智慧林業(yè)森林防火方案探討

謝冬梅 宋欣慰

摘要：森林火災因為具有意外性大、高危險、破壞性強、不確定因素較多等因素，是沒處置難度最大，危害最嚴重的自然災害之一，發(fā)生頻繁，對森林資源安全和生態(tài)文明建設構成了及大的威脅。依據國家林業(yè)局《全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，全面支撐引領林業(yè)現(xiàn)代化數(shù)字建設，緊貼林業(yè)改革發(fā)展、森林資源保護等各項事業(yè)，推動“互聯(lián)網+”數(shù)字林業(yè)建設。基于此，本文主要通過側重林業(yè)信息化管理中的新技術運用和建設中的智慧森林防火系統(tǒng)解決方案進行探討。

關鍵詞：智慧林業(yè);視頻聯(lián)動系統(tǒng);森林巡護系統(tǒng)

Abstract：Forest fires are unexpected， destructive， dangerous and uncertain. They are one of the most frequent， difficult to deal with and most harmful natural disasters in various countries and regions. They are the greatest threat to the achievements of ecological civilization construction and the security of forest resources， and even lead to ecological disasters and social crises. According to the "13th Five-Year Development Plan of National Forestry Informatization" issued by the State Forestry Administration， we will fully support and lead the digital construction of forestry modernization， closely follow the forestry reform and development， resource protection， ecological restoration and other undertakings， and vigorously promote the forestry construction of "internet plus". Based on this， this paper mainly discusses the application of new technology in forestry information management and the solution of intelligent forest fire prevention system in construction.

Key words：Wisdom forestry;Video linkage system;Forest patrol system

隨著信息技術的應用，信息資源逐步成為智慧林業(yè)發(fā)展的重要因素，信息技術在發(fā)展和應用中，也起到重要的凸顯作業(yè)[1]。

1 智慧林業(yè)森林防火介紹

1.1 森林防火背景

2009～2018年我國森林火災發(fā)生頻度整體呈下降趨勢，2011年以后我國的森林火災特征存在一個顯著的轉折，即由重轉輕。2018年我國共發(fā)生森林火災2478起，較2009年降低了6381起，森林火災次數(shù)大幅下降。

1.2 森林防火現(xiàn)狀和問題

1.2.1 黑龍江森林資源豐富

森林火災危險性高、持續(xù)時間長、處置難度大，危及人民生命財產嚴重、森林資源破壞性強，極易引發(fā)生態(tài)災難[2]。

1.2.2落后的傳統(tǒng)防火指揮手段問題日益突出。

一是林內可燃物多，冬春季節(jié)風大物燥，極易引發(fā)大的森林火災。二是森林旅游已成為人們回歸自然的一種時尚，野外生產生活用火頻繁，火災隱患增多，管理難度大。三是一些地方農村基層矛盾突出，引發(fā)的森林火災案件增多，故意縱火案時有發(fā)生。

2 智慧林業(yè)森林防火架構與管理

以利用全新的現(xiàn)代信息技術為核心，搭建一種智慧化發(fā)展的長效機制，實現(xiàn)林業(yè)高效發(fā)展[3]。

2.1 智慧林業(yè)森林防火的架構

2.1.1 信號采集

通過高空瞭望系統(tǒng)、一體化云臺攝像機、煙溫感攝像機、高清球機等采集設備進行信息收集。

2.1.2 數(shù)據傳輸

可利用微波傳輸、5G無線傳輸、光纖傳輸?shù)确绞酱罱▊鬏斊脚_。

2.1.3 設備供電

采用就近接取市電、風力發(fā)電、太陽能供電等多種方式。

2.1.4 數(shù)據應用

通過對采集圖片等數(shù)據的合成，GIS應用等，觸發(fā)聯(lián)動報警，及時采用應急、救護手段。同時可以進行智能化分析，在火災發(fā)生之前進行預警。

2.2 智慧林業(yè)森林防火系統(tǒng)平臺結構

森林防火三級網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)支持省、市、縣三級聯(lián)網功能，可以設定權限，上級具有優(yōu)先控制權限，本級只允許查看轄區(qū)內的視頻圖像。

最高權限：具備權限管理、林火預警管理、MSS管理、云存儲管理、鏡頭控制、流媒體轉發(fā)、錄像管理、視頻預覽管理、視頻分組管理、區(qū)塊鏈存儲技術、AI視頻管理、巡航管理、防火事件管理、氣象管理、應急響應管理等功能;

包含本級及區(qū)縣級權限：包含網絡視頻監(jiān)控軟件（市級）、森林火情熱點反饋及統(tǒng)計系統(tǒng)、護林員信息管理系統(tǒng)、空間基礎（矢量）數(shù)據、衛(wèi)星遙感影像、數(shù)據處理與入庫、三維Web-GIS平臺、數(shù)據庫企業(yè)版、森林防火綜合管理平臺;

具備本地管理權限：可查看轄區(qū)內整體的資源狀況以及轄區(qū)內下各個級別的數(shù)據，也可細化到小班級別，各區(qū)縣根據平臺權限，可添加、刪除、以及更新轄區(qū)內防火資源數(shù)據。

2.3 智慧林業(yè)森林防火目標和建設步驟

2.3.1 制定標準要求高起點、高標準、高規(guī)格、高回報、低投入;

2.3.2 方案論證要求多重驗證、樣板測試、效果評估;

2.3.3 設備選型要求統(tǒng)一型號、統(tǒng)一標準、設備成熟、服務保障完善;

2.3.4 系統(tǒng)招標要求建設標準、預算分析、產出評估;

2.3.5 分布實施要求階段驗證、管控演練、客戶服務;

2.3.6 效果評估要求數(shù)據情況、應收占比、社會評估。

2.4 智慧林業(yè)森林防火管理架構

以一個中心，三層平臺進行搭建，一個中心指林業(yè)指揮中心，三層平臺為智慧應用平臺、智慧林業(yè)平臺、基礎設施平臺，來實現(xiàn)更深入的分析和管理，更全面的互聯(lián)互通，更透徹的感知。

3 ?智慧林業(yè)森林防火解決方案

3.1 智慧林業(yè)森林防火面臨的問題

3.1.1無法聯(lián)動

視頻監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、電子地圖定位沒有形成聯(lián)動，無法形成報警、視頻監(jiān)控和城市地圖定位的聯(lián)動系統(tǒng)。

3.1.2 缺少多級平臺管理

無法實現(xiàn)基層單位使用的基礎平臺與總部使用的指揮平臺聯(lián)動，形成實時出警和指揮的預案機制，避免惡性事件發(fā)生。

3.1.3 基礎報警布局不完善

基礎監(jiān)控布局日益完善，但是基礎報警觸發(fā)點布局嚴重缺乏，沒有形成實時報警、實時定位、實時視頻聯(lián)動、實時調度指揮。

3.2 智慧林業(yè)森林防火設計理念

3.2.1 業(yè)界領先

領先的智慧林業(yè)防火安全指揮平臺設計理念，基于云計算、物聯(lián)網、互聯(lián)網技術，采用模塊化架構，進行統(tǒng)一的平臺管理[4]。

3.2.2 智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)實現(xiàn)

城市級平臺和基層平臺級聯(lián)綜合管理、防火安全指揮、大數(shù)據分析、監(jiān)控報警聯(lián)動、智能分析應用、日常管理、值班管理等業(yè)務應用[6]。

3.3 智慧林業(yè)森林防火子系統(tǒng)

3.3.1火災緊急報警系統(tǒng)

根據地理位置，設置緊急報警裝置，一旦觸動緊急報警點，周邊攝像機開啟聯(lián)動，進行視頻抓拍/錄像/實時監(jiān)控等應用。智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)平臺可以報警點實時定位聯(lián)動各子系統(tǒng)進行及時響應。

3.3.2 視頻巡檢系統(tǒng)

視頻巡檢系統(tǒng)是新研發(fā)的管理功能，源于智慧林業(yè)安全防火指揮系統(tǒng)的創(chuàng)新升級。

應用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，巡查電子地圖上的項目重點目標。遠程巡檢是通過巡檢人員定時、定點在電子地圖上的巡邏點位標志，以電子地圖為基礎應用平臺，時時查閱現(xiàn)場視頻、圖像。

3.3.3報警視頻聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)

可通過攝像頭監(jiān)控畫面，對監(jiān)控畫面進行截屏，存儲臨時圖像文件，后臺服務器自動處理這些臨時文件[5]。

也可通過熱成像、GPS精確定位發(fā)生火情的位置，聯(lián)動就近氣象站分析風速、風向、溫濕度等有效數(shù)據，為架設隔離帶和火情蔓延趨勢輔助決策。通過指揮平臺綜合分析植被信息、水源地、滅火設施設備、人員、道路等情況，為滅火提供支撐。

報警視頻監(jiān)控系統(tǒng)從其結構及日常功能需求綜合考慮，完善下述三個方面建設：

①林業(yè)基礎報警觸發(fā)點布局建設，如在重要場合安裝緊急求助聲光報警器等。

②完善報警點視頻設備的建設，實現(xiàn)報警視頻聯(lián)動。

③多級平臺的建設，實現(xiàn)實時報警，實時出警，實時指揮，多級聯(lián)動的預案式實時處警方式。

該系統(tǒng)的特點：智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)可自動實時調取視頻監(jiān)控的畫面或視頻錄像，實現(xiàn)電子巡查功能;智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)也可傳達多個指令將，使各個子系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)進行聯(lián)動。

3.3.4 森林巡護系統(tǒng)

森林巡護系統(tǒng)的建設可大大提高了護林員日常巡護工作效率，責任區(qū)劃分，人員實時調度，現(xiàn)場情況實時反饋。

3.3.5 無人機系統(tǒng)

無人機系統(tǒng)是借助無人機搭載高清航拍攝像技術，結合無人機控制軟件實現(xiàn)對森林管護區(qū)域的自動巡航，自動懸停多角度拍照，并且掛在紅外熱成像監(jiān)測傳感器，實時對森林管護區(qū)域進行全方位的掃描監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)潛在火源點，及時鎖定隱患并且抓取隱患點的視頻畫面，同時實時發(fā)出隱患報警至指揮中心。同時可實現(xiàn)周邊林業(yè)資源觀測、病蟲害觀察與其他觀察功能。

該系統(tǒng)的特點：通過無人機拍攝建模，三位模型可全面把控全局資源及快速核查林區(qū)面積及周長等數(shù)據，加強濫砍濫伐的執(zhí)法管理;客服地理環(huán)境的限制，快速抵達火災現(xiàn)場，在森林滅火，災害救援方面，最大程度的提升了救援的速度;配合地面管控，形成立體監(jiān)控網絡，全面視角提升巡檢的效率以及重點區(qū)域的針對性。

3.4 防火信息邊緣計算

依托邊緣計算，將傳統(tǒng)的后臺數(shù)據處理、計算功能下放在邊緣域，在邊緣域實現(xiàn)火情預警、火點識別等功能，降低傳統(tǒng)模式下后臺數(shù)據處理壓力。

3.4.1 邊緣匯聚：氣象信息、熱成像數(shù)據、人流量、車流量等多維度數(shù)據在邊緣域匯總、存儲;

3.4.2 邊緣計算：通過設置監(jiān)控范圍、氣象數(shù)據閾值等規(guī)則，識別范圍內溫濕度、風速、火點識別等;

3.4.3 邊緣應用：利用邊緣計算處理結果，實現(xiàn)人車流預警、火情告警、火點監(jiān)測及撲救等應用。

3.5 災后評估

根據火情發(fā)生位置、性質、過火面積統(tǒng)計、經濟/環(huán)境/生態(tài)災后影響評估形成報告，上報并按時間格式備份存儲，及時總結防火工作中的經驗，為森林防火平臺后續(xù)升級提供基礎數(shù)據支撐。

4 ?結束語

通過智慧化、信息化技術，可以實現(xiàn)相應的社會效益。

4.1 可及時掌握森林火災的現(xiàn)場情況、火情動態(tài)，預計發(fā)展趨勢，進行綜合分析與評價，為指揮中心提供決策手段和處理方法，提高對突發(fā)、應急事件的處理能力。

4.2 監(jiān)控指揮中心的互聯(lián)互通，滿足防火值班、信息匯總、綜合協(xié)調指揮調度等森林火災的應急管理業(yè)務需要，具有火災監(jiān)控、綜合預測預警、信息接報與發(fā)布、綜合研判、輔助決策、指揮調度、應急保障等[7] 。

4.3 森林防火撲救，應遵循“打早、打小、打了”原則，從源頭保障森林資源;可大幅減輕林區(qū)防護人員工作強度，進一步提高森林防火工作效率;森林管護工作由單一依靠人員防護向人員和科技防護結合，進一步提高森林管護成效、保證天然林資源安全。

參考文獻：

[1] 余茂源.國內智慧林業(yè)研究綜述，黑龍江省生態(tài)工程職業(yè)學院學報，2017（30）

[2] 徐毅仁，張嘉龍，王一淋，等. 以大數(shù)據為主的智慧林業(yè)防火工作建設策略[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2020（20）：143-145.

[3] 施云龍. 物聯(lián)網在智慧林業(yè)建設中應用，電子技術與軟件工程，2019（13）

[4] 李小春，陳煜文. 智慧林業(yè)的概念及在工作中的應用[J].現(xiàn)代園藝，2019（24）：135-136.

[5] 袁向兵.基于視頻監(jiān)控的圖像精確識別與分析，數(shù)字化用戶，2017（26）

[6]黃思明. 聚焦信息現(xiàn)代化實現(xiàn)智慧化林業(yè)[J].林業(yè)勘察設計，2019（04）：3.

[7] 左家哺.林業(yè)發(fā)展新模式：智慧林業(yè)的評述，湖南生態(tài)科學學報，2014（06）

作者簡介：謝冬梅（1983-），女，山東昌邑人，大學，助理工程師.從事林業(yè)技術研究

通訊作者：宋欣慰（1989-），女，山東德州人，大學，助理工程師.從事林業(yè)技術研究