运用地理信息系统技术进行森林防火的分析

张玲

（济南市林场，山东 济南 250000）

0 引言

全球资源日渐匮乏，森林是人类生存的基础，森林一经发生火灾便会烧死树木、破坏森林，同时造成树种的演替，弱化森林自身价值，为林区基础设施和人员生命安全构成威胁。充分以地理信息系统技术为核心，助力森林防火工作推进，可显著增强森林防火预测可靠性、火灾扑救科学性，提升森林防火水平。森林防火工作作为一项复杂性工作，受多方面因素的影响，线下森林防火工作现状不容忽视，应借力地理信息系统技术提高森林防火效率及质量。

1 地理信息系统技术及其用于森林防火的优势

GIS 信息系统主要对地理信息进行收集、存储、分析及管理，对空间信息的管理和分析是其优势，主要兼容、存储、管理和分析等计算机系统，作为分析和高效化处理海量数据通用技术。地理信息系统技术在实际应用进程中，需依靠计算机及软件，对计算机系统存储信息及数据进行整合分析，且将分析结果给予相应领域。目前，GIS 已在多个领域广泛应用，且取得较佳成效，促进了我国经济发展，特别在森林防火领域具有显著优势，为防火工作效率提升提供助力，保护我国森林资源。GIS 系统数据源主要通过实测、统计及卫星遥感数据转换等，转换为具有空间地理特征的信息，可实现处于火灾发生之前，持续性提供火灾发生背景和条件信息，有利于确定部分火灾发生概率较高的区域、时段和危险程度，制定应对措施，减轻火灾产生的损失；火灾发生过程中，可充分利用地理信息技术，持续性监测火灾进程和发展态势，及时将相关信息反馈至防火扑救中心，有助于高效、及时组织相应救助活动；火灾发生后可处于大范围内实施高速反应，精准检查地区内受损状况，进行精准性评估，为现代化森林防火工作提供强有力的支撑。

2 森林防火工作现状及问题分析

森林火灾作为一种突发性强、发生面广、破坏性大的自然灾害，其烧毁大量林木时，严重威胁整个森林生态系统平衡，我国高度重视森林防火工作，对其提出相应的要求。据调研数据显示，我国2020 年共发生森林火灾1153 起，受害森林面积8526hm2，同比下降51%、27%，2021 年春季森林防火工作形势严峻，1—2 月全国共发生森林火灾329 起，2020 年同期相比增加79.8%，估测春防期间，部分区域内局部高温、大风天气增多，火险等级逐步提升，其实际防火存在问题体现在以下3个方面。

（1）GPS 火点定位技术的延时性。现下森林防火工作实施过程中，使用频次较高的便为GPS，该技术虽然可捕捉火点，但由于其信息传输速度、加工处理的影响，人们获知森林火灾火点时，火情难以及时高效化控制，存在一定的延时醒，难以从本质层面将火灾事故带来的影响将至最小化，森林防火工作实际任务目标和成果难以凸显。

（2）火情判定与控制缺乏稳定性。利用CPS 技术获取的信息做出的火情判断不仅存在上述延误状况，而且因火情持续性扩展和延伸，GPS 技术难以及时、高效捕捉和展示各类信息，因此当下森林管理人员判定火情和控制时，实际状况缺乏稳定性，即便部分经验丰富的人员可以凭借自身主观经验做出符合现场实际的判断和决策，但其具有一定的偶然性，稳定性仍难以把控。

（3）火情现场模拟表现抽象性。地图作为森林防火工作开展的导向，更是实施火灾现场指挥和发布各类救援指令的参考，火灾事故现场直观、真实的仿真模拟程度，直接与森林管理人员制定科学、合理的救援决策息息相关，传统二维平面地图实际呈现形式难以直观呈现森林地形、水文分布等地理信息，存在一定的抽象性。若现场相关人员对森林火灾发生的地理实际状况缺少熟悉度，难以制定最合理、最有效的决策[1]。

3 运用地理信息系统技术进行森林防火策略和方法

我国森林资源日渐匮乏，每年森林发生上万次火灾，产生严重的经济损失，尤其是森林大火，其处于地形复杂、不利植被条件等因素，火势蔓延速度快，短时间内无法扑灭，产生严重的损失。要在短周期内制定相应的扑救决策方案，控制整个火势，对决策者提出新的要求，为最大程度减少火灾带来的损失，短时间内能确定决策方案，充分利用地理信息系统技术可实现该目标。

3.1 利用地理信息系统技术实现林区信息统一管理

林区存在大量信息时管理部门应动态化掌握，如植被分布状况、经济林面积、防火设施的分布等，可充分利用地理信息系统技术，构建完善的信息数据库，建立不同的图层实现对空间信息、属性信息统一化管理，将内码空间信息与属性信息充分联系和融合，方可精准性查询具体的属性信息，为后续日常和灾时决策提供可靠的信息。为高质量完成森林防火工作，需依附日常基础能力的建设，只有充分确保数据基础储备，方可保证森林火灾发生时能及时决策。森林防火数据库充分整合多方面信息，不仅包含基础地理信息数据、专题地理信息数据，而且包含防火专题要素、重点关注要素等，可满足日常管理和战时应急基本需求。

3.2 森林防火应急储备图应用

完整、精准收集上述相关数据，将此类数据编制为相应的地图，将其作为应急储备用图，发生火灾时即可投入使用，提高整个救灾效率，节省大量的救灾时间。充分利用地理信息技术生成多个储备图，为后续森林防火工作的实施提供助力，主要包含以下几方面：第一，地理现状图。充分将土地上覆盖的各类要素，如林地、草地等相关资源，以及相关旅游景点、自然保护区等叠加至图上，形成完整的地理现状图，为后续应急指挥过程中精准性判定火情发展主趋提供帮助，合理配置整个救援物资。第二，专题要素图。专题防火资源图主要是利用多个灭火基础设施，危险源及敏感设施专题数据，形成完整的专题资源图，为应急指挥提供使用[2]。

3.3 火灾监测、预测和预报

森林火灾实现全方位的监测、预测和预报，作为防火工作的关键，火灾的发生除气象因子的干扰外，还存在人为活动火源，所以需充分将其作为核心关键点，动态化监测可能导致火灾的特征量，实现监测预报火灾的目标。主要选取热敏、气敏传感器监测火源，对森林火灾进行跟踪探测，达成火险的预报、预测火灾。火险预报主要是以每天自身气象基本要素气温、湿度、降水缝实际测量数据为基础，精细化计算分析后发出森林火险信息，充分利用GIS 强大的数据存储和加工处理功能，构建完善的数学模型，实现火险预报目标。当下森林火灾发生因素、规律等研究并不完善，精准估测未来发生森林火灾难度较大。利用地理信息技术的电子地理图、数字地面模型和电子沙盘，可构建仿真模型，实现处于任何状况下数字地面模拟机电子地图上蔓延和扩展状况，结合预测的可能火灾实际状况制定与之相吻合的森林火灾管理方案，为防火后续整体资源规划和布设提供支撑。

3.4 利用地理信息优化防火道开设

开设防火道作为高效化把控森林火灾重要举措，防火道实际开设方案确定，主要取决于不同时间火场边界到达实际部位，确定该边界位置应综合性考量多方面因素，包含大火发生风速、空气湿度和土壤含水量。通过上述火蔓延条件开展模拟实验，建立相应的数学模型，计算处于此类干扰因素下的火场情况，初步计算防火道。具体实践防火道开设时，部分陡坡区域内开设防火道，难以提升其实际效率，以及无法减少火灾引发的损失。充分利用地理信息技术可高效化解决改问题，将林区等高线输入计算机内，通过其软件进行精准性计算林区陡坡图，提取相应的地带形成新的陡坡图，将计算出初步防火道与该图实现空间叠加，若防火道与陡坡图存在衔接部位，获取其叠加部位形成绕过陡坡的防火道[3]。

3.5 利用地理信息技术对防火设施科学调度

林区一经发生火情，需及时做好现场组织进行全方位扑救，利用地理信息技术可便捷调度人力物力，主要体现在以下两个方面。

（1）防火设施分布的确定。充分将道路图、水系图、地形图等林区相关信息实时传输至计算机内，分别作为独立的图层，构建完善的数学模型精准性计算明确防火点最佳分布状况。正式建立数学模型过程中，应积极考量以下几方面因素：①防火点建议距离道路较近，可确保各防火点间实际基础设施灵活性调用，防火点的防火能力应最大限度覆盖全部植被分布；②处于关键区域内经济林和景点分布区适当增加防火点数及其基础设施，处于易发生火灾地带增加防火点数量或加强防火设施的防火能力。

（2）防火设施和消防人员的调度。从初期发现火情至后续开展扑救工作时间周期短，要求处于较短时间内作出合理的调度方案，利用地理信息系统技术可达成该目标。充分选用地理信息技术的距离分析功能，可精准性确定距离火场最近的防火点，若此类防火点自身能力无法满足灭火要求，可从周围距离最近区域内灵活性调度基础设施；利用地理信息网络分析功能可确定到达火场途径最近；利用地理信息资源分配功能可确定不同位置的火场需投入实际消防人数等。通过上述实际调度方案，可基于相应数学模型、设计人机对话应用程度实现，呈现以较低成本获取较大成效的执行方案[4]。

3.6 利用地理信息系统技术实现灾后损失评估

森林火灾扑灭后做好精细化损失评估十分关键，使用地理信息技术可发挥关键性作用，将初期开设的防火道以多边形为特征建立图层，将其与林区植被分区图层完成空间叠加，进而获取被火灾损毁的森林植被分布，获取不同类别实际损失具体面积，通过计算获取相应的经济损失。灾后评估系统可对引发火灾原因、背景做好调查和管理，对现场不同林业危害实际状况做好数据收集。结合此类灾后信息可为相关部门提供森林整体规划策略，地理信息系统技术用于灾后管理中，可充分发挥定位系统，统计获取受火灾危害的森林片区，且通过信息化技术，对该区域内完成精准性火灾编码，有助于相关部门的查询和后续对该区域内重点防火[5]。

4 项目实践案例分析

4.1 项目地实际概况分析

该研究区域主要位于大渡河中游，其海拔处于550～4021m，当下该区域内森林覆盖率为45.3%，人均占有林地为0.2hm2，低于该省平均水平；大部分有林地为自然更新的冷杉、阔叶杂木林和少量云杉、落叶松等，以经济价值较低和材质较差的树种占优势，其中中幼龄林超过90%，平均公顷活立木蓄积量不超过36m3。该县城年平均气温为17.9℃，无霜期300d，日照时常为1475.8h，年活动积温为5844.7℃，年均降雨量为741.8mm。

4.2 地理信息系统技术实践

通过利用信息系统技术，可将该区域内相关图层属性数据库内数据进行分析，以此精准性划分火险等级，其主要取决于公顷蓄积量，该数值较大的区域内植被较多，起火后易快速蔓延，引发大面积火灾，火险等级较高。结合该研究区域内实际状况，将其划分为三个火险区，即Ⅰ级火险区，实际总面积为8651.8hm2，Ⅱ级火险区实际总面积为17341.82hn2，Ⅲ级火险区，其实际总面积为80862.36hn2；该研究区域内受地形、地质、气象等因素的影响，水土流失较为严重，其处于冬春季节森林发生火灾的风险较高，可结合火险等级划分结果与各项因子相结合便可预测预报火灾发生时间、地点，阔叶林和混交林场发生火灾风险较高；高强度的火灾可将土壤化学、物理性质损伤，降低土壤自身保水性，促使地下水位升高，不利于森林更新。该研究区域内发生火灾后，可充分利用计算机软件，发挥地理信息系统技术优势，统计计算损失林地面积以及建筑受损状况，为灾后恢复工作提供参考。

5 结语

地理信息内部涵盖多个信息技术手段，可从图像、定位、数据管理等方面对森林防火工作进行高效化管控，提高整个防火工作效率及质量。地理信息系统技术凭借自身优势，用于森林防火工作中，可精准估测监测火势及其具体位置，并对其产生的损失统计，为防火决策制定提供现代化支撑，减少森林火灾的发生。