地理信息系统在森林防火中的应用浅析∗——以雾灵山国家级自然保护区为例

苗雨飞

（河北雾灵山国家级自然保护区管理中心，河北 承德 067300）

森林火灾是世界性的重大灾害，通过使用计算机及网络技术可对其有效预防和控制[1-2]。基于网络通信和GIS的地理信息系统，能为森林防火提供所需信息数据，在森林防火过程中发挥着重要作用。本文旨在探讨地理信息系统在雾灵山国家级自然保护区森林防火应用，以期为国内其他省区森林防火提供参考。

1 案例背景概述

雾灵山是国家级自然保护区，坐落于河北省兴隆县北部，地处京、津、唐、承4市中间，地理坐标为117°17′E～117°35′E，40°29′N～40°38′N，属森林生态系统类型自然保护区。保护区总面积14 246.9 hm2，有林面积10 522.0 hm2，森林覆盖率93%[3]。雾灵山国家级自然保护区生物物种资源丰富，是京津绿色屏障和重要水源地。雾灵山为国家重点防火区，森林防火工作为保护区重点工作[4-5]。2016年，雾灵山国家级自然保护区开始建立地理信息系统，并在未来几年加以完善[6]。

2 地理信息系统在森林防火中的主要应用

2.1 生态资源监控

2.1.1 相机监控 雾灵山国家级自然保护区自2015年起将红外相机应用于生态资源监控，记录保护区内的动植物种类，这为以后进一步开展动植物资源管护、灾后调查提供技术条件基础[7-8]。雾灵山国家级自然保护区将9个样线共33个红外相机监控点位整合进地理信息系统（见表1）。

表1 地理信息系统内红外相机监控数据Tab.1 Monitoring data of infrared camera in GIS

2.1.2 视频监控 视频监控可实时进行监控，并配合先进数据算法进行火灾预警，其监测范围广，定位精度高，可在第一时间发现森林火情，并结合地理信息系统进行精准定位，查出火情发生具体位置[1]。在灾后调查方面，视频监控可结合地理信息系统中火情所在地自然环境、森林资源等数据，判断出火灾危害程度。雾灵山国家级自然保护区目前共有20个视频监控点位整合进地理信息系统。大多数视频监控安装在铁塔上，可视范围广。部分摄像头有热成像功能，即使在光照条件较差或雨雪雾等恶劣天气条件下也可呈现较佳图像效果。通过地理信息系统中的模拟遥控器，可对任一点位的摄像头进行遥控，当发现目标时可进行视频追踪。

2.2 野外巡护

野外巡护一直是雾灵山国家级自然保护区森林防火的重点工作，通过野外巡护可及时发现火灾火情、制止一些非法活动，确保保护区资源安全[9]。保护区已购入一批带有GPS定位功能的手持终端，并将手持终端和地理信息系统进行数据联通。

2.2.1 巡护路线确定 雾灵山国家级自然保护区巡护区域以沟谷为单位划分，再通过实地查看比较选择巡护路线。一般由已有山路、易攀爬的小山脊作为基础路线，以重点保护动植物所在地区作为备选路线。巡护人员按照确定巡护路线进行巡护，观察可视范围内有无破坏资源、野外用火等行为[10-11]。

2.2.2 手持终端应用 目前，手持终端已向14个巡护区域40 余名巡护人员发放，用于野外巡护和资源调查。手持终端可通过GPS实时定位，把巡护路线、巡护时间传输至地理信息系统。同时，地理信息系统提供回放功能，能查询指定时间内的巡护路线。手持终端还有拍照和摄像功能，所拍摄的照片和视频资料可以同步传输到地理信息系统，随时保留有用资料，供后期使用。

2.3 森林火灾应急管理 在森林火灾扑救过程中，成功的应急管理决策能够减少更多损失[12-13]。森林火灾应急管理，指发生森林火灾时，能通过对火灾实时监控和资源数据进行火灾扑救辅助决策[14-15]。地理信息系统能为森林火灾应急管理提供技术和数据支持，为扑火指挥者的决策提供信息保障。地理信息系统能提供火场地形、地貌、森林资源等数据信息，同时把一线人员采集的火情信息录入更新扑火指挥者随时完善扑火方案[16-17]。在进行火灾扑救时，地理信息系统能准确将扑火方案传到每一个手持终端上，并对主要位置点进行GPS标注。

3 地理信息系统进一步发展分析

3.1 增强保护区内无线网络建设

由于保护区地形复杂，网络基础设施建设尚不完善。部分地区不能提供实时网络通信，遇到紧急事件时会发生网络拥挤、信息延迟等问题，导致火场内外通信不畅，浪费扑救时间[18]。

雾灵山国家级自然保护区在相关部门大力支持下，将对31个指定地点安装无线Wi-Fi设备，通过光缆进行信号传输，部分地点需添加太阳能发电系统，指定地点周边范围内（无山林房屋阻隔）空旷环境下无线覆盖率半径达到150 m以上，使监测设备进入覆盖范围内能快速稳定地连接互联网络进行上传下载工作。

3.2 增加重要数据模块

3.2.1 增加气象数据 雾灵山国家级自然保护区与当地气象部门合作，在保护区内顶峰和莲花池地区合作设置了两处地面气象观测站，对保护区附近的气象进行观测。场所选定、仪器安装调试已完成并投入常规观测使用。未来将两处地面气象观测站测量出的气象数据整合至地理信息系统，用于保护区森林防火或自然灾害预警。

3.2.2 增加水源地数据 雾灵山国家级自然保护区目前的扑火方式主要为以水灭火，通过森林消防水车运送扑火用水，扑火队员携带高压水泵、水带、风水灭火机等扑火设备，迅速到达指定点位开展扑救。以水灭火过程中，水源是重中之重。雾灵山处于高海拔、高纬度地区，冬春季节水源冰封严重，无法随时供给森林消防所需用水[19]。针对此问题，保护区的解决方案是建设固定水源地，准备根据接力运水合理距离建设7个大型储水罐，保证森林消防用水。建成后，可将储水罐GPS定位数据录入地理信息系统，在制定扑火方案时可就近取水，节约时间。

3.3 添加智能化功能

目前，地理信息系统里所有数据为外部导入，尚无对数据进行自主分析和处理的智能化功能。两处地面气象观测站建成后，可根据气象数据和数据库中的可燃物分布情况，建立保护区内分区域火险等级预告，并将预告发送给区域的手持终端。未来，可采购智能摄像头，根据GPS和云台的角度进行火点定位，传出火情警报和自动制定应急预案。

4 结语

森林防火任务严峻，森林防火技术应与时俱进。利用网络通信和GIS技术的地理信息系统已成为森林防火监测和火灾扑救指挥决策必要辅助手段。地理信息系统的应用，能为森林防火日常管理和火灾发生提供扑救决策辅助数据，还能在灾后评估中提供有效数据，提高森林防火现代化水平。为保持地理信息系统先进性，雾灵山国家级自然保护区地理信息系统的设计有待进一步完善。