苗雨飛

（河北霧靈山國家級自然保護區(qū)管理中心，河北 承德 067300）

森林火災是世界性的重大災害，通過使用計算機及網(wǎng)絡技術(shù)可對其有效預防和控制[1-2]。基于網(wǎng)絡通信和GIS的地理信息系統(tǒng)，能為森林防火提供所需信息數(shù)據(jù)，在森林防火過程中發(fā)揮著重要作用。本文旨在探討地理信息系統(tǒng)在霧靈山國家級自然保護區(qū)森林防火應用，以期為國內(nèi)其他省區(qū)森林防火提供參考。

1 案例背景概述

霧靈山是國家級自然保護區(qū)，坐落于河北省興隆縣北部，地處京、津、唐、承4市中間，地理坐標為117°17′E～117°35′E，40°29′N～40°38′N，屬森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護區(qū)。保護區(qū)總面積14 246.9 hm2，有林面積10 522.0 hm2，森林覆蓋率93%[3]。霧靈山國家級自然保護區(qū)生物物種資源豐富，是京津綠色屏障和重要水源地。霧靈山為國家重點防火區(qū)，森林防火工作為保護區(qū)重點工作[4-5]。2016年，霧靈山國家級自然保護區(qū)開始建立地理信息系統(tǒng)，并在未來幾年加以完善[6]。

2 地理信息系統(tǒng)在森林防火中的主要應用

2.1 生態(tài)資源監(jiān)控

2.1.1 相機監(jiān)控 霧靈山國家級自然保護區(qū)自2015年起將紅外相機應用于生態(tài)資源監(jiān)控，記錄保護區(qū)內(nèi)的動植物種類，這為以后進一步開展動植物資源管護、災后調(diào)查提供技術(shù)條件基礎[7-8]。霧靈山國家級自然保護區(qū)將9個樣線共33個紅外相機監(jiān)控點位整合進地理信息系統(tǒng)（見表1）。

表1 地理信息系統(tǒng)內(nèi)紅外相機監(jiān)控數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring data of infrared camera in GIS

2.1.2 視頻監(jiān)控 視頻監(jiān)控可實時進行監(jiān)控，并配合先進數(shù)據(jù)算法進行火災預警，其監(jiān)測范圍廣，定位精度高，可在第一時間發(fā)現(xiàn)森林火情，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)進行精準定位，查出火情發(fā)生具體位置[1]。在災后調(diào)查方面，視頻監(jiān)控可結(jié)合地理信息系統(tǒng)中火情所在地自然環(huán)境、森林資源等數(shù)據(jù)，判斷出火災危害程度。霧靈山國家級自然保護區(qū)目前共有20個視頻監(jiān)控點位整合進地理信息系統(tǒng)。大多數(shù)視頻監(jiān)控安裝在鐵塔上，可視范圍廣。部分攝像頭有熱成像功能，即使在光照條件較差或雨雪霧等惡劣天氣條件下也可呈現(xiàn)較佳圖像效果。通過地理信息系統(tǒng)中的模擬遙控器，可對任一點位的攝像頭進行遙控，當發(fā)現(xiàn)目標時可進行視頻追蹤。

2.2 野外巡護

野外巡護一直是霧靈山國家級自然保護區(qū)森林防火的重點工作，通過野外巡護可及時發(fā)現(xiàn)火災火情、制止一些非法活動，確保保護區(qū)資源安全[9]。保護區(qū)已購入一批帶有GPS定位功能的手持終端，并將手持終端和地理信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)聯(lián)通。

2.2.1 巡護路線確定 霧靈山國家級自然保護區(qū)巡護區(qū)域以溝谷為單位劃分，再通過實地查看比較選擇巡護路線。一般由已有山路、易攀爬的小山脊作為基礎路線，以重點保護動植物所在地區(qū)作為備選路線。巡護人員按照確定巡護路線進行巡護，觀察可視范圍內(nèi)有無破壞資源、野外用火等行為[10-11]。

2.2.2 手持終端應用 目前，手持終端已向14個巡護區(qū)域40 余名巡護人員發(fā)放，用于野外巡護和資源調(diào)查。手持終端可通過GPS實時定位，把巡護路線、巡護時間傳輸至地理信息系統(tǒng)。同時，地理信息系統(tǒng)提供回放功能，能查詢指定時間內(nèi)的巡護路線。手持終端還有拍照和攝像功能，所拍攝的照片和視頻資料可以同步傳輸?shù)降乩硇畔⑾到y(tǒng)，隨時保留有用資料，供后期使用。

2.3 森林火災應急管理 在森林火災撲救過程中，成功的應急管理決策能夠減少更多損失[12-13]。森林火災應急管理，指發(fā)生森林火災時，能通過對火災實時監(jiān)控和資源數(shù)據(jù)進行火災撲救輔助決策[14-15]。地理信息系統(tǒng)能為森林火災應急管理提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持，為撲火指揮者的決策提供信息保障。地理信息系統(tǒng)能提供火場地形、地貌、森林資源等數(shù)據(jù)信息，同時把一線人員采集的火情信息錄入更新?lián)浠鹬笓]者隨時完善撲火方案[16-17]。在進行火災撲救時，地理信息系統(tǒng)能準確將撲火方案傳到每一個手持終端上，并對主要位置點進行GPS標注。

3 地理信息系統(tǒng)進一步發(fā)展分析

3.1 增強保護區(qū)內(nèi)無線網(wǎng)絡建設

由于保護區(qū)地形復雜，網(wǎng)絡基礎設施建設尚不完善。部分地區(qū)不能提供實時網(wǎng)絡通信，遇到緊急事件時會發(fā)生網(wǎng)絡擁擠、信息延遲等問題，導致火場內(nèi)外通信不暢，浪費撲救時間[18]。

霧靈山國家級自然保護區(qū)在相關(guān)部門大力支持下，將對31個指定地點安裝無線Wi-Fi設備，通過光纜進行信號傳輸，部分地點需添加太陽能發(fā)電系統(tǒng)，指定地點周邊范圍內(nèi)（無山林房屋阻隔）空曠環(huán)境下無線覆蓋率半徑達到150 m以上，使監(jiān)測設備進入覆蓋范圍內(nèi)能快速穩(wěn)定地連接互聯(lián)網(wǎng)絡進行上傳下載工作。

3.2 增加重要數(shù)據(jù)模塊

3.2.1 增加氣象數(shù)據(jù) 霧靈山國家級自然保護區(qū)與當?shù)貧庀蟛块T合作，在保護區(qū)內(nèi)頂峰和蓮花池地區(qū)合作設置了兩處地面氣象觀測站，對保護區(qū)附近的氣象進行觀測。場所選定、儀器安裝調(diào)試已完成并投入常規(guī)觀測使用。未來將兩處地面氣象觀測站測量出的氣象數(shù)據(jù)整合至地理信息系統(tǒng)，用于保護區(qū)森林防火或自然災害預警。

3.2.2 增加水源地數(shù)據(jù) 霧靈山國家級自然保護區(qū)目前的撲火方式主要為以水滅火，通過森林消防水車運送撲火用水，撲火隊員攜帶高壓水泵、水帶、風水滅火機等撲火設備，迅速到達指定點位開展撲救。以水滅火過程中，水源是重中之重。霧靈山處于高海拔、高緯度地區(qū)，冬春季節(jié)水源冰封嚴重，無法隨時供給森林消防所需用水[19]。針對此問題，保護區(qū)的解決方案是建設固定水源地，準備根據(jù)接力運水合理距離建設7個大型儲水罐，保證森林消防用水。建成后，可將儲水罐GPS定位數(shù)據(jù)錄入地理信息系統(tǒng)，在制定撲火方案時可就近取水，節(jié)約時間。

3.3 添加智能化功能

目前，地理信息系統(tǒng)里所有數(shù)據(jù)為外部導入，尚無對數(shù)據(jù)進行自主分析和處理的智能化功能。兩處地面氣象觀測站建成后，可根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的可燃物分布情況，建立保護區(qū)內(nèi)分區(qū)域火險等級預告，并將預告發(fā)送給區(qū)域的手持終端。未來，可采購智能攝像頭，根據(jù)GPS和云臺的角度進行火點定位，傳出火情警報和自動制定應急預案。

4 結(jié)語

森林防火任務嚴峻，森林防火技術(shù)應與時俱進。利用網(wǎng)絡通信和GIS技術(shù)的地理信息系統(tǒng)已成為森林防火監(jiān)測和火災撲救指揮決策必要輔助手段。地理信息系統(tǒng)的應用，能為森林防火日常管理和火災發(fā)生提供撲救決策輔助數(shù)據(jù)，還能在災后評估中提供有效數(shù)據(jù)，提高森林防火現(xiàn)代化水平。為保持地理信息系統(tǒng)先進性，霧靈山國家級自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)的設計有待進一步完善。