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森林防火综述1森林防火的意义与现状3森林火灾监控2森林火灾的起因4目录国外森林防火模式1PART森林防火的意义与现状1PART危害森林的大敌之一就是森林火灾，一场火灾可以在顷刻间把整片森林毁掉，它烧毁的不仅是森林，破坏的也不仅仅是森林资源，还会烧毁房屋和生活在森林里的珍稀动物和植物。除此之外，由于火灾森林被烧毁，林地失去了覆盖，还会造成水土流失，危害水利和农业，给人们都带来了严重的损失。森林火灾被公认为世界八大火灾之一。因此，加强对森林防火的管理，不仅仅是保护森林资源，还关系到经济的发展，已经成为世界性的社会问题。森林火灾的危害森林火灾的现状：全球平均每年发生森林火灾22万多次，年均受害面积达640万hm2，占全球森林面积的0.1%左右。随着全球气候变暖，森林火灾可能还会加剧。中国也是一个森林火灾多发的国家。据统计，1950—2010年间，年均发生火灾12683次，年均火场面积67．48万hm2，年均火灾次数和火场面积均呈下降趋势；1988—2010年间年均成灾面积7．95万hm2，总体表现为上升趋势；因此，森林火灾形势仍然严峻。2PART森林火灾的起因1.森林可燃物。林中所有的有机物质，如乔木、灌木、草类、苔藓、地衣、枯枝落叶、腐殖质和泥炭等都是可燃物。其中，有焰燃烧可燃物又称明火，能挥发可燃性气体产生火焰，占森林可燃物总量85%~90%。其特点是蔓延速度快，燃烧面积达，消耗自身的热量仅占全部热量的2%~8%，无焰燃烧可燃物又称暗火，不能分解足够可燃性气体，没有火焰，如泥炭、朽木等，占据森林可燃物总量的6%~10%。其特点是蔓延速度慢，持续时间长，消耗自身的热量多，如泥炭可消耗其全部热量的50%，在较湿的情况下仍可继续燃烧。2.火源。同森林资源可燃物的燃点温度各异。干枯杂草燃点为150~200℃，木材为250~300℃，要达到此温度需有外来火源。火源按性质可分为：①自然火源有雷击火、火山爆发和陨石降落起火等，其中最多的是雷击火，我国黑龙江大兴安岭、内蒙古呼盟和新疆阿尔泰等地区最常见。②人为火源，绝大多数森林火灾都是人为用火不慎而引起，约占总火源的95%以上。人为火源又可分为生产性火源（如烧垦、烧荒、烧木炭、机车喷漏火、开山崩石、放牧、狩猎和烧防火线等）和非生产性火源（如野外做饭、取暖、用火驱蚊驱兽、吸烟、小孩子玩火以及坏人放火等）。3.氧气（助燃物）。1kg木材要消耗3.2~4.0m3空气，因此，森林火灾必须有足够的氧气才能进行。通常情况下，空气中的氧气约占21%。当氧气在空气中的含量减少到14%~18%时，燃烧就会停止。2PART森林火灾的起因2PART森林火灾检测因素1.空气湿度：通常相对湿度在75％以上则不易发生森林火灾；75--55％可能发生火灾；55％以下容易发生火灾；30％以下可能发生特大火灾。2.可燃物含水量：森林中可燃物的含水量下降到40%以下发生森林火灾的几率增大。3.森林中的空气温度：空气温度对森林火灾的影响是多方面的。温度越高，可燃物中水分蒸发和变干的速度越快，火灾发生的可能性越大。气温影响可燃物的着燃性，高温还会促使火势更加猛烈。一般气温在-10℃～25℃幅度内常有林火发生。如气温大于25℃以上可燃物生长变绿含水量增加，则发生林火机会也随之减少。4.风速：风对森林火灾的发生、发展起两个作用。一是未燃烧的可燃物蒸发变干，使可燃物易燃；二是可燃物燃烧以后风可以带来氧气，使燃烧更旺，而且风还是火灾蔓延的主要推力。风速在1m/s~4m/s时火灾的发生率最高。5.降水量：降水量直接影响着林区可燃物的含水量，可燃物含水量越高，着火率就越低；可燃物含水量越低则着火率就越高。如果一个林区年降水量超过1500mm，或月降水量超过100mm，一般不发生或较少发生森林火灾。雨过后，三至四天之内不会出现火险。以上涉及的这些因素均有相应的传感器可以检测到。3PART森林火灾监控3PART森林火灾的监控1）红外热成像技术在森林防火中的应用传统的森林火灾监测以瞭望台为主，巡航飞机和卫星测报为辅。瞭望台通过用肉眼观察烟雾来发现森林火情，一般小火时烟雾不易发现，发现时往往已酿成火灾，此时烟雾弥漫很难发现火灾发生的位置和发展方向。通过观察烟雾测定的数据误差较大，尤其在夜间观测困难。因此，采用视频监控方式第一时间发现火情就显得十分必要。由于普通CCD相机（chargecoupleddevicecamera电荷耦合器件相机）受大雾、光线等环境影响严重，观测范围比较小火灾识别率不高。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统很难发现这种隐性火灾苗头。原理：红外辐射是物体的固有属性，其本质是物质内部微观粒子的热运动，任何高于绝对零度以上的物体(包括固体、液体和气体)都有红外辐射，物体的温度越高，分子或原子运动越剧烈，其红外辐射越多。当物体与周围背景之间、以及物体本身不同部位之间存在着温差，就会辐射出不同的能量，红外成像器利用物体间的红外辐射差来探测成像。监控系统组成：a)红外热像仪在夜晚、浓雾情况下以产生清晰的图像b)可见光高清相机可见光高清相机作为红外热像仪的辅助，可以进一步帮助工作人员及时有效的识别火源c)前端设备对视场范围内观测物体进行全天候实时监测，自动发现视场中的高温目标并发送目标温度及报警信息。d)数据传输前端由采集定位系统、传输系统、设备防盗监控系统、避雷接地系统、智能太阳能供电系统等组成；中继由无线网桥、传输天线、智能太阳能供电系统、避雷接地系统等组成；中心控制设备终端由网络视频管理系统、地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、传输系统、电视墙系统、UPS电源等组成。3PART森林火灾的监控火点识别：系统抓取的是一幅RGB红外图像，在对图像进行火点识别之前必须先将图像转换为灰度图像，预处理完的灰度图像与普通相机图片明显不同，它不是人眼能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像。由于森林火灾的火焰温度一般远在600°C以上，在波长为：3～5μm红外线的波段上有较强的辐射，而背景的林地植被的地表温度一般仅有20～30°C，甚至更低，与火焰有较大的反差，在图像上可清晰的显示出来。温度越高的区域图像的灰度值就越大，表现在图像上就越亮。2）卫星遥感技术在森林防火中的应用火点监测原理：地面观测和空中遥感证实，3～5μm光谱对燃烧的火焰特别敏感，常温地球辐射能量最大峰值在11μm附近时，森林火灾温度一般在70～1200℃，其辐射能量的峰值波段在3.7μm左右，高精度分辨率辐射计(AVHRR)第3通道正处在3～5μm光谱范围内。因此AVHRR能有效监测森林火灾。卫星接收监测流程：卫星资料接收处理→投影处理→定标处理→定火灾点阈值→找出火点→计算火灾面积和位置→结果输出实际监测步骤：采用卫星信息对火灾监测过程中的图像用1，2，3通道合成的彩色影像进行处理，使不同的检测对象呈现出不同颜色。即对可见光第1通道(0.56～0.68μm)赋予蓝色，对近红外第2通道(0.725～1.1μm)赋予绿色，使森林其他植被呈蓝绿色，烟呈蓝色；对热红外第3通道(3.55～3.93μm)赋予红色。经处理后，能清晰分辨出正在燃烧的火区呈红色或鲜红色，并伴随蓝色的烟，根据烟的走向可判断当地风向；已过火区呈暗红色，对判断火区位置和过火面积非常有利。由于卫星轨道的位置姿态、时间等差异,会对经过投影处理后的资料造成极大的定位误差,对火点监测来说,此误差会造成火点位置的极大误差,导致应用上的精度减弱。因此,必须进行定位的地标校正。根据一些明显的地理特征（比如山峰、河流交汇点等）从地图上确定这些地标的实际位置与经定位计算出的位置之间的差异,然后修正定位数据使二者相符。修正后的定位精度一般小于2个像素的距离。经过这种处理后,监测火点位置与实际火点位置的差异一般≤2km。3PART森林火灾的监控3）物联网技术在森林防火中的应用物联网技术在森林火灾的应用：物联网可以通过无线传感器网络针对突发性森林火灾进行信息提取，以获取其精准的坐标及位移信息。目前，林火监测常用的手段包括卫星遥感林火监测、飞机林火监测、视频林火监测及人工地面巡护林火监测。这几种林火监测技术在目前森林防火监测体系中通常是共同应用，不但造成了资源的浪费，而且还会使林火信息无形中被扩大，导致被监测林区数据处理效率降低。利用物联网技术可使多种监测手段形成网络，分析出目前哪些区域能够监测，哪些区域属于监控盲区，然后有针对性地对林地被监测区域进行监测布控，并建成监测传感器网络，将被监测林区的信息通过无线网络实时传输到监控中心，监控中心的智能化计算机识别系统对反馈信息进行识别，判断是否有森林火灾，如出现火警则及时通过通讯设备(如手机、对讲机等)第一时间通知监控人员。由智能化、统一化的森林防火体系形成的物联网系统不但可以避免资源浪费，而且还可实现监测区域的全覆盖。基于物联网的森林防火体系：基于物联网技术形成的森林防火体系主要由监测部分的感知层、信息传输的网络层及计算机统一管理的应用层三部分组成。3PART森林火灾的监控a)感知层。感知层是物联网发展和应用的基础，处于3层架构的最底层，主要通过RFID技术、传感器技术（ZigBee无线传感器网络）、遥感探测技术等采集森林火灾相关的环境参数信息，传送给下一层的网络空间。b)网络层。网络层利用现有的互联网、地面无线通信网络（GPRS等）和卫星通信网络等通信链路接收并分析处理感知层的数据，分类存储于数据服务器中。c)应用层。应用层利用经过分析处理的感知信息，一方面为用户提供其所需要的定制信息，另一方面反馈给物联网底层，实现相应的控制。灾前预警。利用物联网技术,可在林区内布置温度、湿度、光照、烟雾、风力等传感器。在火灾发生前，传感器将预先感知的环境参数变化通过无线网络反馈到监控中心，综合林区内国土、气象等相关信息纳入林火预警模型中进行数据处理和分析，实现在火灾发生前通过监测系统平台发布火险预警信息，对该位置实施严密监控，将火灾控制在萌芽状态。灾中监测。传统的森林火灾监测方法很难做到准确定位火灾发生地点。而传感器网络一旦监测到火灾的发生，可利用网络中具有GPS定位和GPRS通信模块的信息采集终端，向监控中心提供火点的地理位置，做到快速准确定位，第一时间将森林火灾控制在范围之内。利用物联网技术构建的森林火灾监测系统可以实现地面人力、航空飞机、卫星、视频监控、传感器网络等组成的全面立体实时监测，以便在火灾复燃后及时增派扑火力量，避免火势进一步蔓延扩大。灾后扑救指挥。火灾发生后，借助GIS等技术将现场动态信息与应急联动综合数据库和模型库的各类信息融合，依据地理数据库中现场环境（地形、坡度、坡向、气象条件等）及林火蔓延模型，形成较为完备的火灾态势图，对林火蔓延方向、蔓延速率、危险区域、发展趋势等进行动态预测，进而为火灾扑救指挥提供科学依据，最大限度地减少森林火灾造成的损害。森林火灾的监控3PART3）无人机在森林防火中的应用无人机在林业方面应用的主要类型包括固定翼无人机和多旋翼无人机，其系统构成主要包括飞机机体、飞行控制系统、摄像系统、数据传输系统、动力系统等，固定翼无人机还有发射与回收系统。无人机机动灵活，能获取较大面积森林状况，相对于载人机，其具备安全、成本低、操作简便、易于维护等优点；相对于地面巡查，无人机在监测范围，尤其是人、车难以到达的区域具备独特的优势。无人机携带红外热成像仪、高清透雾摄像仪、与GPS全球定位系统、高清数字图像处理与传输技术组成对火情的监控系统，能按照预定的航线对林区进行空中巡查，并将空中巡查过程中所获取的影像数据传输给地面的指挥中心。森林火灾的监控3PART4PART国外森林防火模式4PART1）北欧森林防火模式北欧是世界上森林火灾最少的地区，森林以人工林为主，经营年代长，营林水平高。北欧的森林防火工作主要通过生物防火和地面修建各种有效的防火设施来完成。生物防火主要措施为：（1)荒山荒地、林间空地、采伐迹地实行人工更新，目的是尽快形成好的森林环境，消除火源；（2）加强森林间伐和卫生伐，清除濒死