xx县森林资源监测及防火系统构建方案设
计书
xxx有限公司
二〇xx年十月
1项目概述
1.1项目背景
森林火灾是一种破坏森林资源和自然生态环境，危及国家和人民生命财产的严重自然灾害。如何及时、有效、准确地监测火灾对减少灾害损失具有重要意义。传统的森林火灾监测方法为地面巡护，但存在着巡护面积小、视野狭窄等不足，一旦发生火灾，很难掌握火势。在森林区域高处建立瞭望台，可以应用一些先进的技术和手段没，如在瞭望台上安装40倍望远镜、地面红外探火仪、激光探火仪、林火定位仪、视频摄像头监测林火装置等，但是这种观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，不能全方位监测。飞机巡护可以快速有效地对特定森林区域进行火灾监测，如基于机载红外探火装置可实现较好的监测效果，但飞机巡护往往耗费较多。随着科学技术的发展，森林火灾监测也向着智能化、系统化、综合化的方向发展，其中卫星遥感已成为森林火灾监测的新的技术手段。卫星遥感具有监测范围广、收集数据快的特点。通过极轨卫星、静止卫星、低轨卫星的监测，可以实时监测森林火情，发现火点，监测火灾蔓延趋势，估算过火面积等。近年来快速发展的无人机遥感技术为飞机巡护增添了一种新手段。无人机可以携带各种载荷进行拍摄，具有机动灵活、快速高效、精细准确、安全、作业成本低等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，是卫星遥感技术的补充。因此，基于卫星和无人机遥感技术，建立一套完整的森林防火监测系统，提高监测效率，满足森林林业决策和生态建设对森林资源的宏观信息的需求，具有十分重要的意义。
1.2研究区概况
xx县地处大渡河流域的干热河谷地区，地貌特征主要以山地为主，地势为西南高、东北低，最低海拔756 m，最高海拔5675 m。境内属于中纬度亚热带湿润季风气候区，受地形的影响，气候垂直分布较为明显。xx县是xx省第一
批“天然林资源保护工程县”之一，全县国土总面积267820 hm2，其中林业用地218747 hm2，占81.7%，森林覆盖率达61.55%。由于森林资源丰富，防火点多而广，地理环境复杂，传统的人员地面巡视很难应对大面积的森林火灾监测任务。一旦遇到大面积森林火灾，防火决策和扑救人员也难以协同应付救灾。
图1 xx 县卫星影像（Landsat OLI ） 2.系统设计
随着遥感、无人机等新兴技术的发展，利用计算机建立一套森林防火监测系统，对提高xx 县森林防火监测任务效率十分必要。该系统拟通过卫星遥感、无人机手段，利用GIS 技术，实现森林资源的动态监测、森林火灾预测预报、森林火情实时监测、森林火灾扑救指挥、森林火灾灾后评估五大功能。
大
渡河
石棉县卫星影像
±
010
5km
影像获取时间2016.03.18
图2 系统框架
2.1森林资源动态监测
森林资源是林地及其所生长的森林有机体的总称，是一种生长在地表的多年可再生资源，它极易受到人为因素和自然力作用而发生动态变化。森林资源的变化对于全球碳循环、气候变化、生物多样性和生态环境有重要影响。及时、准确地获取森林资源变化信息，对于森林经营科学决策与可持续发展具有重要意义。森林资源的变化形式主要表现为林冠覆盖的变化、森林面积的变化和森林类型的变化等，变化原因主要包括森林的自然生长、冠层的季节性变化以及病虫害、火灾、人为砍伐等引起的变化。
森林资源动态监测目标：
①通过多时相遥感数据比较，监测森林资源变化地理位置。
②确定森林变化类型（如林地转农田）。
③森林变化的数量和规模。
监测方法：
遥感图像与GIS数据集成的分析方法。基于遥感信息和GIS技术，利用Landsat TM/OLI、高分卫星影像、无人机影像、数字化的1:100万植被类型图以
及林业实地调查资料等，进行遥感图像分类和精度验证和校正，进而得到森林变化结果。
图3 森林资源动态监测流程图
2.2森林火灾预测预报
森林火险等级：森林火险分级首先要对森林火灾发生和发展的成因进行研究。森林火险等级可分为5个等级，即没有危险（Ⅰ），很小危险（Ⅰ），中等危险（Ⅰ），高度危险（Ⅰ）和极度危险（Ⅰ）。
表1 根据《全国森林火险区划等级》林业行业标准的森林火险分级
五级极度危险极易燃烧极易蔓延林火预测预报是综合一定时期内的气象要素、地形、可燃物的干湿程度、可燃物类型特点和火源等，对森林可燃物燃烧危险性进行预测分析。林火预报方法
可归为两类，一类是根据可烧物本身含水量进行林火预报，另一类是根据气象要素进行林火预报。主要方法：
① 依可燃物的湿度确定森林火险程度。
② 聂斯切洛夫法：R =∑(t ×d )n t=1，
R 为森林燃烧性指标（也称综合指标），n 为降水后的天数，t 为空气温度，d 为水汽饱和差。
③ 风速补正综合指标法：R =b ∑(t ×d )n t=1，b 为风速参数，其它符号含意
同②式。
④ 实效湿度法：E=[h 0+(1/2)h 1+(1/2)2h 2+…+(1/2)n h n ]/[1+1/2+(1/2)2+…+(1/2)n ]，
h 0 为当天的平均相对湿度，h 1为前1d 的平均相对湿度，h 2为前2d 的平均相对湿度，h n 为前nd 的平均相对湿度。
⑤ 着火指标与蔓延指标法：着火指标根据每天最低湿度与最高气温确定，蔓
延指标根据实效湿度和最大风速确定，最后再根据着火指标与蔓延指标来确定森林火险等级。
此外，利用卫星遥感数据，如MODIS 等可以高效、全面地进行森林火险预报。
数据源：遥感数据（MODIS 、Landsat ）、气象数据（气温、降水、风速、相对湿度）、地形（海拔、坡度、坡向）、植被（植被类型、林木郁闭度、林龄）、其它数据（水系、道路）
图4 森林火灾预测预报流程图
