我国林火监测体系发展现状探析

摘要：指出了林火监测是森林防火工作中非常重要的环节之一，是及时发现火情、科学扑救森林火灾的重要手段。介绍了林火监测在火灾预防和扑救中的重要性，详细阐述了现有林火监测手段的技术方法和应用现状，具体分析了卫星监测、航空监测、近地面观测和地面巡逻各监测手段的优越性及其局限性，并对今后我国林火监测体系的发展进行了展望。

关键词：林火监测；森林火灾；监测技术

中图分类号：S7

文献标识码：A文章编号：16749944（2016）12018803

1引言

森林是陆地生态系统的重要组成部分，对维持生态平衡、改善生态环境、保持生物多样性意义重大。森林火灾作为森林三大自然灾害之首，不仅对社会、经济、生态环境造成不良影响，还会威胁林区人民生命财产安全。随着全国林业“六大工程”的全面实施和林业生态文明建设的大力推进，我国森林覆盖率大幅提升，保护森林安全的任务日益繁重。近年来，受全球气候变暖、林农间种、森林旅游活动频繁等因素的影响，森林火灾时有发生。林火监测是森林防火工作中非常重要的环节之一，是及时发现火情、科学扑救森林火灾的重要手段。我国林火监测手段按空间位置可划分为卫星监测、航空监测、近地面观测和地面巡逻4个层次，已基本形成立体林火监测体系。现阶段，提升监测水平、优化监测手段，提高协同作战能力是实现“预防为主、积极消灭”战略方针的有效途径，是当前和今后一段时期内需要面临的重要课题之一。

2卫星监测

2.1技术方法及应用现状

卫星林火监测以卫星作为空间平台，通过其搭载的扫描辐射计探测地球表面物体的辐射值，依据林火温度远高于其背景地表温度这一特性完成林区热点监测。卫星监测是当代高新技术在森林防火应用的重要标志，是林火监测发展的前沿领域。现阶段，应用的气象卫星有美国NOAA系列、EOS系列和我国FY3系列卫星。NOAA 系列卫星星下点分辨率约1.1 km，地面扫描宽度2700 km，三条轨道可完全覆盖全国。NOAA/AVHRR的第3通道光谱范围为3.55～3.93 μm，对温度反应十分敏感，适合林区森林火灾的宏观监测。EOS系列卫星目前在轨运行的有TERRA和AQUA，扫描宽度2330 km，其最主要仪器是中分辨率成像光谱仪（MODIS）共有36个通道，分辨率有250 m、500 m和1000 m3种，与NOAA和FY3系列相比具有良好的时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率。FY3系列卫星是我国第二代极轨气象卫星，其总体性能已接近或达到欧洲的METOP和美国的NPP极轨气象卫星水平。

2.2优点及其局限性

卫星监测是当今科技含量最高的森林火灾监测方法，具有时效性高、监测范围广、连续性强等优点，不仅可对林区进行日常宏观监测，而且可对重大森林火灾的发展蔓延进行连续跟踪监测，还可用于过火面积的概略统计、火灾损失的初步估算及地面植被的恢复调查提供数据参考。其不足之处有以下几点：一是当前气象卫星还不具备穿透较厚云层探测云下高温热辐射能力，卫星监测森林火灾容易受到云雾的遮挡；二是受卫星姿态、卫星轨道的影响，造成热点位置、像素大小存在误差；三是应用林火监测的气象卫星普遍空间分辨率较低，对较小林区热点灵敏度不高。

3航空监测

3.1技术方法及应用现状

航空监测主要通过航空护林飞机或无人驾驶飞机沿护林航线在火险等级较高的重点林区上空通过目视或借助设备监测火情的一种方法，其中包括飞机巡护和无人机巡护两种方式。1952年4月1日，我国第一架航空护林飞机在牡丹江基地成功起飞，填补了我国利用飞机进行森林消防工作的空白[1]。目前，我国已建立了南、北两大航空护林体系，随着生态文明建设纳入治国方略，我国的森林航空消防将步入快速发展的“黄金时期”。护林飞机按机体外部形状分为固定翼飞机和直升机。其中固定翼飞机主要进行日常巡护和化学灭火工作，机型有Y-5、Y-12、N-5、M-18、GA-200等；直升机则可以载人巡护、升高瞭望观测、机（索、滑）降灭火、吊桶灭火、运送物资及消防人员等，有AS-350、M-8、Z-9、EC-135、M-171、K-32、M-26等主要机型。

近年来，国内外都在积极开展无人机的民用研究，并在资源遥感、环境评估、航空测绘、精准农业、气象探测和人工影响天气等领域取得了可喜成绩[2]，而在森林火灾监测中的应用尚处于初始阶段。无人机监测林火原理是利用搭载机身的电子设备，如高清CCD数码相机、多光谱成像仪、红外扫描仪等，按地面控制人员划定的路线进行空中巡查，实时将空中获取的数据通过无线数据链路系统传回地面控制站，再经地面控制站进行处理分析后传送至防火部门。

3.2优点及其局限性

飞机巡护具有侦查范围广、反应速度快、视野开阔、方位准确等优点，弥补了卫星监测空间分辨率较低和近地面观测、地面巡逻监测范围小的不足，是森林防火工作中不可替代的监测手段。60多年来我国航空消防取得了显著的成果，但也存在制约其发展的不利因素：一是机源紧张，成本较高。由于我国经济社会发展与航空消防对飞机的内在需求不同步，加之国家扶持力度不够，导致通航企业引进飞机的积极性不高，飞机的数量和性能不能满足当前防火工作的实际需要[3]。另外，航空护林系统每年需向军、民航租用各类飞机上百架，租用价格昂贵，耗费国家大量的财力。二是国家对航空护林资金投入不足。航空护林场站建设是航空护林事业健康发展的物质基础，但由于专项经费不足，有些航空护林站设施设备老化，机场跑道、停机坪等基础设施年久失修，风化破损严重，直接威胁飞行安全[4]。

无人机作为新型的航空平台已成为当今航空科技发展的热点之一，它以方便快捷、性价比高、机动灵活、全天候作业等优越性被应用到我国森林防火领域，但目前还处于起步阶段，还有许多待完善的地方。首先，以燃油作为动力输出的无人机在林区上空作业其安全性备受关注，若发生意外坠落极易引起森林火灾，若通过其他动力组合降低这种风险，但续航时间也会大打折扣，巡护效率将受到影响[5]。其次，还需面临以下几个问题：一是如何提高无人机搭载能力；二是如何提升无人机的控制水平；三是如何保证数据传输的可靠性；四是如何降低机身重量，提高灵活性[6]。

4近地面观测

4.1技术方法及应用现状

近地面观测主要有瞭望观察和远程视频监控两种形式。瞭望观察是瞭望员在塔台上通过肉眼或望远镜进行环绕查看，用定位仪确定方位，在地形图上定位火场地理坐标、森林资源分布以及林相情况。瞭望观察必须配备相应的仪器设备，如瞭望观测设备、气象观测设备、定位设备、通讯设备、电源设备、林区地形图及办公用品等。瞭望员置身于山中，对林内可燃物状况和气候变化引起的火险等级波动了如指掌，可随时向指挥中心提供第一手资料，还可监测林业生产性用火、非生产性用火、野外违章用火和农事用火等威胁森林资源安全的林区用火[7]。

随着物联网技术、视频监控技术及GIS技术的日臻成熟，远程视频监控广泛地应用到交通、电力、安防等各个领域。与此同时，林火远程视频监控系统越来越多地被我国基层防火组织部门所采用，该系统主要由前段采集、网络传输、后端控制及相关软件四部分构成，不仅可以实现视频查看、火情识别、火情定位、火情报警、地理信息显示，而且可以进行灾损分析、林火蔓延分析、最短路径分析及防火辅助决策等功能[8]，对林火监测具有较强的可操作性和现实意义。

4.2优点及其局限性

瞭望观察是经济水平相对落后地区所采用的监测方法，是我国林火监测体系中不可或缺的重要组成部分。它能够随时查看火势蔓延、发展及变化情况，为在最短时间扑灭森林火灾提供准确、详实的火场信息[9]。与其他手段相比存在以下不足：一是受地形、地势的限制存在监测死角和空白，很难实现林区全覆盖，并且瞭望塔在前期建造和后期管护及人员培训需投入大量的人力、物力及财力；二是与国外发达国家还存在一定差距，我国瞭望观测科技水平还不高，自动化和网络化程度有待提升。

目前，我国监测林火的主要措施是建立远程视频监控系统，该系统可以对林区进行24 h不间断监控，以林火发现及时、火点定位精确、指挥保障有力等优越性被基层防火部门所青睐。但也存在一些瓶颈问题，一是传统的视频监控系统的理论监测半径大约数十千米左右，受地形的影响监测林火范围有限；二是监控设备大部分架设到地处偏远的重点林区，信息传输体系建设成本高、维护难度大[10]；三是视频监控空间规划布局难度较大，有时无法避免重复监测或存在监测空白。

5地面巡逻

5.1技术方法及应用现状

地面巡逻是由护林员、森林防火专业人员在各自防火检查区内，根据森林火险等级预报，针对重点区域进行不同时段、不同空间密度的巡逻，检查监督来往行人和车辆遵守防火制度情况，宣传群众控制人为火源，检查生产用火和生活用火情况等。早在20世纪50年代我国就依靠步行、骑马或自行车进行巡逻监测林区火情，是当时监测林火的主要方式，特别是对居民点和火源较多及其它措施遗漏的盲区效果较好。目前，多以摩托车携带扑火工具或汽车载人巡逻，不仅可以深入林区腹地扩大巡逻范围，又能在发现林火时及时扑救。实践证明，地面巡逻是有效控制火源、及时发现森林火灾隐患和迅速实施扑救的一种有效措施，是林区基层单位森林防火的一项重要职责。

5.2优点及其局限性

地面巡逻是林区火情监测中最为原始的监测手段，最大的优点是具有较强的针对性，防火部门可有针对性地派护林员到易发生火情的敏感区域做好森林防火宣传教育，对当地村民野外非法用火进行制止，及时消除火灾隐患，协助乡、村等有关部门查处火情，减少人为引起的森林火灾的发生。其不足之处主要表现为以下几个方面：首先，受人为因素影响较大，一些意识淡薄、责任心不强的护林员时而未按规定的时限对区域进行检查，或常常因巡视不到位无法保证戒严期阻止所有人员进入林区，从而导致森林火灾的发生；其次，在确定火灾位置上常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大位置偏差，并且地域偏远、交通不便的林区无法开展地面巡逻工作；再次，地面巡逻工作量较大，人员处于森林底层，视线遮挡严重，观察范围有限，效率低下。

6结语

随着全国森林防火信息化建设的大力推进，国家和地方各级部门相继启动或完成了森林防火监测系统建设，为防火部门提供了大写的火情信息服务。但总体来讲，目前我国林火监测技术水平仍落后于世界发达国家。近年来，新的林火监测技术，如红外线探火、电视探火、地波雷达探火、雷击火监测系统、微波探火和卫星探火等发展相当迅速，这些新技术的应用大大提高了林火监测的及时性和准确性[11]。多年来的研究与实践表明，林火监测的及时和准确是减少森林火灾发生的关键，是实现“打早、打小、打了”的有力保障。森林火灾监测体系是一项综合性协同业务，我们只有不断地推广应用先进的科技手段，对林火进行全方位、全覆盖、全天候监控，努力构建多元化的森林火灾监测体系，才能有效地巩固我国的生态文明建设成果，实现可持续发展战略目标。

参考文献：

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[3]裴建元，余新燕，张桂林. 江西航空护林的现状及创新发展策略研究[J]. 森林防火，2015（2）：45～48.

[4]张宝柱，孙继生. 对我国航空护林发展问题的思考[J]. 森林防火，2004（4）：38～40.

[5]马瑞升，杨斌，张利辉，等. 微型无人机林火监测系统的设计与实现[J]. 浙江农林大学学报，2012（5）：783～789.

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[7]于文东，何伟杰. 浅谈瞭望塔在林火监测体系中的应用[J]. 林业科技情报，2008（3）：28～29.

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[9]崔勤善，王艳玲. 瞭望台在林火监测体系中的应用[J]. 森林防火，2004（1）：27～28.

[10]刘霞. 试析新疆区森林防火视频监控和指挥中心建设[J]. 森林防火，2014（3）：5～7.

[11]何青宝，邢康. 护林防火技术[J]. 现代农业科技，2013（7）：198.

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