森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)方案初探

張明+++++張清

【摘要】：森林防火工作十分關(guān)鍵，意義重大。當(dāng)前智慧地球建設(shè)如火如荼，建設(shè)森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)前的一大趨勢(shì)，如果一旦建成，將取得十分顯著的效果。本文結(jié)合相關(guān)案例，探索了該系統(tǒng)的技術(shù)方案，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】：森林防火；遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)；技術(shù)方案

現(xiàn)階段在云物大智移技術(shù)的支撐下，組建森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將具有實(shí)效，是解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段當(dāng)中所遇到問題的重要方案。

1、項(xiàng)目概況

江蘇省金壇茅山旅游度假區(qū)總面積128平方千米，是當(dāng)?shù)刈匀痪坝^的核心區(qū)域，人為活動(dòng)頻繁，地處丘陵山區(qū)，森林植被茂盛，日照時(shí)間長(zhǎng)，全年有150d以上為橙色防火預(yù)警等級(jí)。目前，金壇茅山森林防火壓力大，火險(xiǎn)發(fā)生概率高，防火形勢(shì)嚴(yán)峻，常規(guī)森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前工作需要。金壇區(qū)林業(yè)主管部門和茅山管委會(huì)決定對(duì)景區(qū)實(shí)施重點(diǎn)預(yù)警監(jiān)控，促進(jìn)森林防火科技和管理水平，以全天候自動(dòng)監(jiān)管模式代替人工巡護(hù)，提高森林防火工作效率。

2、功能需求分析

針對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際情況，以及森林防火的實(shí)際應(yīng)用特性，所建設(shè)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能。

1.1信息采集

從以往針對(duì)森林火災(zāi)的研究經(jīng)驗(yàn)來看，發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)，空氣濕度、煙霧濃度、光強(qiáng)度、大氣壓力、風(fēng)向風(fēng)速等將發(fā)生顯著變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮這些因素，將它們作為主要的判斷森林火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)的主要依據(jù)。那么系統(tǒng)功能中就需要至少滿足能夠?qū)崟r(shí)采集上述因素的信息。現(xiàn)階段的視頻圖像技術(shù)以及傳感器技術(shù)能夠滿足要求。

1.2信息存儲(chǔ)與傳輸

在滿足實(shí)時(shí)信息采集的同時(shí)，還要能夠滿足海量信息的存儲(chǔ)和信息的實(shí)時(shí)傳輸，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)全天候的自動(dòng)監(jiān)管，分布在林區(qū)的傳感設(shè)備將收集大量的實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)，加之以往的監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，這將需要PB級(jí)別的信息儲(chǔ)存能力。同時(shí)這些信息傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高，至少要保證監(jiān)控智慧中心能夠第一時(shí)間接收到來自林區(qū)傳感器等設(shè)備的信息。尤其是火災(zāi)初期，要能夠及時(shí)讓指揮中心知曉情況，只有這樣才能在第一時(shí)間組織林火分析，并出臺(tái)有效的撲救方案，以便控制火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)，減少損失。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)基本滿足要求，當(dāng)然需要建立前端基站，組建專用網(wǎng)絡(luò)才能保證效果。

1.3火災(zāi)定位與功耗低

要實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)精確快速的火災(zāi)定位，同時(shí)要能夠預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)間。目前3S技術(shù)可以為這項(xiàng)功能提供技術(shù)支撐。此外，森林環(huán)境惡劣，系統(tǒng)供電是一個(gè)難題，分散在林區(qū)的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)具備良好的續(xù)航能力，功耗要低，且要具備自供給能力。

3、系統(tǒng)組建

3.1頂層設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基本由前端智能采集站，信息傳輸系統(tǒng)以及后臺(tái)監(jiān)控中心組成，具體而言有四個(gè)層次，包括數(shù)據(jù)集合層、云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層。首先，感知層，這是由分散在林區(qū)的傳感設(shè)備、儀器儀表、視頻采集站等組成。其中的關(guān)鍵是物聯(lián)網(wǎng)，利用傳感器技術(shù)、智能嵌入技術(shù)等來構(gòu)筑森防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感知層，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)。

其次，云平臺(tái)，基于云計(jì)算構(gòu)建云平臺(tái)，這種方式可以有效降低成本，因?yàn)樵破脚_(tái)可以弱化數(shù)據(jù)中心的作用，并且能夠比較有效地兼容現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備。云平臺(tái)的分布式異構(gòu)技術(shù)體系是最為可行的方案，也符合今后相當(dāng)一段時(shí)間的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

第三，網(wǎng)絡(luò)層，系統(tǒng)組網(wǎng)是最為復(fù)雜的一個(gè)層面，雖然說當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)已經(jīng)十分先進(jìn)，可以運(yùn)用有線網(wǎng)，也可以利用無線網(wǎng)，但是考慮到林區(qū)復(fù)雜的環(huán)境因素，若單純采用有線網(wǎng)，為保證傳輸效率，當(dāng)前可采用光纖。但是這樣一來雖然能夠保證信息的實(shí)時(shí)傳輸，但投資太大，工作量大，工期長(zhǎng)。如果利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要建立通訊基站或是租借通訊基站，這些都需要投入成本，而且不一定能夠保證信息傳輸效率，所以最好的方式還是有線和無線相結(jié)合。前端可以用無線網(wǎng)組網(wǎng)，爭(zhēng)取最大的覆蓋率，信息存儲(chǔ)與分布式前端服務(wù)器，然后利用光纖網(wǎng)向指揮中心傳輸數(shù)據(jù)。

第四，數(shù)據(jù)集合層，要從大數(shù)據(jù)的角度，集成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成數(shù)據(jù)集合層，這是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。對(duì)于基于大數(shù)據(jù)的數(shù)字平臺(tái)來說，目前有很多可行的方案。比如greenplum，它是MPP（大規(guī)模并行處理）架構(gòu)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)和整合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)方面具有很大優(yōu)勢(shì)，而且它是開源的。

3.2技術(shù)方案

3.2.1物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐

集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，突出感知能力、交互體驗(yàn)、決策能力和體系化，能夠使森林防火工作智慧化運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)鍵就是組建物聯(lián)網(wǎng)。在森林防火領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)主要用于林區(qū)管理、信息監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化撲救（如果不計(jì)成本建設(shè)了自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的話）。物聯(lián)網(wǎng)組建上，要滿足上文提出的功能需求，至少要配置連續(xù)變焦紅外熱成像儀、熱成像超溫檢測(cè)系統(tǒng)以及可見光圖像檢測(cè)系統(tǒng)。通過建立智慧防火專網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的標(biāo)定、管理以及監(jiān)控。

森林防火關(guān)鍵點(diǎn)還是要做好組網(wǎng)工作，應(yīng)當(dāng)考慮林區(qū)地形地貌，盡可能選擇高地勢(shì)區(qū)域，保證監(jiān)測(cè)站的視野范圍，盡可能地以最小投入達(dá)到最大化的監(jiān)控范圍?？山Y(jié)合GIS定位林區(qū)現(xiàn)有的中繼臺(tái)、瞭望臺(tái)、發(fā)射臺(tái)等，將它們疊置到林區(qū)的火險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，并將其組件成備用網(wǎng)絡(luò)。然后利用DEM進(jìn)行視域、通視及緩沖區(qū)分析最后利用分析數(shù)據(jù)優(yōu)化組網(wǎng)方案。

3.2.2、智能控制系統(tǒng)

在后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中搭建智能控制系統(tǒng)，智能控制感知設(shè)備，充分利用專門的分析算法，利用各種感知設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，有效地降低誤報(bào)率。前端超溫探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生火險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)，并標(biāo)注火焰區(qū)域坐標(biāo)，熱成像儀和可見光攝像機(jī)，重新映射坐標(biāo)信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)提交到智能控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)的視域定位算法，將坐標(biāo)映射至可見光攝像機(jī)視域上計(jì)算報(bào)警點(diǎn)位置，并用可控制攝像機(jī)或是熱成像儀詳細(xì)觀察疑似火焰區(qū)域，在GIS系統(tǒng)標(biāo)注準(zhǔn)確位置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通知各關(guān)聯(lián)用戶終端。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，建設(shè)森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在云物大智移技術(shù)的支撐下，是十分可行的。本文所研究的項(xiàng)目雖然尚未完全建立其該系統(tǒng)，但是由已完成的成果來看，極大地提高了防火工作的準(zhǔn)確率和效率。當(dāng)然本文的探討的內(nèi)容可能有不足，但是具備一定的參考價(jià)值，希望可以與業(yè)內(nèi)一同探討進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】：

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第一作者簡(jiǎn)介：張明（1982年11月-），男 ，漢族，湖北石首人，碩士，高級(jí)工程師；從事森林資源監(jiān)測(cè)工作.