基于3S技术的森林火警预警方法及应急管理的研究

李旭

摘 要：森林大火是一次对社会、环保和经济发展负面影响极大的天灾，但也是灾难性的。借助并充分利用全球定向卫星轨道控制系统（GPS）、遥感识别信息技术（RS）、地理学资讯系统（GIS）或者其他信息技术，关于大火背景条件的大量信息将能够有助于有效防范森林大火。同时，我们也支持建立灾后的应对措施，以减少灾害造成的损失。本章主要阐述了采用3S技术的森林火灾预防方法与应急管理措施，为防灾减灾工作提供了依据。

关键词：3S;森林火警;预警系统

引言：森林大火，是危及森林资源的最主要自然灾害。运用现代化的技术手段和设施，对高效的防治森林火灾"预防为主"，建立行之有效的措施，并指导政府统一协调组织管理工作，是森林火灾与森林管理工作的重要关键话题。伴随现代社会的发展，遥感科技、地方信息体系、计算机技术、航空航天工程等新科技的进展，并结合了现代科学管理的应用，已作为防治森林火灾的先进技术手段，奠定了科技前提。如，应用于森林火灾监控信息系统、红外森林火灾监控、森林火灾雷达监控、遥感森林火灾监控、计算机化地理信息管理系统等最新信息技术，有效预防森林火灾的爆发控制和减少森林火灾最小化提供了保证。

一、我国森林火警预警现状

防野火长期与民用消防联系在一起，技术研究滞后，一些问题亟待解决。首先，我国大部分森林资源分布在山区。地形十分复杂，高山重障碍，峡谷险峻，地形崎岖。仅靠工作监测通常很难到达和覆盖整个林区。烟雾和灰尘等现象决定了火灾的中心位置。野火由于其速度快、范围广、蔓延迅速和难以管理等特点，可能是非常灾难性的。因此，由于地形的原因，森林火灾的检测难度较大，是森林防火的重要限制因素。二是近年来，由于气候变化和天气异常等原因，森林火灾频发，火灾风险高的气象条件普遍存在。目前的森林防火信息明显滞后，仅限于使用气象局公布的数据，无法预测森林火灾的风险。所以，国家森林消防监督管理机关必须能够提供实时气象数据的系统，来预警可能的火灾危险性。因为森林是地球上最主要的生态系统和人类资源，且自然资源极其丰富。如果出现大火，这些资产和资源将遭受严重破坏和损毁。中国的森林覆盖率远远不及全球水准。因此，要更加重视森林防火，防患于未然。然而，我国的山火防治长期以来一直是一种以人工维护为主，依靠增加劳动力投入来提高森林防火水平的模式。由于森林面积大，人工维护基本上不可能完全覆盖责任范围内的森林，也很难在正确的时间发现火灾。当发现火灾时，往往依靠经验加以控制，提前分析起火原因，从根本上了解森林火灾的成因，防患于未然，不使用科学技术。随着与全国定位信息（GP）、遥感识别信息（RS）、地方信息体系（lG）（以下简称3S信息技术）的融合，应用范围不断扩大。时间与空间上的考虑越来越被森林防火研究人员所评价，成为了现代森林防火的主要研究范畴。

二、现代森林防火新技术——3S

3S技术以遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）为基础，结合最新的通信技术等技术手段，形成一个全新的高科技综合应用系统。

1.地理信息系统（GIS）

它是一种集合了电子计算机、信息技术、空气科学研究、环境保护科学研究和信息管理科学技术为一体的一门新兴科学技术。是中国未来环境信息高速公路的主要部分。英国使用GIS技术对森林环境景观信息提供了生态数据分析和提出了自然环境计划。泰国则将GIS技术作为了小型流域信息管理计划和泰国的第一个环境保护行动计划。中国森林火灾预警GIS功能使用了庞大的GIS数据库功能对相关环保信息数据库实行了集中管理，有效检索预警范围的环境数据，并实现了检索、更新和提供时限数据信息和空间数据信息，并使用了GIS强大的空气数据分析功用。该功能科学合理地设计了森林火灾警报网络，有效表征了設计项目中现场环境信息的获取、保存与展示。直观的图形用户界面能够按照使用者的需求得到各种数据分析和评价结果。

2.遥感（RS）

利用可见光、红外线、微波等设备，从高空、远距离、太空的多个平台捕获电磁波，进行摄影和数字化。指通过调查地面上物体的形状和大小、信息、遥感、传输、处理位置和环境的相互关系以及不断变化的技术。利用遥感技术调查森林火灾始于1950年代的空中红外探测，从80年代初开始，随着地理信息系统的发展，美国、加拿大等国家逐渐使用卫星检查森林资源。在 1980 年代后期，森林工人使用 GPS 来实现准确的导航和定位功能。1987年，中国成功监测到兴安省一次大规模森林火灾，对火灾区森林植被恢复情况进行动态预测。

3.虚拟技术

近年来，在计算机技术、数据采集方法、三维数字技术及其应用植物形态结构研究的计算机硬件的蓬勃发展的带动下，不但能够满足实际需要，而且还能够实现植物可视化技术与对象。建立模式所需要的定向编程技术得以充分发展，为森林防火的虚拟仿真创造了必要条件。目前虚拟森林火灾仿真的主要技术手段，主要是利用3D数字技术、可视化技术以及对森林火势扩散的经验模拟。

3S技术利用RS广泛的资源信息、GPS快速查找和检索准确数据的能力，以及GIS广泛的空间查询、分析和处理能力。三者有机结合，形成一个系统。RS、GPS 和 GIS 三种技术各有侧重，相辅相成。RS是GIS的重要数据源和数据更新手段，而GIS是分析和评价RS数据的有力工具。GPS 提供 RS 的地面或空中控制，其结果可直接用作 GIS 数据源。在3S系统中，RS对应于接收信息的传感器。GPS对应于用于确定位置和方向导航的定位设备。GIS支持中枢神经系统进行综合分析和信息处理。

三、3S技术的优势与作用

1.3S技术的作用

（1） RS 在森林火灾中的作用

RS 代表人眼，可用于快速检索和更新有关大面积区域的信息。可以使用人造卫星与遥感设备、道路、水源、环境和其他与森林防火有关的信息进行记录。图像面积大、图像速度快、成本低，可以随时监测森林火灾的爆发和森林火灾的动态变化。

（2） GIS在森林火灾中的作用

GIS 与人脑兼容，管理和分析获取的信息，为决策者提供丰富而清晰的地图。创建与地图属性相关的数据库，例如天气数据、火灾日志数据、消防队数据、林区数据、道路数据、住宅区数据、保护机构数据、火灾、社会经济数据。属性数据可以与图形数据库、地图（空间）、属性信息有机结合，相互收集、综合分析。

（3） GPS在森林火灾中的作用

GPS 是一种 GPS 接收器，它使用 24 颗均匀分布的空间卫星在一个方向上连续广播用户的家。它的重要功能是对某些数据源进行准确的放置和记录。GPS可以将地理位置转换为GIS数据格式，输入GIS，通过GIS生成地图。例如，可以使用 GPS 在 GIS 中记录火灾区域的边缘、交通路线和防火墙。 GPS 可以将现场记录的地理位置转换为点、线或多边形数据。

2.3S技术的优势

卫星、通信技术和电子计算机的发展，促成了全球定位信息系统、遥感与地理信息系统科学技术的迅速发展，并推动着三者间更大程度的融合。定时测距与导航卫星，全球定位信息系统能够充分运用卫星导航和监测能力，实时、迅速地确定目标所在星球上的地理坐标，从而设计更为合理的路径搜索目标。而遥感技术的应用，尤其是遥感气象卫星，能够真实、迅速、动态地捕捉地表上各种环境因素的变化趋势，从而有助于人类及时评价地表自然环境的变迁。而地理信息系统则是空气数据分析综合使用的重要平台。通过使用计算机信息技术，对各类数据分析实现地理信息的叠加、运算与建模，提高了地理環境资源数据分析的附加值，为进行定位、规划与决策支持提供了良好的技术手段。经过三者的融合，目前三s科技已形成了一个有机的整体。遥感主要用来即时捕捉有关地球地形与环境演变的大量动态、快节奏的数据。全球定位系统为所捕获的数据迅速给出地理位置信号，为遥感数据分配到正确的空间位置，同时检测并校正数据的正确性。

四、森林火灾应急管理

森林火灾的爆发和发展是一个不断变化的过程。目前有复杂的属性。这包括各个方面的因素，包括地形和起伏特征、气象和气候变化以及火灾等自然环境因素。分配积分也有人为的原因。因此，仅凭个人的经验是难以控制森林火灾的。3s技术还可以为森林防火提供非常强大的技术支持。传统上已经证明，火源无法提供准确的地理坐标，也无法在电子地图上显示火情位置，这也给应急小组带来不便。地理信息系统与遥感技术相结合，可以精确定位火灾位置并获取其地理位置。消防员可以利用坐标快速找到起火原因。遥感图像不准确的图像可以分辨出火灾的位置，瞬时捕捉的面积大，时间短，但不准确的图像使到火灾位置的具体路径不能显示。在这种情况下，地理信息系统中需要一个地理参考。使用后的记录图像可以准确反映火灾现场的地理位置，以便快速响应。此时，借助全球定位系统，可以确定一条有意义的飞行路径。气象数据对于火灾警报和火灾趋势分析非常重要。信息化管理需要集成3S技术，应用地理信息系统主要是为了预防森林火灾。地理信息系统的主体是信息技术，这与信息管理的演进是一致的。

1.森林灭火救灾应急响应分级与标准

我们可以按照自然灾害分级的一般准则，即按照森林大火可能引起的破坏程度、紧急程度以及社会发展程度，把森林大火警报分成四种等级。最严重的是Ⅰ级，最重要的是Ⅱ级，最严重的是Ⅲ级。

2.森林火灾救灾应急响应阶段划分与决策

阶段：森林大火的紧急响应，是地方各级人民政府和有关机构紧急管理工作的一部分，属自然灾害管理范围。森林大火的紧急响应，通常包括在事前、事中、事后三个阶段.

紧急决定：基础决定是管理工作的核心内容，而紧急决定则是紧急反应和紧急指挥的核心内容。扑救森林大火和救灾工作的紧急决定，可包括初始决定、过程决定和事后决定。可用资料的严重短缺，决定了环境高度不确定性和复杂化，决定目标与结果之间的动态偶然因素。而不可预见性则是决策单元的中心目标，并直接受到决策流程、决定对象发展的不确定性等环境特征的影响。这就要求了决策者采取果断、科学和有意识的行动。应急决定流程包含决定、决定对象、决定工作目标、决定工作环境、决定流程，以及决定计划。在扑救森林大火和赈灾救援工作中，以及预防森林大火等自然灾害中，都应当将尊重科学、守法、消防标准和民防人员安全放在首位。

五、结语

森林火灾是森林的天敌。火灾可以在一天之内将大片茂密的森林变成灰烬，对土地和人口造成严重破坏。同时，林区正在失去林区，很容易导致水土流失。洪水、干旱、风沙灾害都会影响农业的稳定和高产。伴随现代社会的发展，遥感科技、地方信息体系、计算机技术、航空航天工程等新科技的进展，并结合了现代科学管理的应用，已作为防治森林火灾的先进技术手段，奠定了科技前提。本文总结了火灾等级分类标准，并介绍了警前方法和森林火灾模型。经过广泛的分析和研究，符合我国的国家要求。 它提出了如何及时应对严重森林火灾的策略，适当的准备，强大的决策科学，以及最大限度地减少森林火灾造成的损失的有效措施。

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