我國林火監(jiān)測體系發(fā)展現(xiàn)狀探析

李洪雙

(國家林業(yè)局北方航空護林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

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我國林火監(jiān)測體系發(fā)展現(xiàn)狀探析

李洪雙

(國家林業(yè)局北方航空護林總站，黑龍江 哈爾濱 150027)

摘要：指出了林火監(jiān)測是森林防火工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，是及時發(fā)現(xiàn)火情、科學撲救森林火災的重要手段。介紹了林火監(jiān)測在火災預防和撲救中的重要性，詳細闡述了現(xiàn)有林火監(jiān)測手段的技術方法和應用現(xiàn)狀，具體分析了衛(wèi)星監(jiān)測、航空監(jiān)測、近地面觀測和地面巡邏各監(jiān)測手段的優(yōu)越性及其局限性，并對今后我國林火監(jiān)測體系的發(fā)展進行了展望。

關鍵詞：林火監(jiān)測；森林火災；監(jiān)測技術

1引言

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對維持生態(tài)平衡、改善生態(tài)環(huán)境、保持生物多樣性意義重大。森林火災作為森林三大自然災害之首，不僅對社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境造成不良影響，還會威脅林區(qū)人民生命財產(chǎn)安全。隨著全國林業(yè)“六大工程”的全面實施和林業(yè)生態(tài)文明建設的大力推進，我國森林覆蓋率大幅提升，保護森林安全的任務日益繁重。近年來，受全球氣候變暖、林農(nóng)間種、森林旅游活動頻繁等因素的影響，森林火災時有發(fā)生。林火監(jiān)測是森林防火工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，是及時發(fā)現(xiàn)火情、科學撲救森林火災的重要手段。我國林火監(jiān)測手段按空間位置可劃分為衛(wèi)星監(jiān)測、航空監(jiān)測、近地面觀測和地面巡邏4個層次，已基本形成立體林火監(jiān)測體系?，F(xiàn)階段，提升監(jiān)測水平、優(yōu)化監(jiān)測手段，提高協(xié)同作戰(zhàn)能力是實現(xiàn)“預防為主、積極消滅”戰(zhàn)略方針的有效途徑，是當前和今后一段時期內需要面臨的重要課題之一。

2衛(wèi)星監(jiān)測

2.1技術方法及應用現(xiàn)狀

衛(wèi)星林火監(jiān)測以衛(wèi)星作為空間平臺，通過其搭載的掃描輻射計探測地球表面物體的輻射值，依據(jù)林火溫度遠高于其背景地表溫度這一特性完成林區(qū)熱點監(jiān)測。衛(wèi)星監(jiān)測是當代高新技術在森林防火應用的重要標志，是林火監(jiān)測發(fā)展的前沿領域?，F(xiàn)階段，應用的氣象衛(wèi)星有美國NOAA系列、EOS系列和我國FY3系列衛(wèi)星。NOAA 系列衛(wèi)星星下點分辨率約1.1 km，地面掃描寬度2700 km，三條軌道可完全覆蓋全國。NOAA/AVHRR的第3通道光譜范圍為3.55～3.93 μm，對溫度反應十分敏感，適合林區(qū)森林火災的宏觀監(jiān)測。EOS系列衛(wèi)星目前在軌運行的有TERRA和AQUA，掃描寬度2330 km，其最主要儀器是中分辨率成像光譜儀(MODIS)共有36個通道，分辨率有250 m、500 m和1000 m3種，與NOAA和FY3系列相比具有良好的時間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率。FY3系列衛(wèi)星是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，其總體性能已接近或達到歐洲的METOP和美國的NPP極軌氣象衛(wèi)星水平。

2.2優(yōu)點及其局限性

衛(wèi)星監(jiān)測是當今科技含量最高的森林火災監(jiān)測方法，具有時效性高、監(jiān)測范圍廣、連續(xù)性強等優(yōu)點，不僅可對林區(qū)進行日常宏觀監(jiān)測，而且可對重大森林火災的發(fā)展蔓延進行連續(xù)跟蹤監(jiān)測，還可用于過火面積的概略統(tǒng)計、火災損失的初步估算及地面植被的恢復調查提供數(shù)據(jù)參考。其不足之處有以下幾點：一是當前氣象衛(wèi)星還不具備穿透較厚云層探測云下高溫熱輻射能力，衛(wèi)星監(jiān)測森林火災容易受到云霧的遮擋；二是受衛(wèi)星姿態(tài)、衛(wèi)星軌道的影響，造成熱點位置、像素大小存在誤差；三是應用林火監(jiān)測的氣象衛(wèi)星普遍空間分辨率較低，對較小林區(qū)熱點靈敏度不高。

3航空監(jiān)測

3.1技術方法及應用現(xiàn)狀

航空監(jiān)測主要通過航空護林飛機或無人駕駛飛機沿護林航線在火險等級較高的重點林區(qū)上空通過目視或借助設備監(jiān)測火情的一種方法，其中包括飛機巡護和無人機巡護兩種方式。1952年4月1日，我國第一架航空護林飛機在牡丹江基地成功起飛，填補了我國利用飛機進行森林消防工作的空白[1]。目前，我國已建立了南、北兩大航空護林體系，隨著生態(tài)文明建設納入治國方略，我國的森林航空消防將步入快速發(fā)展的“黃金時期”。護林飛機按機體外部形狀分為固定翼飛機和直升機。其中固定翼飛機主要進行日常巡護和化學滅火工作，機型有Y-5、Y-12、N-5、M-18、GA-200等；直升機則可以載人巡護、升高瞭望觀測、機(索、滑)降滅火、吊桶滅火、運送物資及消防人員等，有AS-350、M-8、Z-9、EC-135、M-171、K-32、M-26等主要機型。

近年來，國內外都在積極開展無人機的民用研究，并在資源遙感、環(huán)境評估、航空測繪、精準農(nóng)業(yè)、氣象探測和人工影響天氣等領域取得了可喜成績[2]，而在森林火災監(jiān)測中的應用尚處于初始階段。無人機監(jiān)測林火原理是利用搭載機身的電子設備，如高清CCD數(shù)碼相機、多光譜成像儀、紅外掃描儀等，按地面控制人員劃定的路線進行空中巡查，實時將空中獲取的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)傳回地面控制站，再經(jīng)地面控制站進行處理分析后傳送至防火部門。

3.2優(yōu)點及其局限性

飛機巡護具有偵查范圍廣、反應速度快、視野開闊、方位準確等優(yōu)點，彌補了衛(wèi)星監(jiān)測空間分辨率較低和近地面觀測、地面巡邏監(jiān)測范圍小的不足，是森林防火工作中不可替代的監(jiān)測手段。60多年來我國航空消防取得了顯著的成果，但也存在制約其發(fā)展的不利因素：一是機源緊張，成本較高。由于我國經(jīng)濟社會發(fā)展與航空消防對飛機的內在需求不同步，加之國家扶持力度不夠，導致通航企業(yè)引進飛機的積極性不高，飛機的數(shù)量和性能不能滿足當前防火工作的實際需要[3]。另外，航空護林系統(tǒng)每年需向軍、民航租用各類飛機上百架，租用價格昂貴，耗費國家大量的財力。二是國家對航空護林資金投入不足。航空護林場站建設是航空護林事業(yè)健康發(fā)展的物質基礎，但由于專項經(jīng)費不足，有些航空護林站設施設備老化，機場跑道、停機坪等基礎設施年久失修，風化破損嚴重，直接威脅飛行安全[4]。

無人機作為新型的航空平臺已成為當今航空科技發(fā)展的熱點之一，它以方便快捷、性價比高、機動靈活、全天候作業(yè)等優(yōu)越性被應用到我國森林防火領域，但目前還處于起步階段，還有許多待完善的地方。首先，以燃油作為動力輸出的無人機在林區(qū)上空作業(yè)其安全性備受關注，若發(fā)生意外墜落極易引起森林火災，若通過其他動力組合降低這種風險，但續(xù)航時間也會大打折扣，巡護效率將受到影響[5]。其次，還需面臨以下幾個問題：一是如何提高無人機搭載能力；二是如何提升無人機的控制水平；三是如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；四是如何降低機身重量，提高靈活性[6]。

4近地面觀測

4.1技術方法及應用現(xiàn)狀

近地面觀測主要有瞭望觀察和遠程視頻監(jiān)控兩種形式。瞭望觀察是瞭望員在塔臺上通過肉眼或望遠鏡進行環(huán)繞查看，用定位儀確定方位，在地形圖上定位火場地理坐標、森林資源分布以及林相情況。瞭望觀察必須配備相應的儀器設備，如瞭望觀測設備、氣象觀測設備、定位設備、通訊設備、電源設備、林區(qū)地形圖及辦公用品等。瞭望員置身于山中，對林內可燃物狀況和氣候變化引起的火險等級波動了如指掌，可隨時向指揮中心提供第一手資料，還可監(jiān)測林業(yè)生產(chǎn)性用火、非生產(chǎn)性用火、野外違章用火和農(nóng)事用火等威脅森林資源安全的林區(qū)用火[7]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術、視頻監(jiān)控技術及GIS技術的日臻成熟，遠程視頻監(jiān)控廣泛地應用到交通、電力、安防等各個領域。與此同時，林火遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越多地被我國基層防火組織部門所采用，該系統(tǒng)主要由前段采集、網(wǎng)絡傳輸、后端控制及相關軟件四部分構成，不僅可以實現(xiàn)視頻查看、火情識別、火情定位、火情報警、地理信息顯示，而且可以進行災損分析、林火蔓延分析、最短路徑分析及防火輔助決策等功能[8]，對林火監(jiān)測具有較強的可操作性和現(xiàn)實意義。

4.2優(yōu)點及其局限性

瞭望觀察是經(jīng)濟水平相對落后地區(qū)所采用的監(jiān)測方法，是我國林火監(jiān)測體系中不可或缺的重要組成部分。它能夠隨時查看火勢蔓延、發(fā)展及變化情況，為在最短時間撲滅森林火災提供準確、詳實的火場信息[9]。與其他手段相比存在以下不足：一是受地形、地勢的限制存在監(jiān)測死角和空白，很難實現(xiàn)林區(qū)全覆蓋，并且瞭望塔在前期建造和后期管護及人員培訓需投入大量的人力、物力及財力；二是與國外發(fā)達國家還存在一定差距，我國瞭望觀測科技水平還不高，自動化和網(wǎng)絡化程度有待提升。

目前，我國監(jiān)測林火的主要措施是建立遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對林區(qū)進行24 h不間斷監(jiān)控，以林火發(fā)現(xiàn)及時、火點定位精確、指揮保障有力等優(yōu)越性被基層防火部門所青睞。但也存在一些瓶頸問題，一是傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的理論監(jiān)測半徑大約數(shù)十千米左右，受地形的影響監(jiān)測林火范圍有限；二是監(jiān)控設備大部分架設到地處偏遠的重點林區(qū)，信息傳輸體系建設成本高、維護難度大[10]；三是視頻監(jiān)控空間規(guī)劃布局難度較大，有時無法避免重復監(jiān)測或存在監(jiān)測空白。

5地面巡邏

5.1技術方法及應用現(xiàn)狀

地面巡邏是由護林員、森林防火專業(yè)人員在各自防火檢查區(qū)內，根據(jù)森林火險等級預報，針對重點區(qū)域進行不同時段、不同空間密度的巡邏，檢查監(jiān)督來往行人和車輛遵守防火制度情況，宣傳群眾控制人為火源，檢查生產(chǎn)用火和生活用火情況等。早在20世紀50年代我國就依靠步行、騎馬或自行車進行巡邏監(jiān)測林區(qū)火情，是當時監(jiān)測林火的主要方式，特別是對居民點和火源較多及其它措施遺漏的盲區(qū)效果較好。目前，多以摩托車攜帶撲火工具或汽車載人巡邏，不僅可以深入林區(qū)腹地擴大巡邏范圍，又能在發(fā)現(xiàn)林火時及時撲救。實踐證明，地面巡邏是有效控制火源、及時發(fā)現(xiàn)森林火災隱患和迅速實施撲救的一種有效措施，是林區(qū)基層單位森林防火的一項重要職責。

5.2優(yōu)點及其局限性

地面巡邏是林區(qū)火情監(jiān)測中最為原始的監(jiān)測手段，最大的優(yōu)點是具有較強的針對性，防火部門可有針對性地派護林員到易發(fā)生火情的敏感區(qū)域做好森林防火宣傳教育，對當?shù)卮迕褚巴夥欠ㄓ没疬M行制止，及時消除火災隱患，協(xié)助鄉(xiāng)、村等有關部門查處火情，減少人為引起的森林火災的發(fā)生。其不足之處主要表現(xiàn)為以下幾個方面：首先，受人為因素影響較大，一些意識淡薄、責任心不強的護林員時而未按規(guī)定的時限對區(qū)域進行檢查，或常常因巡視不到位無法保證戒嚴期阻止所有人員進入林區(qū)，從而導致森林火災的發(fā)生；其次，在確定火災位置上常因地形地勢崎嶇、森林茂密而出現(xiàn)較大位置偏差，并且地域偏遠、交通不便的林區(qū)無法開展地面巡邏工作；再次，地面巡邏工作量較大，人員處于森林底層，視線遮擋嚴重，觀察范圍有限，效率低下。

6結語

隨著全國森林防火信息化建設的大力推進，國家和地方各級部門相繼啟動或完成了森林防火監(jiān)測系統(tǒng)建設，為防火部門提供了大寫的火情信息服務。但總體來講，目前我國林火監(jiān)測技術水平仍落后于世界發(fā)達國家。近年來，新的林火監(jiān)測技術，如紅外線探火、電視探火、地波雷達探火、雷擊火監(jiān)測系統(tǒng)、微波探火和衛(wèi)星探火等發(fā)展相當迅速，這些新技術的應用大大提高了林火監(jiān)測的及時性和準確性[11]。多年來的研究與實踐表明，林火監(jiān)測的及時和準確是減少森林火災發(fā)生的關鍵，是實現(xiàn)“打早、打小、打了”的有力保障。森林火災監(jiān)測體系是一項綜合性協(xié)同業(yè)務，我們只有不斷地推廣應用先進的科技手段，對林火進行全方位、全覆蓋、全天候監(jiān)控，努力構建多元化的森林火災監(jiān)測體系，才能有效地鞏固我國的生態(tài)文明建設成果，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標。

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收稿日期：2016-05-03

作者簡介：李洪雙(1980—)，男，工程師，主要從事林火預警監(jiān)測工作。

中圖分類號：S7

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)12-0188-03

Analysis of the Current Situation of the Development of China’s Forest Fire Monitoring System

Li Hongshuang

(TheNorthernAdministrationofAviationForestProtection,HarbinHeilongjiang150027,China)

Abstract:Forest fire monitoring is one of the important links in forest fire prevention workand it is a means to find the fire timely and to fight forest fires scientifically. This paper briefly introduced the importance of forest fire monitoring in fire prevention and fightingand expounded the existing technical methods and application status of forest fire monitoring means.It analyzed the superiority and limitation of monitoring meansofsatellite monitoring and air monitoring innear-surface observation and ground patrols.And the development of forest fire monitoring system in China in the future was prospected.

Key words:forest fire monitoring; forest fire; monitoring technology