森林火灾监测预警体系及主要技术概述

森林火灾的监测预警是森林火灾防治的重要环节，也是及时发现火情、科学扑救的重要手段。近年，林火监测预警技术发展非常迅速，不仅出现了大量新的监测手段，还在气象科学、遥感技术、激光、通信、航空航天、信息技术等学科的促进下，及时性和准确性得到大幅提升。加上现代科学管理思想的渗透，森林火灾的防治模式已从被动防火转变为主动防火，发生了根本性的变化。
森林火灾监测预警体系包括林火监测、森林火险区划、林火预报、森林火灾预警和森林火险预警响应 5 个方面。林火监测是对林地的看护和数据采集，其主要目的是及时发现火情，重要任务是林火的尽早发现与报警，是实现“打早、打小、打了”的第一步，也是后续开展预报预警的技术基础。森林火险区划指根据时间和空间上相对稳定的森林火险指标，按照统一的自然、行政或经济界限，将不同的林区、地区按照一定的规律划分为不同的等级，是制定森林防火规划计划，安排设施建设投资的基础和依据。林火预报指通过测定和计算某些自然和人为因素来预估林火发生的可能性、林火发生后的火行为指标和森林火灾控制的难易程度。森林火险预警是指森林防火系统监控森林火险要素的变化动态，一旦发现规定的警戒性危险程度征兆时，立刻向相关方面发布警示信号和防御指南。森林火险预警响应是指森林防火管理机构及其工作人员、林区群众根据森林火险等级预警信息而做出的森林火险应对、森林火灾预防等一系列行动的总和。

1. 林火监测
从空间划分，林火监测技术包含卫星监测、航空监测、近地面监测和地面监测四种。
卫星监测是在人造地球卫星、空间站等上配置辐射计、相机、激光、雷达等载荷，通过分析林火光谱和林区背景光谱的差别来进行火灾监测的技术手段，结合全球定位系统和区域森林资源地理信息系统，可快速、大范围地掌握林火发生情况和发展动态。目前我国卫星监测主要数据来源包括环境减灾卫星（空间分辨率 150m，回访4d）、风云 FY-1C 气象卫星（星下点分辨率 1.1km，每天 2 次定时发送云图）和风云 FY-2C 静止气象卫星（星下点空间分辨率 5km，每小时观测 1 次）等。其他一些国产商用卫星星座能提供更高精度、近实时的森林火灾遥感数据服务（可 30min 内回访、亚米级可见光图像和 5m 精度红外图像等），不过其价格相对昂贵。

航空监测包括飞机监测和无人机监测两种形式。由于飞机飞行成本高昂，目前一般用于高火险、森林价值高、人烟稀少林区的监测。而无人机具有成本低、应用灵活、使用维护方便等等优势，通过搭载可见光相机、热成像相机、激光雷达等载荷，可以完成异常热点监测、早期火情确认、可燃物载量调查等工作，展现出巨大的应用潜力。

近地面监测指在林区制高点或林场、居民点附近设置瞭望塔台或视频监测等设备，发现并报告火情的手段。其中，瞭望塔人工瞭望是我国长期以来的传统林火监测方式，虽然成本和技术难度低，但受地形、天气、野生动物、人员安全等各种因素影响，效果和效率难以保证。目前，智能烟火图像识别技术已经日渐成熟，一些较好的国产产品探测半径可达 10km，十几分钟便能完成一次 360°监测，尤其结合了红外热成像的产品，日夜监测的可靠性均较高。智能摄像机组网部署后，结合 GIS 和远距离通信技术，可以实现森林火灾的大面积监测与管理，而且探测及时、定位精确，比传统人工方式效率大幅提升，已成为当前重点发展建设的林火监测技术手段。

地面监测传统上主要指依靠护林员的人工巡护监测，地面监测的技术手段长期以来研究较多，实际投入使用的却较少。近年国内外出现了一些新型地面监测产品，对于森林火灾监测的时效性和准确性的提升显现出潜力。如美国和德国针对森林火灾早期阴燃火特征，结合多传感融合手段和机器学习算法，研发出了森林阴燃气体 /颗粒物传感器产品，又如美国某技术公司的雷电监测产品，利用地面部署传感器网络测量雷电电荷转移和生成热情况，能够识别并定位具有引燃风险的高风险雷电。我国目前正积极开展地表火探测器产品的标准化工作，有关标准正在征求意见。

2. 林火预报和预警
林火预报和预警在技术原理上基本一致，主要以森林可燃物能否被点燃、被点燃难易程度，可燃物被点燃后能否蔓延、蔓延难易程度等作为核心判断要素，再结合天气条件因素、人为活动因素和森林植被因素发生的概率综合预判，就形成了预报和预警。
从功能上，林火预报大体可划分为三种类型：火险天气预报、林火发生预报和林火行为预报。火险天气预报仅考虑天气条件引起火灾的可能性，不考虑火源情况，常选择的气象因子包括气温、相对湿度、相对风速和连旱天数等。林火发生预报需要综合考虑气象、可燃物状况和火源条件；除气象因子外，其他常用因子还包括可燃物的干湿程度、载量、易燃性等，以及火源种类、时空格局等。林火行为预报在考虑天气条件和可燃物状况基础上，还要考虑地形影响，如坡向、坡位、坡度、海拔等，预报林火发生后的火蔓延速度、火强度等火行为指标。
目前，我国在林火预报的应用上落后于美国和加拿大，两国火险等级系统的设计和使用均处于世界前列，我国尚未形成国家级火险预报系统，但在火险天气等级预报方面有明确的规定和实际的应用。