3S技術(shù)的森林防火道路規(guī)劃研究

徐谷丹，朱紫巍，李鶴國(guó)家林業(yè)局北方航空護(hù)林總站；國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院；哈爾濱工程大學(xué)綠化中心

3S技術(shù)的森林防火道路規(guī)劃研究

徐谷丹1，朱紫巍2，李鶴3
1國(guó)家林業(yè)局北方航空護(hù)林總站；2國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院；3哈爾濱工程大學(xué)綠化中心

森林林木使我國(guó)最重要的可再生性能源之一，不僅對(duì)我國(guó)綠化環(huán)境改善居民周邊有著重要作用，同時(shí)也能夠推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高社會(huì)文明建設(shè)。在日常工作中，林業(yè)部門人員主要通過對(duì)林區(qū)育苗種植、林間管理以及防治病蟲害等方面對(duì)林區(qū)進(jìn)行管理和保護(hù)，但由于林木屬于易燃物質(zhì)，人類無法利用肉眼和直覺去預(yù)測(cè)火災(zāi)。3S技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用能夠有效解決這一問題，而利用3S技術(shù)為基礎(chǔ)建立防火道路，不僅能夠有效地對(duì)火災(zāi)和其他災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)也能夠利用其高科技系統(tǒng)提高林業(yè)工作效率。本文將對(duì)如何利用3S技術(shù)對(duì)森林防火道路規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

3S技術(shù)；森林防火道路；合理規(guī)劃

前言

科技的不斷進(jìn)步讓我們看到了計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)性，為我們的生活和工作帶來便利的同時(shí)也為社會(huì)文明發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。而目前我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域都在大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，提高工作效率的同時(shí)也為我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)。而我國(guó)作為林業(yè)大國(guó)同樣離不開科技手段對(duì)林業(yè)部門的支持和運(yùn)作。以GPS、GIS以及RS組成的3S技術(shù)為基礎(chǔ)在我國(guó)林業(yè)防火林道建設(shè)規(guī)劃的不斷開發(fā)和研究，也為林業(yè)發(fā)展、提高林業(yè)防火技術(shù)有著重要作用。

一、3S技術(shù)概念以及在森林防火道路中的應(yīng)用基礎(chǔ)

3S技術(shù)是由GPS、GIS以及RS技術(shù)的統(tǒng)稱，是通過利用將空間傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通訊技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)高度集合而成的一種現(xiàn)代新型科技信息技術(shù)，主要用于地理、林業(yè)以及航天等領(lǐng)域。

1.GPS技術(shù)

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)。這種技術(shù)主要通過利用衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，再使用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)將位置的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较逻_(dá)指令人員的計(jì)算機(jī)終端中。GPS技術(shù)目前已經(jīng)廣泛用于我國(guó)的軍事、車輛導(dǎo)航以及智能手機(jī)中，通過先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)能夠?yàn)槲覀儨?zhǔn)確對(duì)目標(biāo)地點(diǎn)快速定位，提高效率的同時(shí)也為我們的生活和工作帶來便利。

2.GIS技術(shù)

GIS技術(shù)是以地理信息為基礎(chǔ)，將地理、科學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科交叉運(yùn)用、為地理研究和決策的一種先進(jìn)技術(shù)，全稱為地理信息技術(shù)。它通過對(duì)計(jì)算機(jī)終端發(fā)出的指令數(shù)據(jù)目標(biāo)進(jìn)行分析和查找，通過利用自身計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)將結(jié)果又表格型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的地理位置圖像，使下達(dá)指令的人員能夠清除地觀察并瀏覽結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行下一步工作。GIS技術(shù)能夠?qū)Ω鱾€(gè)地區(qū)的街區(qū)、人口甚至街邊環(huán)境進(jìn)行顯示，具有非常強(qiáng)的直觀性。

3.RS技術(shù)

RS技術(shù)又被稱為遙感技術(shù)，是外層空間中的設(shè)備對(duì)地球表層以及各類電磁波信息進(jìn)行收集、傳輸以及處理的現(xiàn)代處理技術(shù)，它能夠?qū)Φ厍蛏细黝惉F(xiàn)象進(jìn)行遙測(cè)和分析，主要用于林業(yè)預(yù)防病蟲害等。

4.3S技術(shù)在森林防火通道規(guī)劃中的應(yīng)用基礎(chǔ)

林木作為可再生性能源一直是我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)中不可或缺的一部分，但由于林木屬于易燃材料，因此在日常工作中不僅要做好林間管理、種植以及防止病蟲害，最重要的就是建立一防火隔離帶為主的臨建防火通道，避免發(fā)生火災(zāi)對(duì)林區(qū)造成傷害。由于林業(yè)部門的工作性質(zhì)包括、地理、氣候以及信息等多種領(lǐng)域知識(shí)的涵蓋，因此在對(duì)林區(qū)防火道路規(guī)劃時(shí)使用3S技術(shù)不僅能夠有效地利用科技系統(tǒng)對(duì)防火林道進(jìn)行合理規(guī)劃，更在一定程度上提高了工作效率，節(jié)省大量人力成本，對(duì)林業(yè)發(fā)展有著重要作用。

二、基于3S技術(shù)的空間數(shù)據(jù)獲取

1.基于RS的數(shù)據(jù)獲取

利用遙感數(shù)據(jù)更新空間數(shù)據(jù)庫(kù)，最直接的方式就是將糾正遙感圖像作為背景底圖，進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的編輯修改。而對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，得到的數(shù)據(jù)可以添加到GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中。在對(duì)遙感圖像分類時(shí)，首先進(jìn)行分類特征波段的選擇;其次是選擇訓(xùn)練樣區(qū);然后訓(xùn)練分類器;最后對(duì)分類精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.基于GPS數(shù)據(jù)采集

第一，通過GPS系統(tǒng)對(duì)林區(qū)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，通過利用GPS系統(tǒng)對(duì)林區(qū)的面積、所在區(qū)域以及林木分布進(jìn)行了解，根據(jù)地區(qū)判斷林木生長(zhǎng)的環(huán)境和土地質(zhì)量和林木種類，并對(duì)該地區(qū)的氣候進(jìn)行分析，運(yùn)用計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)推斷出該地區(qū)發(fā)生火災(zāi)的可能性，并對(duì)該地區(qū)歷年來發(fā)生火災(zāi)的因素進(jìn)行調(diào)查；第二，利用GPS系統(tǒng)查看周邊居民環(huán)境和水源位置，判斷并規(guī)劃設(shè)立防火通道的位置和面積，通過與RS技術(shù)的結(jié)合使用，對(duì)該地區(qū)的林道和防火隔離帶建立進(jìn)行基本規(guī)劃，并通過利用RS技術(shù)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行遙測(cè)和預(yù)防。

三、森林防火道路規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.水系緩沖分析

這部分主要分析水系以及與林區(qū)原有道路的相互聯(lián)系，水資源是面狀或線狀區(qū)域，涉及的范圍比較寬廣，此處設(shè)置緩沖距離為100m?；谏址阑鸬男枰?，有效的可利用的水資源必須是分布在林區(qū)道路可到達(dá)的范圍內(nèi)，這樣才可以進(jìn)行取水，進(jìn)而起到防火、滅火的作用。因此，首先考慮的是分析林區(qū)水系所能覆蓋的有效范圍，在此范圍內(nèi)的水系則是有效的可以提供森林防火目的有效水資源。

2.道路緩沖區(qū)分析

對(duì)林區(qū)原有道路做緩沖區(qū)分析，考慮大多數(shù)消防設(shè)備的有效滅火距離，設(shè)置緩沖距離為100m。選擇輸出緩沖區(qū)生成新圖層，并選擇保存路徑，完成道路緩沖區(qū)建立。輸出生成緩沖區(qū)新圖層，并應(yīng)用ArcGIS的疊置分析功能，將道路緩沖區(qū)和水系緩沖區(qū)圖層疊加。

3.3D分析

利用等高線生成TIN模型，進(jìn)行3D分析，分析林區(qū)地形走勢(shì)情況。由于高海拔地形，溫度逐漸降低，蒸發(fā)量減小，濕度變大，發(fā)生林火的可能性降低。對(duì)于坡度超過30°的陡坡，降水徑流排泄快，地表可燃物易于干燥，火險(xiǎn)程度較高，且不宜修建道路。對(duì)于坡向朝南的南向坡，接收的太陽(yáng)輻射相對(duì)較多，因而其地面溫度比較高，空氣干燥，容易發(fā)生森林火災(zāi)。同時(shí)道路緩沖區(qū)所不能分析的盲區(qū)也都可以直觀體現(xiàn)。

4.布局優(yōu)化

設(shè)計(jì)規(guī)劃森林防火道路標(biāo)準(zhǔn)是:道路寬度設(shè)計(jì)為3.5～5m;道路應(yīng)盡量保持直線;道路最大坡度應(yīng)該小于30°;部分位于砍伐區(qū)內(nèi)的100歲以上的樹木不砍伐;道路應(yīng)盡量靠近水源;道路應(yīng)盡量靠近一級(jí)火險(xiǎn)林區(qū);道路可以考慮遠(yuǎn)離防火隔離帶;道路不應(yīng)破壞居民地;道路密度應(yīng)合理等。在綜合考慮以上諸多因素之后，通過對(duì)初始方案進(jìn)行優(yōu)化之后，即可得到符合林區(qū)防火要求的路網(wǎng)布局。

[1]王書涵,張曉麗,游先祥,陸亞剛,黎良材,李宏志.3S技術(shù)在森林火險(xiǎn)等級(jí)研究中的應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué).2011(23)

[2]戴壽連,徐愛俊.森林火險(xiǎn)評(píng)價(jià)與防火資源配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].林業(yè)資源管理.2011(03)