基于森林防火现状与意义的智慧林业探讨

孟超

（保定市人民政府森林草原防火指挥部办公室，河北 保定 071000）

基于森林防火现状与意义的智慧林业探讨

孟超

（保定市人民政府森林草原防火指挥部办公室，河北 保定 071000）

森林是与人类生存息息相关的重要生态资源，森林火灾一旦大规模发生，会将多年的绿化成果毁于一旦，对我国生态文明建设构成严重威胁。森林火灾的许多不良后果还没法用数字严格计算。智慧林业是指充分利用云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。介绍了智慧林业的概念、功能，综合阐述了智慧林业模式在森林防火中的应用前景与效益评价。

智慧林业；森林防火；应用；效益评价；大数据

1 森林防火的意义

1.1森林防火的背景

林业资源是林地及其所生长的有机体的总称，以林木资源为主，还包括林下植物、野生动物、土壤微生物等资源。林业资源是地球上最重要的资源之一，是生物多样化的基础，是人类赖以生存必不可少的资源之一。

举世公认，加强对以林业为主体的生态保护和建设是解决气候变化的两大主要途径之一。在过去的20多年中，全球森林资源锐减，全球森林吸收温室气体的能力下降了40%，有大约1/4的碳排放是由于森林砍伐引起的。2007年9月8日，时任国家主席胡锦涛出席悉尼APEC非正式会议，提出了“森林方案”，强调通过森林恢复和增长，增加碳汇，减缓气候变化；2009年9月22日，在纽约G20气候变化峰会上又提出用“森林碳汇”来减缓气候变化。发展林业是应对全球气候变化的战略选择[1]。

1.2森林火灾的危害及起因

火灾是森林的大敌，森林火灾是当今世界发生面广、危害性大、时效性强、处置救助极难的自然灾害。森林火灾不仅对生态环境、自然景观和野生动植物造成巨大危害，而且严重危及人民生命财产安全，严重干扰社会稳定和经济建设。毁林开荒，非法砍伐也是导致森林蓄积量下降的因素之一。以河北省为例，引起森林火灾的原因主要有人为火和天然火两种。人为火源主要是由于人们在林区生产生活用火不慎而造成的。据统计，河北省的森林火灾，人为火占总火源的98%左右。

1.3森林防火的必要性

当前森林防火工作面临的形势依然十分严峻。

一是林业地位日趋重要，森林防火工作任务越来越重。特别是随着国家六大生态工程的实施，造林绿化速度加快，质量提高，有林地面积特别是易着火的中幼林面积逐年增加，森林防火任务越来越重[2]。

二是气候条件变化异常，对森林防火工作十分不利。入夏以来，雨水较少，气温将较常年偏高，高火险天气将会集中出现，森林火险等级居高不下，对森林防火工作十分不利，增加了发生森林火灾的概率。

三是林内可燃物增多，发生森林大火的危险性越来越大。近年来，我国实施封山育林、公益林保护等重点林业工程项目效果显著，且大部分林区多年没有发生大的森林火灾，林内枯枝落叶杂草等易燃物越积越多。随时都有发生林火的危险，且极易酿成大的火灾，一旦起火，难于扑救。

四是林区社情林情复杂，火源管理的难度越来越大。①进入林区人员增多。随着林区开发特别是生态旅游的兴起，进入林区旅游度假的人员大量增加，这些人员活动分散，防火意识差，野外火源管理难度很大。②人为故意纵火的隐患加大。随着打击破坏森林资源和野生动植物资源违法犯罪活动等措施的全面落实，一些不法分子产生报复心理，存在故意纵火的隐患。③一些地方，特别是山区封建迷信活动有所抬头，上坟烧纸、烧香、燃放鞭炮屡禁不止，增加了森林火灾的隐患。④社会不稳定因素增多。随着我国加入WTO和经济、政治体制改革的不断深入，各种社会利益的再调整，一些人心理不平衡，有可能报复社会。

五是基础设施落后，控制扑救森林火灾的能力依然没有得到明显改变。多数地方的森林防火基础设施装备严重不足，现有的设施设备年久失修，难以满足防扑火的需要。因此，加强森林防火工作是保护国家和人民生命财产安全，加快林业发展的需要；是维护林区长治久安，保护社会稳定的需要，是改善生态环境，促进经济可持续发展的需要，功在当代，利在千秋。

2 森林防火的发展现状

2.1国外森林防火技术

如德国的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统、美国的护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻及加拿大的卫星巡回监测系统等，技术虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂。有的技术方案基础设施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。

2.2国内采用的监测方法

2.2.1地面巡护

地面巡护，主要任务是宣传群众，控制人为火源，深入瞭望台观测的死角进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄，确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，如需进行地面巡护，需花费相当的交通费用及人员工资，所以只能用视频监测方法来弥补。

2.2.2瞭望台监测

瞭望台监测，是通过瞭望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情。它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足是无生活条件的偏远林区不能设瞭望台；观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白；对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；瞭望是一种依靠瞭望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。另外瞭望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。

2.2.3航空巡护

航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快，同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时飞机难以起飞；同时巡视受航线、时间的限制；而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾；固定飞行费用2000元/小时，成本高。由于目前的飞行费用无法满足航空巡护需要，就要用定点视频监测来弥补其不足。

2.2.4卫星遥感

卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。能够发现热点，监测火场蔓延的情况，及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。

2.3国内森林防火工作中存在的问题

我国现阶段的森林火灾防范大多数采取的措施是宣传教育，由森林防火指挥部安排护林员或其他人员对重点时段、重点区域野外火源进行人工巡查和管理，建立灭火扑救队等措施。根据大多数地方的实际情况分析，有限的护林员面对大范围的林区资源进行巡护时，很难做到较大范围的巡查覆盖，而且大多数林区的道路条件不好，到达每个瞭望塔需要花费较长的时间，无论是巡查覆盖范围还是时效性都不能满足现阶段日益增长的林区人员活动的监护巡查需要[3]。

尽管近几年来各地做了大量的森林防火工作，但从总体上看还处于预防上死看死守，扑救上人海战术，指挥上凭老经验，手段上原始落后的初级水平。森林防火工作中一些深层次矛盾尚未得到根本解决，特别是在改革开放和建立社会主义市场经济的新形势下，森林防火工作面临很多新情况和新问题，任务越来越重，要求越来越高。

3 智慧林业在森林防火中的应用

森林防火有效的手段是能够对林区的资源进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测，能够对林区内的明火或者烟雾自动报警，并且能够将火点的位置定位，通过这种方式可以解决因人工护林造成的森林防火不足的情况。而智慧林业可以利用地理信息（GIS）、遥感（GPS）等信息技术、大型集中监控技术，结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，满足现代化的森林防火要求。

3.1智慧林业的定义

智慧林业是指充分利用云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。智慧林业是智慧地球的重要组成部分，是未来林业创新发展的必由之路，是统领未来林业工作、拓展林业技术应用、提升林业管理水平、增强林业发展质量、促进林业可持续发展的重要支撑和保障。智慧林业的核心是利用现代信息技术，建立一种智慧化发展的长效机制，实现林业高效高质发展；智慧林业的关键是通过制定统一的技术标准及管理服务规范，形成互动化、一体化、主动化的运行模式；智慧林业的目的是促进林业资源管理、生态系统构建、绿色产业发展等协同化推进，实现生态、经济、社会综合效益最大化。智慧林业的本质是以人为本的林业发展新模式，不断提高生态林业和民生林业发展水平，实现林业的智能、安全、生态、和谐。智慧林业主要是通过立体感知体系、管理协同体系、生态价值体系、服务便捷体系等来体现智慧林业的智慧[4]。

3.2智慧林业在森林防火中的实现途径

通过智慧林业的模式，达到对森林火灾的智能预警，实现森林防火工作的升级，从而实现国家、省、市、县4级林业部门信息的快速流转、森林防火安全的实时管理、森林气候变化的实时监测和数据更新、森林火灾预防、火灾扑救指挥的辅助决策、森林火灾的灾后评估等多方面功能，实现森林防火业务的数字化、网络化、可视化和智能化，实现信息的规范管理和共享利用。

3.2.1前端部分

前端部分采用固定基站、手持基站、手机APP相结合的方法，及时、有效地反馈火情。前段部分一般由视频采集系统、智能烟火识别系统、供电系统、防盗报警系统、气象检测系统、GPS检测系统、基站控制系统、防雷接地系统、铁塔基建系统等系统组成，通过摄像机和镜头对基站附近数公里范围林区进行视频监控图像采集[5]。

当布放于森林中的固定基站监测到温度、湿度、烟感等参数有较大变化时，系统可按预先设定的参数数值实现黄色、红色预警提醒。出现预警提醒时，监控中心大屏自动弹出相应位置林区的相关资料，并提醒值班人员进行指挥调度处理。一旦发现疑似烟火，立即通过智能烟火识别系统对图像进行分析，并同时向后端监控中心发送报警信号，将基站的监控视频图像和各种控制信号传回监控中心。

手持基站是护林员在森林火灾发生时，即时通过手持智能终端对火场进行拍照、描述并实时上传至指挥中心，指挥中心收到信息后，系统能够在监控大屏自动弹出该条信息内容，并实现声光报警，同时通过上传的经纬度信息自动识别火场位置。通过卫星遥感观测的经纬度数据进行搜索定位，借助模糊查询及固定基站视频监控来进行火点准确定位，自动探测出远距离火焰、车辆、人员等林地热源目标，及时分析，实时告警。

手机APP是指各地森林防火指挥部通过制作智能手机软件，并鼓励全社会进行安装，当有群众出行时发现山火，可以立即通过软件将火情报告当地森林防火指挥部。

同时，也可将3种前端采集方式通过无线方式联系起来，当发生火情时，可以第一时间得到情况，护林员也可以通过信息推送，第一时间赶往火场。

3.2.2传输网络

传输网络是实现前端部分视频图像及各种信号传输到后端监控中心的必要的组成部分，主要有两种方式，第一种采用有线光缆进行传输，第二种方式采用无线网络进行传输。对于距离较近或者已有光缆的情况下采用有线光缆，在可以选择传输网络时，优先考虑采用无线网络传输系统。

传输网络是构建森林防火智能远程监控系统的重要组成部分。前端的监控视频图像、双向控制信号、报警信息、火点定位等重要信息都需要通过网络传回到监控中心。与普通监控不同，森林防火智能监控一般距离监控中心都较远，需要采用有线光缆或者无线网络才能够实现远距离传输。由于智能化的森林防火监控系统现在及未来需要通过传输网络承载更多的视频、图像、数据、语音等信息，所以传输网络需要采用基于IP技术的数字化网络[6]。

3.2.3后端部分

后端部分是整个森林防火智能监控的处理中心，所有前端的视频监控图像、报警信息、监控前端基站的远程控制、输出展示等均在后端监控管理中心完成。

后端联网监控管理平台是森林防火智能监控系统重要的智能化监控存储、管理、控制、监视、展示、自动报警、火点自动定位及展示等综合功能的整合。通过后端联网监控管理平台可以实现对前端基站监控视频图像的保存，以及通过大屏幕电视墙在指挥中心展示，通过联网监控管理平台实现远程操作和控制前端基站的重型数字云台等设备进行大范围、大视野的监控；通过网络实现与上、下级单位联网形成统一的联网智能监控管理系统[7]。

3.3智慧林业在森林防火中的效益评价

3.3.1经济效益评价

通过智慧林业在森林防火中的应用，将使森林火灾的预防、预报水平及扑救手段再上一个新台阶，对火情能够做到早发现、早扑救，既降低森林火灾引起的森林资源和其他野生动植物资源的损失，又降低森林火灾的扑救费用。

3.3.2生态效益评价

通过智慧林业在森林防火中的应用，可以增强预防和控制森林火灾的能力，对维持森林生态系统，保持生物多样性，使森林充分发挥水土保持、调节气候、防风固沙、防治污染、美化环境等生态作用有着极其重要的作用。

3.3.3社会效益评价

通过智慧林业在森林防火中的应用，不仅能大大减轻森林火灾的危害程度，更好地保护森林资源和人民生命财产的安全。同时，随着森林火灾的有效控制，生态环境的改善和森林资源的增加，带动林业二、三产业的迅猛发展，从而进一步促进经济繁荣和社会进步。

4 智慧林业在森林防火中的作用和意义

4.1森林防火智能预警系统的作用

通过智慧林业模式的应用，可以实现对森林防火数字化、网络化的远程监控调度指挥，实现县（区）、地（市）、省、国家4级联网的互联互通、资源共享的功能。它以森林现场图像采集为中心，以远程通信网为传输平台，将光电转换技术、数字图像处理技术、微波无线/光缆有线传输技术、通信网络技术、计算机软件技术等高新技术综合应用于森林防火监测和资源管理中，实现了在指挥中心对重点地段的林火、非法采伐及非法狩猎进行实时监控及救扑行动的指挥调度[8]。

4.2森林防火智能预警系统的意义

通过智慧林业模式的应用，可以全面提升森林防火的现代化管理水平，是促进城市林业建设和森林防火信息化建设、实现可持续发展和跨越式发展的积极手段；是加速森林防火宏观决策科学化、监测预警智能化、指挥通信现代化，推进经济发展，全面构建和谐的有效保障；对全面提升森林防火手段和科学决策水平，适应现代林业建设要求具有深远的意义[9]。

[1]张道光.森林草原防火面临的形势任务及存在的问题和对策［J］.内蒙古林业，2008，（12）：20.

[2]河北省人民政府关于进一步加强森林草原防火工作的意见［J］.河北林业，2011，（5）：13-14．

[3]李树森，于咏梅．对森林草原防火信息化建设的思考［J］.内蒙古林业，2008，（5）：10.

[4]中国智慧林业发展指导意见[S].国家林业局，2013．

[5]吴信才.地理信息系统原理与方法（第二版）[M].北京∶电子工业出版社，2009．

[6]刘少军，甄久立.智能视频监控系统在森林防火上的应用［J］.林业科技情报，2012，44（2）：16-17，29．

[7]赵驼，罗传文.基于Skyline的三维网络地理信息系统的研究［J］.森林工程，2013，29（3）：100-114．

[8]胡文英，赵耘.地理信息系统在林业上的应用现状及其前景［J］.西部林业科学，2004，33（2）：99-102．

[9]袁凤军，廖声熙.地理信息系统（GIS）在我国林业上的应用［J］.林业调查规划，2002，27（5）：5-9．

（责任编辑 陈小华）

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2015-10-27