全天候空天地森林防火監(jiān)測平臺

李 維，鄭 暉，徐偉剛

（江西華宇軟件股份有限公司，江西 南昌330096）

在森林草原防火工作中，為了貫徹落實“森林防火，預防為主”的方針，林草部門不僅要負責火災的預防工作，還應要承擔火情早期處理職能，因此，應加強公共安全科學研究和技術開發(fā)，采用先進的預測、預警、預防和早期處置，第一時間發(fā)現(xiàn)火情并及時進行處理是非常重要的[1]。通過建立“全天候空天地”一體化監(jiān)測，利用遙感衛(wèi)星、航護機、無人機、視頻監(jiān)控、超遠程煙霧探測、瞭望塔、北斗終端結合護林員形成全天候立體化的監(jiān)測網(wǎng)絡[2]。依托搭建的監(jiān)測平臺，做到一體化監(jiān)測、預警，扁平化信息傳輸，建立和完善聯(lián)動協(xié)調制度，從而實現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)生火情，都能在最短的時間內(nèi)得到處置。在核實火情之后，系統(tǒng)可同步顯示火場周邊氣象信息，地形、撲救部署等信息，并及時通知有關單位組織人員進行早期處置，做到“早預防、早消滅”。

1 技術路線

如圖1，“全天候空天地”一體化監(jiān)測的技術路線充分結合3S（RS、GIS、GPS）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿技術手段，集成了衛(wèi)星熱點監(jiān)測、無人機巡護、超遠程煙霧探測、視頻監(jiān)控、護林員巡護等多種方式，從而實現(xiàn)“空、天、地”一體的森林防火監(jiān)測預警效果，達到對森林火災進行早期預防的要求[3]。

2 關鍵技術

“全天候空天地”監(jiān)測是利用“空、天、地”等多種手段，結合森林防火監(jiān)測預警的需要，全方位的對重點火險區(qū)的森林早期火災進行有效的預防管理[4-5]。

2.1 衛(wèi)星熱點

衛(wèi)星熱點監(jiān)測火情具備全天候的優(yōu)勢，系統(tǒng)自動接收多種來源的衛(wèi)星熱點數(shù)據(jù)，包括國家應急部提供的衛(wèi)星熱點，和葵花8號衛(wèi)星熱點，自動上報到平臺，并將發(fā)現(xiàn)的疑似火源，快速分發(fā)，快速落實，及時反饋，從而實現(xiàn)有效的火情監(jiān)測。

圖1技術路線Fig.1 Technology roadmap

2.2 航護機與無人機

結合GIS技術，疊加高精度的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，制定巡護路線，利用航護機及長續(xù)航無人機在重點防火期對重要森林資源區(qū)進行火險偵測和日常巡護，并將發(fā)現(xiàn)的火情告警通過移動互聯(lián)網(wǎng)上報到平臺，實現(xiàn)早期的火情偵查和預警[6]。

2.3 視頻監(jiān)控

通過安裝高清視頻監(jiān)控或雙光譜視頻監(jiān)控相機，構建視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，對重點林區(qū)及人員聚集結合部進行實時監(jiān)測，利用可見光煙火識別技術和紅外熱成像技術進行火情分析研判，同時結合人員巡護、地面瞭望，做到火情核實及處置[7-8]。

2.4 超遠程煙霧探測

通過安裝超遠程煙霧探測設備，基于光譜分析技術，對煙霧粒子進行光譜分析，可實現(xiàn)全天候，超遠距離的煙霧探測，實現(xiàn)火情的監(jiān)測預報。

2.5 全天候監(jiān)測平臺

全天候監(jiān)測平臺是系統(tǒng)的核心，既是數(shù)據(jù)接收處理分析平臺，又是指揮決策撲救平臺，利用監(jiān)測平臺統(tǒng)一接收衛(wèi)星熱點、飛機巡護、視頻監(jiān)控、超遠程煙霧探測設備等采集的數(shù)據(jù)，并對這些信息進行有效的管理和分析研判，及時發(fā)現(xiàn)火情，一旦判定為火情，就會自動推送到地面巡護人員、網(wǎng)格員的手持終端，經(jīng)核實反饋之后，同步顯示火場周邊氣象信息，地形、撲救部署等信息，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行林火態(tài)勢分析，而且還能做到通知有關單位組織人員開展疏散周邊群眾的工作[5]。

2.6 護林員巡護系統(tǒng)

利用“互聯(lián)網(wǎng)+多終端”的模式，在“人防”的基礎之上利用信息化手段進行“技防”，依托于監(jiān)測預警平臺獲取的各種監(jiān)測手段得到的火情信息，通過扁平化的方式第一時間下發(fā)至基層護林員的移動終端上，通過APP及時指導護林員前往疑似火源地實地核實與反饋火情信息。同時，護林員也可以將日常巡護過程中發(fā)現(xiàn)的火情通過APP上報到平臺，也能作為一種有力的預防方式。

3 功能設計

3.1 系統(tǒng)管理

包括系統(tǒng)設置及用戶統(tǒng)一認證管理，提供了靈活的菜單配置功能，使用戶可以根據(jù)自己的習慣和需要定制系統(tǒng)界面，而且還能對用戶的使用權限和密碼進行管理，支持用戶在線狀態(tài)查看，用戶賬號禁用等。

3.2 地圖服務

可實現(xiàn)自由縮放和漫游操作，系統(tǒng)根據(jù)縮放級別顯示最佳比例尺的地圖數(shù)據(jù)，提供二三維瀏覽；可在地圖上方便地進行距離和面積的量算、查詢和定位，可疊加標準的WMS/WMTS地圖服務；在三維電子沙盤上，將山體、道路、河流以直觀表現(xiàn)。

3.3 防火專題數(shù)據(jù)管理

包括林相圖和林班的顯示和渲染，在圖上點擊即可查詢相應的小班和森林資源信息，并可進行小班信息的統(tǒng)計計算，可實現(xiàn)專業(yè)森林消防隊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應急隊、物資儲備庫、瞭望臺、前端視頻監(jiān)控點、火險因子采集站、防火無線通信基站、主要生物防火林帶、大型防火宣傳牌、區(qū)防火指揮中心、其它危險及重要設施等管理。

3.4 火情管理

能夠及時接收視頻監(jiān)控、超遠程煙霧探測、飛機巡護、護林員上報的火情信息，實現(xiàn)火點定位，火情跟蹤，自動生成報表和報告；能夠以氣泡標注的形式展示火點的詳細信息，如火點的經(jīng)緯度、火點距離、火點方位、所屬區(qū)域、上報人、詳細地址、圖片等；同時具有屏蔽區(qū)管理的功能，對于已知的一些熱源，如工廠煙囪、發(fā)電廠等，可以對其進行屏蔽設置；支持火情查詢、導出操作，可一鍵導出火情信息表及圖片數(shù)據(jù)。

3.5 熱點管理

可自動接收國家林草局發(fā)布的衛(wèi)星熱點和葵花8號衛(wèi)星熱點，并快速分發(fā)，也支持手工導入標準的熱點文件，以不同圖標顯示熱點狀態(tài)和熱點類型，支持基于熱點的火情初判和周邊撲火資源的調度分析，可以快速計算出到達火災現(xiàn)場的最佳路徑，查找最近的撲救力量，支持熱點一鍵分享。

3.6 林火蔓延模擬

結合地理信息系統(tǒng)技術，根據(jù)火點的經(jīng)緯度，可獲取火點位置的地形地貌、林火資源分布狀況、可燃物種類與性質、隔離帶（防火林帶、防火線、道路、河流）、氣象（風力、風向、晴雨天氣狀況）等數(shù)據(jù)，根據(jù)林火蔓延模型動態(tài)計算，自動生成林火發(fā)展態(tài)勢，可向決策者提供林火區(qū)位、蔓延速度、火場擴展趨勢、火線強度等重要的火災行為數(shù)據(jù)，使指揮人員可預判到未來一段時間內(nèi)林火蔓延的趨勢和發(fā)展情況，為撲救部署和指揮調度提供參考[9]。

3.7 跟蹤定位

結合了北斗、GPS技術、無線通信技術(3G/4G/5G)，對攜帶了定位終端的消防車輛和人員進行跟蹤定位，實時監(jiān)測其所在位置，便于決策者隨時進行指揮調度；系統(tǒng)支持軌跡查詢、回放，可根據(jù)選擇的時間和用戶，查看歷史軌跡并進行回放。

3.8 視頻監(jiān)控

能夠查看所屬權限內(nèi)的林火視頻監(jiān)控點，并可實現(xiàn)云臺操控、鏡頭變倍等操作，能夠自動接收報警并定位顯示，可將連續(xù)報警進行合并處理；能夠實現(xiàn)監(jiān)控點的監(jiān)控覆蓋范圍和可視域的顯示，支持云臺定位；支持地圖反控，用戶點擊地圖某個區(qū)域后聯(lián)動云臺轉動到對應的位置；支持監(jiān)控點分配管理，給指定人員分配可查看的監(jiān)控點位。

3.9 林火定位

在現(xiàn)有DEM數(shù)據(jù)的基礎上，根據(jù)監(jiān)測到火點的云臺所在位置及其水平角和俯仰角，自動計算出火點所在位置和海拔高度，在地圖上定位火點。

3.10標繪和模擬演練

標繪和撲火過程模擬推演是對某場森林火災，從火災發(fā)生到組織撲火和火場變化等過程的動態(tài)模擬，以地圖顯示、符號動態(tài)標繪為手段，其關鍵的技術是實現(xiàn)態(tài)勢的標繪和態(tài)勢標號的動態(tài)顯示以及時間順序的控制。

3.11火災損失統(tǒng)計

根據(jù)火災過火面積、林班林木種類的價值等數(shù)據(jù)計算火災損失，并能夠將計算結果以多種圖表樣式進行直觀的顯示，并生成報表。

3.12統(tǒng)計報表

可以對本系統(tǒng)關聯(lián)的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，如告警信息、衛(wèi)星熱點、火災信息以及火災損失的統(tǒng)計等，并生成各種統(tǒng)計報表。

3.13火險監(jiān)測預警

系統(tǒng)綜合多種監(jiān)測預警手段，包括飛機巡護、衛(wèi)星熱點、視頻監(jiān)控、超遠程煙霧探測等多種方式，同時系統(tǒng)還接入了實時氣象數(shù)據(jù)、配合地形地貌、森林資源數(shù)據(jù)、可燃物因子等，根據(jù)火險預測預報模型可將火險預報顯示在地圖上，做到實時收集、查看氣象數(shù)據(jù)，疊加森林火險等級圖，從而實現(xiàn)森林防火監(jiān)測預警預報功能。

4 系統(tǒng)開發(fā)

如圖2，系統(tǒng)采用了windows ribbon風格界面，按功業(yè)務流程對功能進行分組，使應用程序的功能更加易于發(fā)現(xiàn)和使用，既可以縮短學習成本，又能提高工作效率。

圖2系統(tǒng)主界面Fig.2 Main interface of the system

5 結束語

目前，我國森林防火事業(yè)依然嚴峻，防火管理水平仍有待提高，在現(xiàn)有的技術手段無法滿足管理者需求的情況下，本系統(tǒng)通過在多個省市進行調研分析，綜合考慮了用戶反饋的實際需求，最終設計開發(fā)完成，不但市場前景良好，而且通過該平臺的建設，將提高建設地區(qū)的森林防火水平，提高森林火災防控能力，增強建設地區(qū)全民森林防火意識，更進一步促進森林防火效能的提升，減少森林火災發(fā)生隱患，保護好區(qū)域森林資源，地方特色旅游資源，促進森林生態(tài)旅游業(yè)發(fā)展。