基于GIS的西天山自然保护区森林防火微波监控系统

基于GIS的西天山自然保护区森林防火微波监控系统摘要：依据GIS平台，利用Arcgis系统，结合空间分析原理，以西天山自然保护区数据为材料，对其森林防火微波监控系统的设置进行分析描述。

得出其最佳视频监控点位置和可视域范围，为有效监控森林火灾提供了依据和决策基础。

关键词：西天山森林防火可视域DEM 监控系统Abstract：This article bases on the GIS platform，Uses ArcGIS system，Combines with spatial analysis principle，and serves West Tianshan Mountains Nature Reserve data as material.Then analyzes and describes its forest fire prevention microwave monitoring system e to the position of the best video surveillance and visual domain-wide which provides a basis for effective monitoring of forest fires and the basis for decision-making.Key words：West Tianshan Forest Fire Prevention Viewsheds DEM Monitoring system森林火灾作为一种突发性强、破坏性大、处置救助困难的自然灾害，已成为各国应急管理工作的重要领域[1]。

森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。

森林防火必须有效、快速地发现火灾火情，“预防为主，积极补救”，早发现，早解决。

为此，基于有线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控系统领域。

国内采用的监测方法：①地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入监控点观测的死角进行巡逻。

对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。

存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。

②监控点监测，是通过监控点来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。

存在的不足：是无生活条件的偏远林区不能设监控点；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；监控是一种依靠监控员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。

另外监控员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。

③航空巡护是利用巡护飞机进行林火的探测。

它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快，同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施，但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000元／h，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足。

④卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。

能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。

它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。

存在的不足：准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。

“森林防火微波监控预警系统”可以实现快速、准确、实时的监控林火情况，配合林政管理、生态建设管理及林业活动等功能实现各种管理。

西天自然保护区面积较大，需要监测的范围广，交通不便，通信条件落后。

采用人工巡护监测森林火情十分困难。

一旦火灾发生，易贻误火情。

因此建立防火微波监测系统，通过不断传输到监控中心的野外监测图像，能够及时发现和准确掌握火灾发生的时间、地点、灾情及火灾曼延情况，为及时组织扑救和制定有效的扑救措施提供可靠的依据，从而降低火灾隐患。

1 研究区概况与研究资料1.1 研究区概况西天山国家级自然保护区位于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州巩留县东部，坐落在中天山西段，天山西部林区的中心位置。

东邻巩留林场大吉尔格郎营林区，西靠巩留林场大莫合营林区，北隔大吉尔格郎河与新源县相望，南依那拉提山脉分水岭与和静县相邻，地理坐标：北纬43?°03′～43?°15′东经82?°04′～83?°46′，面积31217?hm2。

西天山自然保护区位于天山北坡，是天山地区降水量最丰富的地段，由于地势较高，受到北冰洋气团的影响。

保护区位于中亚和亚洲中部的过渡地带，其谷地地势向西倾斜而开阔，有来自西部的暖湿气流从伊犁河谷西段至中亚的缺口处进入，受到高山阻挡形成丰富的降水。

西天山国家级自然保护区位于中天山西段，坐落在中天山南支脉东西走向的那拉提山系北坡，南、北、东三面高山环绕，形成一个喇叭口，西面开阔而地势低，东面狭窄而地势高。

保护区内地势险峻，坡度陡峭，群峰林立，总趋势南高北低，区内群峰大部分在海拔3000～3700?m之间，3600?m以上常年被冰川、积雪覆盖。

最高海拔4100?m，最低海拔1100?m。

可谓高岩深壑，是宏伟多姿，巍峨叠翠的山形地貌特征。

1.2 研究资料本研究使用的遥感数据为ETM卫星影像图，分辨率为30?m，成像期为2010年6月21日，研究区DEM，卫星影像对应的地面位置为西天山一带。

全要素数字地形图数据。

包括河流、水系、道路、建筑物、居民地、高程点、等高线、社会经济、标注等数据层。

林相图。

提供森林资源分布和可燃物类型分布。

属性数据。

望台数据、扑火队伍、救火设施、防火隔离带。

2 建模与分析2.1 可视域建模可视域建模，由于是建立在对图层数据的操作上的，又称为地图建模（CartographicModeling）[2]。

它是通过组合空间分析命令操作以回答有关空间现象问题的过程，更形式化一些的定义是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟[3]。

在Arcgis中利用研究区DEM，具体操作如下：选择3D分析中的视场工具（viewshed）；选择计算表面（Input surface）；设定观察点；设定高程变换系数；指定输出栅格单元大小；指定输出文件名称。

白色区域表示不可见区域，灰色为可见区域。

2.2 数据分析建设防火微波监控点5处，使用30?mDEM，通过比高分析在保护区提取了35个地势较高的山脊进行影像判读，解析；结合现地考察，确定了10个地势较高、视域开阔、交通便利的监控站位置；基于Arcgis系统创建可视域范围；依据有利于观测、以整个林区为单位、在一个监控网内、适当考虑方便生活[4]的原则。

最终确定5个监控点，其地理坐标如表1所示。

其中1号点高程为1758?m，可视域面积为2092.06?hm2，占森林资源面积的15.6271%；2号点高程为1855?m，可视面积为1946.761?hm2，占森林资源面积的14.81%；3号点高程为1797?m，可视域面积为1442.11?hm2，占森林资源面积的10.77%；4号点高程为1277?m，可视域面积为1813.97?hm2，占森林资源面积的13.55%；5号点高程为1415?m，可视域面积90.06?hm2，占森林资源总面积的0.67%。

5个点总可视域范围如图1所示。

5个监控点总可视域面积为4936.202?hm2，占森林资源面积的36.87%，共包含了11个林班，479个小班。

由于研究区地形复杂，多山地沟壑，森林植被覆盖度大，可视域范围虽没有达到研究区总面积的60%，已经得到的监控范围已达到研究区森林密度较大区域的监控要求，可行。

3 结语森林火灾具有突发性强、危害性大、处置难度高的特点。

一旦发生森林火灾，长时间培育的林木将会瞬间化为乌有，会给国家带来巨大的经济损失。

因此，森林防火成为保护森林资源的重要环节[5]。

在GIS中，数字高程模型（DEM）常常选用格网模型来描述地形，便于对地形进行各种分析操作。

结合ArcGIS平台的可视域分析工具，能够利用DEM从一个或多个观察点，分析找到研究区域的可视域范围，并输出可视域图，为森林防火微波监控系统提供决策性依据，能够及时发现和准确掌握火灾发生的时间、地点、灾情及火灾曼延情况，为及时组织扑救和制定有效的扑救措施提供可靠的依据，从而降低火灾隐患。

参考文献[1] 朱学芳，朱明，朱光.基于数字图像信息技术的林火预警系统的应用研究[J].情报科学，2012，30(2）：302-305.[2] Michael Zeiler.Modeling_our_World[M].Environmental Sys-tems Research Institute，Inc.1999:39-50.[3] 王佳，张贵，肖化顺.ArcGIS可视域分析在瞭望台管理中的应用[J].湖南林业科技，2005，32(2）：24-26.[4] 熊惠.瞭望台的选址原则和方法[J].甘肃林业科技，1994(2)：47-48.[5] 吴幸城.谈国有林场目前森林防火存在的问题与对策[J].吉林农业，2013，301（4）：221.。