孟超

（保定市人民政府森林草原防火指揮部辦公室，河北 保定 071000）

基于森林防火現(xiàn)狀與意義的智慧林業(yè)探討

孟超

（保定市人民政府森林草原防火指揮部辦公室，河北 保定 071000）

森林是與人類生存息息相關的重要生態(tài)資源，森林火災一旦大規(guī)模發(fā)生，會將多年的綠化成果毀于一旦，對我國生態(tài)文明建設構(gòu)成嚴重威脅。森林火災的許多不良后果還沒法用數(shù)字嚴格計算。智慧林業(yè)是指充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價值凸顯、服務內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式。介紹了智慧林業(yè)的概念、功能，綜合闡述了智慧林業(yè)模式在森林防火中的應用前景與效益評價。

智慧林業(yè)；森林防火；應用；效益評價；大數(shù)據(jù)

1 森林防火的意義

1.1森林防火的背景

林業(yè)資源是林地及其所生長的有機體的總稱，以林木資源為主，還包括林下植物、野生動物、土壤微生物等資源。林業(yè)資源是地球上最重要的資源之一，是生物多樣化的基礎，是人類賴以生存必不可少的資源之一。

舉世公認，加強對以林業(yè)為主體的生態(tài)保護和建設是解決氣候變化的兩大主要途徑之一。在過去的20多年中，全球森林資源銳減，全球森林吸收溫室氣體的能力下降了40%，有大約1/4的碳排放是由于森林砍伐引起的。2007年9月8日，時任國家主席胡錦濤出席悉尼APEC非正式會議，提出了“森林方案”，強調(diào)通過森林恢復和增長，增加碳匯，減緩氣候變化；2009年9月22日，在紐約G20氣候變化峰會上又提出用“森林碳匯”來減緩氣候變化。發(fā)展林業(yè)是應對全球氣候變化的戰(zhàn)略選擇[1]。

1.2森林火災的危害及起因

火災是森林的大敵，森林火災是當今世界發(fā)生面廣、危害性大、時效性強、處置救助極難的自然災害。森林火災不僅對生態(tài)環(huán)境、自然景觀和野生動植物造成巨大危害，而且嚴重危及人民生命財產(chǎn)安全，嚴重干擾社會穩(wěn)定和經(jīng)濟建設。毀林開荒，非法砍伐也是導致森林蓄積量下降的因素之一。以河北省為例，引起森林火災的原因主要有人為火和天然火兩種。人為火源主要是由于人們在林區(qū)生產(chǎn)生活用火不慎而造成的。據(jù)統(tǒng)計，河北省的森林火災，人為火占總火源的98%左右。

1.3森林防火的必要性

當前森林防火工作面臨的形勢依然十分嚴峻。

一是林業(yè)地位日趨重要，森林防火工作任務越來越重。特別是隨著國家六大生態(tài)工程的實施，造林綠化速度加快，質(zhì)量提高，有林地面積特別是易著火的中幼林面積逐年增加，森林防火任務越來越重[2]。

二是氣候條件變化異常，對森林防火工作十分不利。入夏以來，雨水較少，氣溫將較常年偏高，高火險天氣將會集中出現(xiàn)，森林火險等級居高不下，對森林防火工作十分不利，增加了發(fā)生森林火災的概率。

三是林內(nèi)可燃物增多，發(fā)生森林大火的危險性越來越大。近年來，我國實施封山育林、公益林保護等重點林業(yè)工程項目效果顯著，且大部分林區(qū)多年沒有發(fā)生大的森林火災，林內(nèi)枯枝落葉雜草等易燃物越積越多。隨時都有發(fā)生林火的危險，且極易釀成大的火災，一旦起火，難于撲救。

四是林區(qū)社情林情復雜，火源管理的難度越來越大。①進入林區(qū)人員增多。隨著林區(qū)開發(fā)特別是生態(tài)旅游的興起，進入林區(qū)旅游度假的人員大量增加，這些人員活動分散，防火意識差，野外火源管理難度很大。②人為故意縱火的隱患加大。隨著打擊破壞森林資源和野生動植物資源違法犯罪活動等措施的全面落實，一些不法分子產(chǎn)生報復心理，存在故意縱火的隱患。③一些地方，特別是山區(qū)封建迷信活動有所抬頭，上墳燒紙、燒香、燃放鞭炮屢禁不止，增加了森林火災的隱患。④社會不穩(wěn)定因素增多。隨著我國加入WTO和經(jīng)濟、政治體制改革的不斷深入，各種社會利益的再調(diào)整，一些人心理不平衡，有可能報復社會。

五是基礎設施落后，控制撲救森林火災的能力依然沒有得到明顯改變。多數(shù)地方的森林防火基礎設施裝備嚴重不足，現(xiàn)有的設施設備年久失修，難以滿足防撲火的需要。因此，加強森林防火工作是保護國家和人民生命財產(chǎn)安全，加快林業(yè)發(fā)展的需要；是維護林區(qū)長治久安，保護社會穩(wěn)定的需要，是改善生態(tài)環(huán)境，促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，功在當代，利在千秋。

2 森林防火的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外森林防火技術

如德國的FIRE-WATCH森林火災自動預警系統(tǒng)、美國的護林飛機和紅外遙感火災預警飛機巡邏及加拿大的衛(wèi)星巡回監(jiān)測系統(tǒng)等，技術雖然可靠，但需要借助高空衛(wèi)星，且施工太復雜。有的技術方案基礎設施投資太大，多達幾十萬美元，投入成本過高，這些難以滿足我國森林資源監(jiān)測的實際需要。

2.2國內(nèi)采用的監(jiān)測方法

2.2.1地面巡護

地面巡護，主要任務是宣傳群眾，控制人為火源，深入瞭望臺觀測的死角進行巡邏。對來往人員及車輛，野外生產(chǎn)和生活用火進行檢查和監(jiān)督。存在的不足是巡護面積小、視野狹窄，確定著火位置時，常因地形地勢崎嶇、森林茂密而出現(xiàn)較大誤差；在交通不便、人煙稀少的偏遠山區(qū)，如需進行地面巡護，需花費相當?shù)慕煌ㄙM用及人員工資，所以只能用視頻監(jiān)測方法來彌補。

2.2.2瞭望臺監(jiān)測

瞭望臺監(jiān)測，是通過瞭望臺來觀測林火的發(fā)生，確定火災發(fā)生的地點，報告火情。它的優(yōu)點是覆蓋面較大、效果較好。存在的不足是無生活條件的偏遠林區(qū)不能設瞭望臺；觀察效果受地形地勢的限制，覆蓋面小，有死角和空白；對煙霧濃重的較大面積的火場、余火及地下火無法觀察；雷電天氣無法上塔觀察；瞭望是一種依靠瞭望員的經(jīng)驗來觀測的方法，準確率低，誤差大。另外瞭望員人身安全受雷電、野生動物、森林腦炎等的威脅。

2.2.3航空巡護

航空巡護，是利用巡護飛機進行林火的探測。它的優(yōu)點是巡護視野寬、機動性大、速度快，同時對火場周圍及火勢發(fā)展能做到全面觀察，可及時采取有效措施。但也存在著不足：夜間、大風天氣、陰天能見度較低時飛機難以起飛；同時巡視受航線、時間的限制；而且觀察范圍小，只能一天一次對某一林區(qū)進行觀察，如錯過觀察時機，當日的森林火災也觀察不到，容易釀成大災；固定飛行費用2000元/小時，成本高。由于目前的飛行費用無法滿足航空巡護需要，就要用定點視頻監(jiān)測來彌補其不足。

2.2.4衛(wèi)星遙感

衛(wèi)星遙感，利用極軌氣象衛(wèi)星、陸地資源衛(wèi)星、地球靜止衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星探測林火。能夠發(fā)現(xiàn)熱點，監(jiān)測火場蔓延的情況，及時提供火場信息，用遙感手段制作森林火險預報，用衛(wèi)星數(shù)字資料估算過火面積。它探測范圍廣、搜集數(shù)據(jù)快、能得到連續(xù)性資料，反映火的動態(tài)，而且收集資料不受地形條件的影響，影像真切。

2.3國內(nèi)森林防火工作中存在的問題

我國現(xiàn)階段的森林火災防范大多數(shù)采取的措施是宣傳教育，由森林防火指揮部安排護林員或其他人員對重點時段、重點區(qū)域野外火源進行人工巡查和管理，建立滅火撲救隊等措施。根據(jù)大多數(shù)地方的實際情況分析，有限的護林員面對大范圍的林區(qū)資源進行巡護時，很難做到較大范圍的巡查覆蓋，而且大多數(shù)林區(qū)的道路條件不好，到達每個瞭望塔需要花費較長的時間，無論是巡查覆蓋范圍還是時效性都不能滿足現(xiàn)階段日益增長的林區(qū)人員活動的監(jiān)護巡查需要[3]。

盡管近幾年來各地做了大量的森林防火工作，但從總體上看還處于預防上死看死守，撲救上人海戰(zhàn)術，指揮上憑老經(jīng)驗，手段上原始落后的初級水平。森林防火工作中一些深層次矛盾尚未得到根本解決，特別是在改革開放和建立社會主義市場經(jīng)濟的新形勢下，森林防火工作面臨很多新情況和新問題，任務越來越重，要求越來越高。

3 智慧林業(yè)在森林防火中的應用

森林防火有效的手段是能夠?qū)α謪^(qū)的資源進行大范圍、大視野的全天候24小時實時監(jiān)測，能夠?qū)α謪^(qū)內(nèi)的明火或者煙霧自動報警，并且能夠?qū)⒒瘘c的位置定位，通過這種方式可以解決因人工護林造成的森林防火不足的情況。而智慧林業(yè)可以利用地理信息（GIS）、遙感（GPS）等信息技術、大型集中監(jiān)控技術，結(jié)合林業(yè)管理的專業(yè)知識和林業(yè)防火的經(jīng)驗，滿足現(xiàn)代化的森林防火要求。

3.1智慧林業(yè)的定義

智慧林業(yè)是指充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價值凸顯、服務內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式。智慧林業(yè)是智慧地球的重要組成部分，是未來林業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必由之路，是統(tǒng)領未來林業(yè)工作、拓展林業(yè)技術應用、提升林業(yè)管理水平、增強林業(yè)發(fā)展質(zhì)量、促進林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐和保障。智慧林業(yè)的核心是利用現(xiàn)代信息技術，建立一種智慧化發(fā)展的長效機制，實現(xiàn)林業(yè)高效高質(zhì)發(fā)展；智慧林業(yè)的關鍵是通過制定統(tǒng)一的技術標準及管理服務規(guī)范，形成互動化、一體化、主動化的運行模式；智慧林業(yè)的目的是促進林業(yè)資源管理、生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展等協(xié)同化推進，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟、社會綜合效益最大化。智慧林業(yè)的本質(zhì)是以人為本的林業(yè)發(fā)展新模式，不斷提高生態(tài)林業(yè)和民生林業(yè)發(fā)展水平，實現(xiàn)林業(yè)的智能、安全、生態(tài)、和諧。智慧林業(yè)主要是通過立體感知體系、管理協(xié)同體系、生態(tài)價值體系、服務便捷體系等來體現(xiàn)智慧林業(yè)的智慧[4]。

3.2智慧林業(yè)在森林防火中的實現(xiàn)途徑

通過智慧林業(yè)的模式，達到對森林火災的智能預警，實現(xiàn)森林防火工作的升級，從而實現(xiàn)國家、省、市、縣4級林業(yè)部門信息的快速流轉(zhuǎn)、森林防火安全的實時管理、森林氣候變化的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)更新、森林火災預防、火災撲救指揮的輔助決策、森林火災的災后評估等多方面功能，實現(xiàn)森林防火業(yè)務的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、可視化和智能化，實現(xiàn)信息的規(guī)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、手機APP相結(jié)合的方法，及時、有效地反饋火情。前段部分一般由視頻采集系統(tǒng)、智能煙火識別系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、氣象檢測系統(tǒng)、GPS檢測系統(tǒng)、基站控制系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、鐵塔基建系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，通過攝像機和鏡頭對基站附近數(shù)公里范圍林區(qū)進行視頻監(jiān)控圖像采集[5]。

當布放于森林中的固定基站監(jiān)測到溫度、濕度、煙感等參數(shù)有較大變化時，系統(tǒng)可按預先設定的參數(shù)數(shù)值實現(xiàn)黃色、紅色預警提醒。出現(xiàn)預警提醒時，監(jiān)控中心大屏自動彈出相應位置林區(qū)的相關資料，并提醒值班人員進行指揮調(diào)度處理。一旦發(fā)現(xiàn)疑似煙火，立即通過智能煙火識別系統(tǒng)對圖像進行分析，并同時向后端監(jiān)控中心發(fā)送報警信號，將基站的監(jiān)控視頻圖像和各種控制信號傳回監(jiān)控中心。

手持基站是護林員在森林火災發(fā)生時，即時通過手持智能終端對火場進行拍照、描述并實時上傳至指揮中心，指揮中心收到信息后，系統(tǒng)能夠在監(jiān)控大屏自動彈出該條信息內(nèi)容，并實現(xiàn)聲光報警，同時通過上傳的經(jīng)緯度信息自動識別火場位置。通過衛(wèi)星遙感觀測的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進行搜索定位，借助模糊查詢及固定基站視頻監(jiān)控來進行火點準確定位，自動探測出遠距離火焰、車輛、人員等林地熱源目標，及時分析，實時告警。

手機APP是指各地森林防火指揮部通過制作智能手機軟件，并鼓勵全社會進行安裝，當有群眾出行時發(fā)現(xiàn)山火，可以立即通過軟件將火情報告當?shù)厣址阑鹬笓]部。

同時，也可將3種前端采集方式通過無線方式聯(lián)系起來，當發(fā)生火情時，可以第一時間得到情況，護林員也可以通過信息推送，第一時間趕往火場。

3.2.2傳輸網(wǎng)絡

傳輸網(wǎng)絡是實現(xiàn)前端部分視頻圖像及各種信號傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控中心的必要的組成部分，主要有兩種方式，第一種采用有線光纜進行傳輸，第二種方式采用無線網(wǎng)絡進行傳輸。對于距離較近或者已有光纜的情況下采用有線光纜，在可以選擇傳輸網(wǎng)絡時，優(yōu)先考慮采用無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。

傳輸網(wǎng)絡是構(gòu)建森林防火智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。前端的監(jiān)控視頻圖像、雙向控制信號、報警信息、火點定位等重要信息都需要通過網(wǎng)絡傳回到監(jiān)控中心。與普通監(jiān)控不同，森林防火智能監(jiān)控一般距離監(jiān)控中心都較遠，需要采用有線光纜或者無線網(wǎng)絡才能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸。由于智能化的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在及未來需要通過傳輸網(wǎng)絡承載更多的視頻、圖像、數(shù)據(jù)、語音等信息，所以傳輸網(wǎng)絡需要采用基于IP技術的數(shù)字化網(wǎng)絡[6]。

3.2.3后端部分

后端部分是整個森林防火智能監(jiān)控的處理中心，所有前端的視頻監(jiān)控圖像、報警信息、監(jiān)控前端基站的遠程控制、輸出展示等均在后端監(jiān)控管理中心完成。

后端聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺是森林防火智能監(jiān)控系統(tǒng)重要的智能化監(jiān)控存儲、管理、控制、監(jiān)視、展示、自動報警、火點自動定位及展示等綜合功能的整合。通過后端聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺可以實現(xiàn)對前端基站監(jiān)控視頻圖像的保存，以及通過大屏幕電視墻在指揮中心展示，通過聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺實現(xiàn)遠程操作和控制前端基站的重型數(shù)字云臺等設備進行大范圍、大視野的監(jiān)控；通過網(wǎng)絡實現(xiàn)與上、下級單位聯(lián)網(wǎng)形成統(tǒng)一的聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控管理系統(tǒng)[7]。

3.3智慧林業(yè)在森林防火中的效益評價

3.3.1經(jīng)濟效益評價

通過智慧林業(yè)在森林防火中的應用，將使森林火災的預防、預報水平及撲救手段再上一個新臺階，對火情能夠做到早發(fā)現(xiàn)、早撲救，既降低森林火災引起的森林資源和其他野生動植物資源的損失，又降低森林火災的撲救費用。

3.3.2生態(tài)效益評價

通過智慧林業(yè)在森林防火中的應用，可以增強預防和控制森林火災的能力，對維持森林生態(tài)系統(tǒng)，保持生物多樣性，使森林充分發(fā)揮水土保持、調(diào)節(jié)氣候、防風固沙、防治污染、美化環(huán)境等生態(tài)作用有著極其重要的作用。

3.3.3社會效益評價

通過智慧林業(yè)在森林防火中的應用，不僅能大大減輕森林火災的危害程度，更好地保護森林資源和人民生命財產(chǎn)的安全。同時，隨著森林火災的有效控制，生態(tài)環(huán)境的改善和森林資源的增加，帶動林業(yè)二、三產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，從而進一步促進經(jīng)濟繁榮和社會進步。

4 智慧林業(yè)在森林防火中的作用和意義

4.1森林防火智能預警系統(tǒng)的作用

通過智慧林業(yè)模式的應用，可以實現(xiàn)對森林防火數(shù)字化、網(wǎng)絡化的遠程監(jiān)控調(diào)度指揮，實現(xiàn)縣（區(qū)）、地（市）、省、國家4級聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通、資源共享的功能。它以森林現(xiàn)場圖像采集為中心，以遠程通信網(wǎng)為傳輸平臺，將光電轉(zhuǎn)換技術、數(shù)字圖像處理技術、微波無線/光纜有線傳輸技術、通信網(wǎng)絡技術、計算機軟件技術等高新技術綜合應用于森林防火監(jiān)測和資源管理中，實現(xiàn)了在指揮中心對重點地段的林火、非法采伐及非法狩獵進行實時監(jiān)控及救撲行動的指揮調(diào)度[8]。

4.2森林防火智能預警系統(tǒng)的意義

通過智慧林業(yè)模式的應用，可以全面提升森林防火的現(xiàn)代化管理水平，是促進城市林業(yè)建設和森林防火信息化建設、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和跨越式發(fā)展的積極手段；是加速森林防火宏觀決策科學化、監(jiān)測預警智能化、指揮通信現(xiàn)代化，推進經(jīng)濟發(fā)展，全面構(gòu)建和諧的有效保障；對全面提升森林防火手段和科學決策水平，適應現(xiàn)代林業(yè)建設要求具有深遠的意義[9]。

[1]張道光.森林草原防火面臨的形勢任務及存在的問題和對策［J］.內(nèi)蒙古林業(yè)，2008，（12）：20.

[2]河北省人民政府關于進一步加強森林草原防火工作的意見［J］.河北林業(yè)，2011，（5）：13-14．

[3]李樹森，于詠梅．對森林草原防火信息化建設的思考［J］.內(nèi)蒙古林業(yè)，2008，（5）：10.

[4]中國智慧林業(yè)發(fā)展指導意見[S].國家林業(yè)局，2013．

[5]吳信才.地理信息系統(tǒng)原理與方法（第二版）[M].北京∶電子工業(yè)出版社，2009．

[6]劉少軍，甄久立.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在森林防火上的應用［J］.林業(yè)科技情報，2012，44（2）：16-17，29．

[7]趙駝，羅傳文.基于Skyline的三維網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的研究［J］.森林工程，2013，29（3）：100-114．

[8]胡文英，趙耘.地理信息系統(tǒng)在林業(yè)上的應用現(xiàn)狀及其前景［J］.西部林業(yè)科學，2004，33（2）：99-102．

[9]袁鳳軍，廖聲熙.地理信息系統(tǒng)（GIS）在我國林業(yè)上的應用［J］.林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2002，27（5）：5-9．

（責任編輯 陳小華）

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2015-10-27