基于3S技術(shù)的森林火警預(yù)警方法及應(yīng)急管理的研究

李旭

摘 要：森林大火是一次對社會、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)發(fā)展負(fù)面影響極大的天災(zāi)，但也是災(zāi)難性的。借助并充分利用全球定向衛(wèi)星軌道控制系統(tǒng)（GPS）、遙感識別信息技術(shù)（RS）、地理學(xué)資訊系統(tǒng)（GIS）或者其他信息技術(shù)，關(guān)于大火背景條件的大量信息將能夠有助于有效防范森林大火。同時，我們也支持建立災(zāi)后的應(yīng)對措施，以減少災(zāi)害造成的損失。本章主要闡述了采用3S技術(shù)的森林火災(zāi)預(yù)防方法與應(yīng)急管理措施，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3S;森林火警;預(yù)警系統(tǒng)

引言：森林大火，是危及森林資源的最主要自然災(zāi)害。運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)手段和設(shè)施，對高效的防治森林火災(zāi)"預(yù)防為主"，建立行之有效的措施，并指導(dǎo)政府統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織管理工作，是森林火災(zāi)與森林管理工作的重要關(guān)鍵話題。伴隨現(xiàn)代社會的發(fā)展，遙感科技、地方信息體系、計算機(jī)技術(shù)、航空航天工程等新科技的進(jìn)展，并結(jié)合了現(xiàn)代科學(xué)管理的應(yīng)用，已作為防治森林火災(zāi)的先進(jìn)技術(shù)手段，奠定了科技前提。如，應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)控信息系統(tǒng)、紅外森林火災(zāi)監(jiān)控、森林火災(zāi)雷達(dá)監(jiān)控、遙感森林火災(zāi)監(jiān)控、計算機(jī)化地理信息管理系統(tǒng)等最新信息技術(shù)，有效預(yù)防森林火災(zāi)的爆發(fā)控制和減少森林火災(zāi)最小化提供了保證。

一、我國森林火警預(yù)警現(xiàn)狀

防野火長期與民用消防聯(lián)系在一起，技術(shù)研究滯后，一些問題亟待解決。首先，我國大部分森林資源分布在山區(qū)。地形十分復(fù)雜，高山重障礙，峽谷險峻，地形崎嶇。僅靠工作監(jiān)測通常很難到達(dá)和覆蓋整個林區(qū)。煙霧和灰塵等現(xiàn)象決定了火災(zāi)的中心位置。野火由于其速度快、范圍廣、蔓延迅速和難以管理等特點(diǎn)，可能是非常災(zāi)難性的。因此，由于地形的原因，森林火災(zāi)的檢測難度較大，是森林防火的重要限制因素。二是近年來，由于氣候變化和天氣異常等原因，森林火災(zāi)頻發(fā)，火災(zāi)風(fēng)險高的氣象條件普遍存在。目前的森林防火信息明顯滯后，僅限于使用氣象局公布的數(shù)據(jù)，無法預(yù)測森林火災(zāi)的風(fēng)險。所以，國家森林消防監(jiān)督管理機(jī)關(guān)必須能夠提供實(shí)時氣象數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，來預(yù)警可能的火災(zāi)危險性。因?yàn)樯质堑厍蛏献钪饕纳鷳B(tài)系統(tǒng)和人類資源，且自然資源極其豐富。如果出現(xiàn)大火，這些資產(chǎn)和資源將遭受嚴(yán)重破壞和損毀。中國的森林覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及全球水準(zhǔn)。因此，要更加重視森林防火，防患于未然。然而，我國的山火防治長期以來一直是一種以人工維護(hù)為主，依靠增加勞動力投入來提高森林防火水平的模式。由于森林面積大，人工維護(hù)基本上不可能完全覆蓋責(zé)任范圍內(nèi)的森林，也很難在正確的時間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時，往往依靠經(jīng)驗(yàn)加以控制，提前分析起火原因，從根本上了解森林火災(zāi)的成因，防患于未然，不使用科學(xué)技術(shù)。隨著與全國定位信息（GP）、遙感識別信息（RS）、地方信息體系（lG）（以下簡稱3S信息技術(shù)）的融合，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。時間與空間上的考慮越來越被森林防火研究人員所評價，成為了現(xiàn)代森林防火的主要研究范疇。

二、現(xiàn)代森林防火新技術(shù)——3S

3S技術(shù)以遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）為基礎(chǔ)，結(jié)合最新的通信技術(shù)等技術(shù)手段，形成一個全新的高科技綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

1.地理信息系統(tǒng)（GIS）

它是一種集合了電子計算機(jī)、信息技術(shù)、空氣科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究和信息管理科學(xué)技術(shù)為一體的一門新興科學(xué)技術(shù)。是中國未來環(huán)境信息高速公路的主要部分。英國使用GIS技術(shù)對森林環(huán)境景觀信息提供了生態(tài)數(shù)據(jù)分析和提出了自然環(huán)境計劃。泰國則將GIS技術(shù)作為了小型流域信息管理計劃和泰國的第一個環(huán)境保護(hù)行動計劃。中國森林火災(zāi)預(yù)警GIS功能使用了龐大的GIS數(shù)據(jù)庫功能對相關(guān)環(huán)保信息數(shù)據(jù)庫實(shí)行了集中管理，有效檢索預(yù)警范圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了檢索、更新和提供時限數(shù)據(jù)信息和空間數(shù)據(jù)信息，并使用了GIS強(qiáng)大的空氣數(shù)據(jù)分析功用。該功能科學(xué)合理地設(shè)計了森林火災(zāi)警報網(wǎng)絡(luò)，有效表征了設(shè)計項(xiàng)目中現(xiàn)場環(huán)境信息的獲取、保存與展示。直觀的圖形用戶界面能夠按照使用者的需求得到各種數(shù)據(jù)分析和評價結(jié)果。

2.遙感（RS）

利用可見光、紅外線、微波等設(shè)備，從高空、遠(yuǎn)距離、太空的多個平臺捕獲電磁波，進(jìn)行攝影和數(shù)字化。指通過調(diào)查地面上物體的形狀和大小、信息、遙感、傳輸、處理位置和環(huán)境的相互關(guān)系以及不斷變化的技術(shù)。利用遙感技術(shù)調(diào)查森林火災(zāi)始于1950年代的空中紅外探測，從80年代初開始，隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，美國、加拿大等國家逐漸使用衛(wèi)星檢查森林資源。在 1980 年代后期，森林工人使用 GPS 來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位功能。1987年，中國成功監(jiān)測到興安省一次大規(guī)模森林火災(zāi)，對火災(zāi)區(qū)森林植被恢復(fù)情況進(jìn)行動態(tài)預(yù)測。

3.虛擬技術(shù)

近年來，在計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集方法、三維數(shù)字技術(shù)及其應(yīng)用植物形態(tài)結(jié)構(gòu)研究的計算機(jī)硬件的蓬勃發(fā)展的帶動下，不但能夠滿足實(shí)際需要，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)植物可視化技術(shù)與對象。建立模式所需要的定向編程技術(shù)得以充分發(fā)展，為森林防火的虛擬仿真創(chuàng)造了必要條件。目前虛擬森林火災(zāi)仿真的主要技術(shù)手段，主要是利用3D數(shù)字技術(shù)、可視化技術(shù)以及對森林火勢擴(kuò)散的經(jīng)驗(yàn)?zāi)M。

3S技術(shù)利用RS廣泛的資源信息、GPS快速查找和檢索準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的能力，以及GIS廣泛的空間查詢、分析和處理能力。三者有機(jī)結(jié)合，形成一個系統(tǒng)。RS、GPS 和 GIS 三種技術(shù)各有側(cè)重，相輔相成。RS是GIS的重要數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)更新手段，而GIS是分析和評價RS數(shù)據(jù)的有力工具。GPS 提供 RS 的地面或空中控制，其結(jié)果可直接用作 GIS 數(shù)據(jù)源。在3S系統(tǒng)中，RS對應(yīng)于接收信息的傳感器。GPS對應(yīng)于用于確定位置和方向?qū)Ш降亩ㄎ辉O(shè)備。GIS支持中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和信息處理。

三、3S技術(shù)的優(yōu)勢與作用

1.3S技術(shù)的作用

（1） RS 在森林火災(zāi)中的作用

RS 代表人眼，可用于快速檢索和更新有關(guān)大面積區(qū)域的信息?？梢允褂萌嗽煨l(wèi)星與遙感設(shè)備、道路、水源、環(huán)境和其他與森林防火有關(guān)的信息進(jìn)行記錄。圖像面積大、圖像速度快、成本低，可以隨時監(jiān)測森林火災(zāi)的爆發(fā)和森林火災(zāi)的動態(tài)變化。

（2） GIS在森林火災(zāi)中的作用

GIS 與人腦兼容，管理和分析獲取的信息，為決策者提供豐富而清晰的地圖。創(chuàng)建與地圖屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，例如天氣數(shù)據(jù)、火災(zāi)日志數(shù)據(jù)、消防隊數(shù)據(jù)、林區(qū)數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、住宅區(qū)數(shù)據(jù)、保護(hù)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)、火災(zāi)、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)可以與圖形數(shù)據(jù)庫、地圖（空間）、屬性信息有機(jī)結(jié)合，相互收集、綜合分析。

（3） GPS在森林火災(zāi)中的作用

GPS 是一種 GPS 接收器，它使用 24 顆均勻分布的空間衛(wèi)星在一個方向上連續(xù)廣播用戶的家。它的重要功能是對某些數(shù)據(jù)源進(jìn)行準(zhǔn)確的放置和記錄。GPS可以將地理位置轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)格式，輸入GIS，通過GIS生成地圖。例如，可以使用 GPS 在 GIS 中記錄火災(zāi)區(qū)域的邊緣、交通路線和防火墻。 GPS 可以將現(xiàn)場記錄的地理位置轉(zhuǎn)換為點(diǎn)、線或多邊形數(shù)據(jù)。

2.3S技術(shù)的優(yōu)勢

衛(wèi)星、通信技術(shù)和電子計算機(jī)的發(fā)展，促成了全球定位信息系統(tǒng)、遙感與地理信息系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，并推動著三者間更大程度的融合。定時測距與導(dǎo)航衛(wèi)星，全球定位信息系統(tǒng)能夠充分運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航和監(jiān)測能力，實(shí)時、迅速地確定目標(biāo)所在星球上的地理坐標(biāo)，從而設(shè)計更為合理的路徑搜索目標(biāo)。而遙感技術(shù)的應(yīng)用，尤其是遙感氣象衛(wèi)星，能夠真實(shí)、迅速、動態(tài)地捕捉地表上各種環(huán)境因素的變化趨勢，從而有助于人類及時評價地表自然環(huán)境的變遷。而地理信息系統(tǒng)則是空氣數(shù)據(jù)分析綜合使用的重要平臺。通過使用計算機(jī)信息技術(shù)，對各類數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)地理信息的疊加、運(yùn)算與建模，提高了地理環(huán)境資源數(shù)據(jù)分析的附加值，為進(jìn)行定位、規(guī)劃與決策支持提供了良好的技術(shù)手段。經(jīng)過三者的融合，目前三s科技已形成了一個有機(jī)的整體。遙感主要用來即時捕捉有關(guān)地球地形與環(huán)境演變的大量動態(tài)、快節(jié)奏的數(shù)據(jù)。全球定位系統(tǒng)為所捕獲的數(shù)據(jù)迅速給出地理位置信號，為遙感數(shù)據(jù)分配到正確的空間位置，同時檢測并校正數(shù)據(jù)的正確性。

四、森林火災(zāi)應(yīng)急管理

森林火災(zāi)的爆發(fā)和發(fā)展是一個不斷變化的過程。目前有復(fù)雜的屬性。這包括各個方面的因素，包括地形和起伏特征、氣象和氣候變化以及火災(zāi)等自然環(huán)境因素。分配積分也有人為的原因。因此，僅憑個人的經(jīng)驗(yàn)是難以控制森林火災(zāi)的。3s技術(shù)還可以為森林防火提供非常強(qiáng)大的技術(shù)支持。傳統(tǒng)上已經(jīng)證明，火源無法提供準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)，也無法在電子地圖上顯示火情位置，這也給應(yīng)急小組帶來不便。地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)相結(jié)合，可以精確定位火災(zāi)位置并獲取其地理位置。消防員可以利用坐標(biāo)快速找到起火原因。遙感圖像不準(zhǔn)確的圖像可以分辨出火災(zāi)的位置，瞬時捕捉的面積大，時間短，但不準(zhǔn)確的圖像使到火災(zāi)位置的具體路徑不能顯示。在這種情況下，地理信息系統(tǒng)中需要一個地理參考。使用后的記錄圖像可以準(zhǔn)確反映火災(zāi)現(xiàn)場的地理位置，以便快速響應(yīng)。此時，借助全球定位系統(tǒng)，可以確定一條有意義的飛行路徑。氣象數(shù)據(jù)對于火災(zāi)警報和火災(zāi)趨勢分析非常重要。信息化管理需要集成3S技術(shù)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)主要是為了預(yù)防森林火災(zāi)。地理信息系統(tǒng)的主體是信息技術(shù)，這與信息管理的演進(jìn)是一致的。

1.森林滅火救災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)分級與標(biāo)準(zhǔn)

我們可以按照自然災(zāi)害分級的一般準(zhǔn)則，即按照森林大火可能引起的破壞程度、緊急程度以及社會發(fā)展程度，把森林大火警報分成四種等級。最嚴(yán)重的是Ⅰ級，最重要的是Ⅱ級，最嚴(yán)重的是Ⅲ級。

2.森林火災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)階段劃分與決策

階段：森林大火的緊急響應(yīng)，是地方各級人民政府和有關(guān)機(jī)構(gòu)緊急管理工作的一部分，屬自然災(zāi)害管理范圍。森林大火的緊急響應(yīng)，通常包括在事前、事中、事后三個階段.

緊急決定：基礎(chǔ)決定是管理工作的核心內(nèi)容，而緊急決定則是緊急反應(yīng)和緊急指揮的核心內(nèi)容。撲救森林大火和救災(zāi)工作的緊急決定，可包括初始決定、過程決定和事后決定。可用資料的嚴(yán)重短缺，決定了環(huán)境高度不確定性和復(fù)雜化，決定目標(biāo)與結(jié)果之間的動態(tài)偶然因素。而不可預(yù)見性則是決策單元的中心目標(biāo)，并直接受到?jīng)Q策流程、決定對象發(fā)展的不確定性等環(huán)境特征的影響。這就要求了決策者采取果斷、科學(xué)和有意識的行動。應(yīng)急決定流程包含決定、決定對象、決定工作目標(biāo)、決定工作環(huán)境、決定流程，以及決定計劃。在撲救森林大火和賑災(zāi)救援工作中，以及預(yù)防森林大火等自然災(zāi)害中，都應(yīng)當(dāng)將尊重科學(xué)、守法、消防標(biāo)準(zhǔn)和民防人員安全放在首位。

五、結(jié)語

森林火災(zāi)是森林的天敵。火災(zāi)可以在一天之內(nèi)將大片茂密的森林變成灰燼，對土地和人口造成嚴(yán)重破壞。同時，林區(qū)正在失去林區(qū)，很容易導(dǎo)致水土流失。洪水、干旱、風(fēng)沙災(zāi)害都會影響農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定和高產(chǎn)。伴隨現(xiàn)代社會的發(fā)展，遙感科技、地方信息體系、計算機(jī)技術(shù)、航空航天工程等新科技的進(jìn)展，并結(jié)合了現(xiàn)代科學(xué)管理的應(yīng)用，已作為防治森林火災(zāi)的先進(jìn)技術(shù)手段，奠定了科技前提。本文總結(jié)了火災(zāi)等級分類標(biāo)準(zhǔn)，并介紹了警前方法和森林火災(zāi)模型。經(jīng)過廣泛的分析和研究，符合我國的國家要求。 它提出了如何及時應(yīng)對嚴(yán)重森林火災(zāi)的策略，適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備，強(qiáng)大的決策科學(xué)，以及最大限度地減少森林火災(zāi)造成的損失的有效措施。

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