張玲

（濟(jì)南市林場，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

全球資源日漸匱乏，森林是人類生存的基礎(chǔ)，森林一經(jīng)發(fā)生火災(zāi)便會燒死樹木、破壞森林，同時造成樹種的演替，弱化森林自身價值，為林區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施和人員生命安全構(gòu)成威脅。充分以地理信息系統(tǒng)技術(shù)為核心，助力森林防火工作推進(jìn)，可顯著增強(qiáng)森林防火預(yù)測可靠性、火災(zāi)撲救科學(xué)性，提升森林防火水平。森林防火工作作為一項復(fù)雜性工作，受多方面因素的影響，線下森林防火工作現(xiàn)狀不容忽視，應(yīng)借力地理信息系統(tǒng)技術(shù)提高森林防火效率及質(zhì)量。

1 地理信息系統(tǒng)技術(shù)及其用于森林防火的優(yōu)勢

GIS 信息系統(tǒng)主要對地理信息進(jìn)行收集、存儲、分析及管理，對空間信息的管理和分析是其優(yōu)勢，主要兼容、存儲、管理和分析等計算機(jī)系統(tǒng)，作為分析和高效化處理海量數(shù)據(jù)通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)在實際應(yīng)用進(jìn)程中，需依靠計算機(jī)及軟件，對計算機(jī)系統(tǒng)存儲信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，且將分析結(jié)果給予相應(yīng)領(lǐng)域。目前，GIS 已在多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且取得較佳成效，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別在森林防火領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，為防火工作效率提升提供助力，保護(hù)我國森林資源。GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)源主要通過實測、統(tǒng)計及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等，轉(zhuǎn)換為具有空間地理特征的信息，可實現(xiàn)處于火災(zāi)發(fā)生之前，持續(xù)性提供火災(zāi)發(fā)生背景和條件信息，有利于確定部分火災(zāi)發(fā)生概率較高的區(qū)域、時段和危險程度，制定應(yīng)對措施，減輕火災(zāi)產(chǎn)生的損失；火災(zāi)發(fā)生過程中，可充分利用地理信息技術(shù)，持續(xù)性監(jiān)測火災(zāi)進(jìn)程和發(fā)展態(tài)勢，及時將相關(guān)信息反饋至防火撲救中心，有助于高效、及時組織相應(yīng)救助活動；火災(zāi)發(fā)生后可處于大范圍內(nèi)實施高速反應(yīng)，精準(zhǔn)檢查地區(qū)內(nèi)受損狀況，進(jìn)行精準(zhǔn)性評估，為現(xiàn)代化森林防火工作提供強(qiáng)有力的支撐。

2 森林防火工作現(xiàn)狀及問題分析

森林火災(zāi)作為一種突發(fā)性強(qiáng)、發(fā)生面廣、破壞性大的自然災(zāi)害，其燒毀大量林木時，嚴(yán)重威脅整個森林生態(tài)系統(tǒng)平衡，我國高度重視森林防火工作，對其提出相應(yīng)的要求。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，我國2020 年共發(fā)生森林火災(zāi)1153 起，受害森林面積8526hm2，同比下降51%、27%，2021 年春季森林防火工作形勢嚴(yán)峻，1—2 月全國共發(fā)生森林火災(zāi)329 起，2020 年同期相比增加79.8%，估測春防期間，部分區(qū)域內(nèi)局部高溫、大風(fēng)天氣增多，火險等級逐步提升，其實際防火存在問題體現(xiàn)在以下3個方面。

（1）GPS 火點定位技術(shù)的延時性。現(xiàn)下森林防火工作實施過程中，使用頻次較高的便為GPS，該技術(shù)雖然可捕捉火點，但由于其信息傳輸速度、加工處理的影響，人們獲知森林火災(zāi)火點時，火情難以及時高效化控制，存在一定的延時醒，難以從本質(zhì)層面將火災(zāi)事故帶來的影響將至最小化，森林防火工作實際任務(wù)目標(biāo)和成果難以凸顯。

（2）火情判定與控制缺乏穩(wěn)定性。利用CPS 技術(shù)獲取的信息做出的火情判斷不僅存在上述延誤狀況，而且因火情持續(xù)性擴(kuò)展和延伸，GPS 技術(shù)難以及時、高效捕捉和展示各類信息，因此當(dāng)下森林管理人員判定火情和控制時，實際狀況缺乏穩(wěn)定性，即便部分經(jīng)驗豐富的人員可以憑借自身主觀經(jīng)驗做出符合現(xiàn)場實際的判斷和決策，但其具有一定的偶然性，穩(wěn)定性仍難以把控。

（3）火情現(xiàn)場模擬表現(xiàn)抽象性。地圖作為森林防火工作開展的導(dǎo)向，更是實施火災(zāi)現(xiàn)場指揮和發(fā)布各類救援指令的參考，火災(zāi)事故現(xiàn)場直觀、真實的仿真模擬程度，直接與森林管理人員制定科學(xué)、合理的救援決策息息相關(guān)，傳統(tǒng)二維平面地圖實際呈現(xiàn)形式難以直觀呈現(xiàn)森林地形、水文分布等地理信息，存在一定的抽象性。若現(xiàn)場相關(guān)人員對森林火災(zāi)發(fā)生的地理實際狀況缺少熟悉度，難以制定最合理、最有效的決策[1]。

3 運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行森林防火策略和方法

我國森林資源日漸匱乏，每年森林發(fā)生上萬次火災(zāi)，產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，尤其是森林大火，其處于地形復(fù)雜、不利植被條件等因素，火勢蔓延速度快，短時間內(nèi)無法撲滅，產(chǎn)生嚴(yán)重的損失。要在短周期內(nèi)制定相應(yīng)的撲救決策方案，控制整個火勢，對決策者提出新的要求，為最大程度減少火災(zāi)帶來的損失，短時間內(nèi)能確定決策方案，充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)可實現(xiàn)該目標(biāo)。

3.1 利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)林區(qū)信息統(tǒng)一管理

林區(qū)存在大量信息時管理部門應(yīng)動態(tài)化掌握，如植被分布狀況、經(jīng)濟(jì)林面積、防火設(shè)施的分布等，可充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，構(gòu)建完善的信息數(shù)據(jù)庫，建立不同的圖層實現(xiàn)對空間信息、屬性信息統(tǒng)一化管理，將內(nèi)碼空間信息與屬性信息充分聯(lián)系和融合，方可精準(zhǔn)性查詢具體的屬性信息，為后續(xù)日常和災(zāi)時決策提供可靠的信息。為高質(zhì)量完成森林防火工作，需依附日?；A(chǔ)能力的建設(shè)，只有充分確保數(shù)據(jù)基礎(chǔ)儲備，方可保證森林火災(zāi)發(fā)生時能及時決策。森林防火數(shù)據(jù)庫充分整合多方面信息，不僅包含基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、專題地理信息數(shù)據(jù)，而且包含防火專題要素、重點關(guān)注要素等，可滿足日常管理和戰(zhàn)時應(yīng)急基本需求。

3.2 森林防火應(yīng)急儲備圖應(yīng)用

完整、精準(zhǔn)收集上述相關(guān)數(shù)據(jù)，將此類數(shù)據(jù)編制為相應(yīng)的地圖，將其作為應(yīng)急儲備用圖，發(fā)生火災(zāi)時即可投入使用，提高整個救災(zāi)效率，節(jié)省大量的救災(zāi)時間。充分利用地理信息技術(shù)生成多個儲備圖，為后續(xù)森林防火工作的實施提供助力，主要包含以下幾方面：第一，地理現(xiàn)狀圖。充分將土地上覆蓋的各類要素，如林地、草地等相關(guān)資源，以及相關(guān)旅游景點、自然保護(hù)區(qū)等疊加至圖上，形成完整的地理現(xiàn)狀圖，為后續(xù)應(yīng)急指揮過程中精準(zhǔn)性判定火情發(fā)展主趨提供幫助，合理配置整個救援物資。第二，專題要素圖。專題防火資源圖主要是利用多個滅火基礎(chǔ)設(shè)施，危險源及敏感設(shè)施專題數(shù)據(jù)，形成完整的專題資源圖，為應(yīng)急指揮提供使用[2]。

3.3 火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)測和預(yù)報

森林火災(zāi)實現(xiàn)全方位的監(jiān)測、預(yù)測和預(yù)報，作為防火工作的關(guān)鍵，火災(zāi)的發(fā)生除氣象因子的干擾外，還存在人為活動火源，所以需充分將其作為核心關(guān)鍵點，動態(tài)化監(jiān)測可能導(dǎo)致火災(zāi)的特征量，實現(xiàn)監(jiān)測預(yù)報火災(zāi)的目標(biāo)。主要選取熱敏、氣敏傳感器監(jiān)測火源，對森林火災(zāi)進(jìn)行跟蹤探測，達(dá)成火險的預(yù)報、預(yù)測火災(zāi)。火險預(yù)報主要是以每天自身氣象基本要素氣溫、濕度、降水縫實際測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，精細(xì)化計算分析后發(fā)出森林火險信息，充分利用GIS 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和加工處理功能，構(gòu)建完善的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)火險預(yù)報目標(biāo)。當(dāng)下森林火災(zāi)發(fā)生因素、規(guī)律等研究并不完善，精準(zhǔn)估測未來發(fā)生森林火災(zāi)難度較大。利用地理信息技術(shù)的電子地理圖、數(shù)字地面模型和電子沙盤，可構(gòu)建仿真模型，實現(xiàn)處于任何狀況下數(shù)字地面模擬機(jī)電子地圖上蔓延和擴(kuò)展?fàn)顩r，結(jié)合預(yù)測的可能火災(zāi)實際狀況制定與之相吻合的森林火災(zāi)管理方案，為防火后續(xù)整體資源規(guī)劃和布設(shè)提供支撐。

3.4 利用地理信息優(yōu)化防火道開設(shè)

開設(shè)防火道作為高效化把控森林火災(zāi)重要舉措，防火道實際開設(shè)方案確定，主要取決于不同時間火場邊界到達(dá)實際部位，確定該邊界位置應(yīng)綜合性考量多方面因素，包含大火發(fā)生風(fēng)速、空氣濕度和土壤含水量。通過上述火蔓延條件開展模擬實驗，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計算處于此類干擾因素下的火場情況，初步計算防火道。具體實踐防火道開設(shè)時，部分陡坡區(qū)域內(nèi)開設(shè)防火道，難以提升其實際效率，以及無法減少火災(zāi)引發(fā)的損失。充分利用地理信息技術(shù)可高效化解決改問題，將林區(qū)等高線輸入計算機(jī)內(nèi)，通過其軟件進(jìn)行精準(zhǔn)性計算林區(qū)陡坡圖，提取相應(yīng)的地帶形成新的陡坡圖，將計算出初步防火道與該圖實現(xiàn)空間疊加，若防火道與陡坡圖存在銜接部位，獲取其疊加部位形成繞過陡坡的防火道[3]。

3.5 利用地理信息技術(shù)對防火設(shè)施科學(xué)調(diào)度

林區(qū)一經(jīng)發(fā)生火情，需及時做好現(xiàn)場組織進(jìn)行全方位撲救，利用地理信息技術(shù)可便捷調(diào)度人力物力，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）防火設(shè)施分布的確定。充分將道路圖、水系圖、地形圖等林區(qū)相關(guān)信息實時傳輸至計算機(jī)內(nèi)，分別作為獨(dú)立的圖層，構(gòu)建完善的數(shù)學(xué)模型精準(zhǔn)性計算明確防火點最佳分布狀況。正式建立數(shù)學(xué)模型過程中，應(yīng)積極考量以下幾方面因素：①防火點建議距離道路較近，可確保各防火點間實際基礎(chǔ)設(shè)施靈活性調(diào)用，防火點的防火能力應(yīng)最大限度覆蓋全部植被分布；②處于關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)林和景點分布區(qū)適當(dāng)增加防火點數(shù)及其基礎(chǔ)設(shè)施，處于易發(fā)生火災(zāi)地帶增加防火點數(shù)量或加強(qiáng)防火設(shè)施的防火能力。

（2）防火設(shè)施和消防人員的調(diào)度。從初期發(fā)現(xiàn)火情至后續(xù)開展撲救工作時間周期短，要求處于較短時間內(nèi)作出合理的調(diào)度方案，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)可達(dá)成該目標(biāo)。充分選用地理信息技術(shù)的距離分析功能，可精準(zhǔn)性確定距離火場最近的防火點，若此類防火點自身能力無法滿足滅火要求，可從周圍距離最近區(qū)域內(nèi)靈活性調(diào)度基礎(chǔ)設(shè)施；利用地理信息網(wǎng)絡(luò)分析功能可確定到達(dá)火場途徑最近；利用地理信息資源分配功能可確定不同位置的火場需投入實際消防人數(shù)等。通過上述實際調(diào)度方案，可基于相應(yīng)數(shù)學(xué)模型、設(shè)計人機(jī)對話應(yīng)用程度實現(xiàn)，呈現(xiàn)以較低成本獲取較大成效的執(zhí)行方案[4]。

3.6 利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)災(zāi)后損失評估

森林火災(zāi)撲滅后做好精細(xì)化損失評估十分關(guān)鍵，使用地理信息技術(shù)可發(fā)揮關(guān)鍵性作用，將初期開設(shè)的防火道以多邊形為特征建立圖層，將其與林區(qū)植被分區(qū)圖層完成空間疊加，進(jìn)而獲取被火災(zāi)損毀的森林植被分布，獲取不同類別實際損失具體面積，通過計算獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。災(zāi)后評估系統(tǒng)可對引發(fā)火災(zāi)原因、背景做好調(diào)查和管理，對現(xiàn)場不同林業(yè)危害實際狀況做好數(shù)據(jù)收集。結(jié)合此類災(zāi)后信息可為相關(guān)部門提供森林整體規(guī)劃策略，地理信息系統(tǒng)技術(shù)用于災(zāi)后管理中，可充分發(fā)揮定位系統(tǒng)，統(tǒng)計獲取受火災(zāi)危害的森林片區(qū)，且通過信息化技術(shù)，對該區(qū)域內(nèi)完成精準(zhǔn)性火災(zāi)編碼，有助于相關(guān)部門的查詢和后續(xù)對該區(qū)域內(nèi)重點防火[5]。

4 項目實踐案例分析

4.1 項目地實際概況分析

該研究區(qū)域主要位于大渡河中游，其海拔處于550～4021m，當(dāng)下該區(qū)域內(nèi)森林覆蓋率為45.3%，人均占有林地為0.2hm2，低于該省平均水平；大部分有林地為自然更新的冷杉、闊葉雜木林和少量云杉、落葉松等，以經(jīng)濟(jì)價值較低和材質(zhì)較差的樹種占優(yōu)勢，其中中幼齡林超過90%，平均公頃活立木蓄積量不超過36m3。該縣城年平均氣溫為17.9℃，無霜期300d，日照時常為1475.8h，年活動積溫為5844.7℃，年均降雨量為741.8mm。

4.2 地理信息系統(tǒng)技術(shù)實踐

通過利用信息系統(tǒng)技術(shù)，可將該區(qū)域內(nèi)相關(guān)圖層屬性數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此精準(zhǔn)性劃分火險等級，其主要取決于公頃蓄積量，該數(shù)值較大的區(qū)域內(nèi)植被較多，起火后易快速蔓延，引發(fā)大面積火災(zāi)，火險等級較高。結(jié)合該研究區(qū)域內(nèi)實際狀況，將其劃分為三個火險區(qū)，即Ⅰ級火險區(qū)，實際總面積為8651.8hm2，Ⅱ級火險區(qū)實際總面積為17341.82hn2，Ⅲ級火險區(qū)，其實際總面積為80862.36hn2；該研究區(qū)域內(nèi)受地形、地質(zhì)、氣象等因素的影響，水土流失較為嚴(yán)重，其處于冬春季節(jié)森林發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險較高，可結(jié)合火險等級劃分結(jié)果與各項因子相結(jié)合便可預(yù)測預(yù)報火災(zāi)發(fā)生時間、地點，闊葉林和混交林場發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險較高；高強(qiáng)度的火災(zāi)可將土壤化學(xué)、物理性質(zhì)損傷，降低土壤自身保水性，促使地下水位升高，不利于森林更新。該研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，可充分利用計算機(jī)軟件，發(fā)揮地理信息系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢，統(tǒng)計計算損失林地面積以及建筑受損狀況，為災(zāi)后恢復(fù)工作提供參考。

5 結(jié)語

地理信息內(nèi)部涵蓋多個信息技術(shù)手段，可從圖像、定位、數(shù)據(jù)管理等方面對森林防火工作進(jìn)行高效化管控，提高整個防火工作效率及質(zhì)量。地理信息系統(tǒng)技術(shù)憑借自身優(yōu)勢，用于森林防火工作中，可精準(zhǔn)估測監(jiān)測火勢及其具體位置，并對其產(chǎn)生的損失統(tǒng)計，為防火決策制定提供現(xiàn)代化支撐，減少森林火災(zāi)的發(fā)生。