使森林火灾监测能力大幅提高。另外森林火灾发生后对火灾原因的分析、受害面积的测定、损失情况测算等调查评价工作也可借助RS技术实现，如通过卫星通道的红外短波窗区检测火场地面的高温热源，进而分析火灾的发展规律。

3.3 GIS技术在森林防火中的应用

目前，对火点定位主要依靠卫星图像和GPS实现，但森林火灾的发生具有随机性，使用遥感卫星监测需要在短时间内不断提供影像，所以民用方面动态实时监控尚存在一定困难。另外遥感图像定位更多地用于较大范围的火灾监测，我国南方的小型火灾会受到卫星分辨率的限制，而基层林业部门的信息化水平也有待提高，当前还没有实现每个护林员都配备GPS接收机。在火势蔓延分析方面，紧靠个人经验进行分析，很难保证判断的准确性和科学性，同时也会增加火灾决策的风险。GIS技术的应用对以上问题的解决尤为重要。

在火灾决策方面，当火灾发生时，GIS可依据空间数据，计算距离火点最近的道路、水源、救援队伍，对可能受到破坏的建筑物、居民点等需要保护的对象做出预警，帮助指挥者对森林灭火工作进行部署。火势蔓延也有一定的规律，经过专家多年的研究发现，森林火灾因地形、植被、风速、风向的不同，蔓延的形状也有所区别。火势蔓延主要受当日最高温度、中午风力、风向、可燃物类型、坡度等因素的影响，通过收集相关数据，可实现对火势蔓延的提前预测，生成火场发展形势图，并借助GIS直观地表现。此外对于森林火灾损失面积、蓄积的分析评估可以为林业部门清理火场、制定森林恢复措施提供决策依据。

3S技术现已在多个领域体现出技术优势，并为森林防火工作提供了重要的技术支持。森林蕴含宝贵的自然资源，火灾的发生将会使森林资源遭受严重损失，给生态环境带来危害。由于人工看护的覆盖范围有限，加之近年来我国森林防火形势日益严峻，因此，林业部门应积极开展推动3S技术的推广，促进我国林业的健康发展。

参考文献

[1]杜子春.网络信息技术在森林防火管理中的应用[J].电子世界，2014（8）.

[2]金朝. GPS导航技术在森林防火中的应用[J].科技信息，2013（1）.

[3]周全. GIS技术在森林防火管理中的应用研究[J].数字技术与应用，2012（10）.

（责任编辑：赵中正）endprint