新時期森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)研究

魯作云

(恩施土家族苗族自治州林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，湖北 恩施 445000)

注：1畝≈666.7m2

恩施自治州地處鄂西邊陲,森林覆蓋率高達64.65%,自然資源豐富,享有“鄂西林海”、“天然氧吧”等美譽，但林區(qū)大多處于山區(qū)，地形復(fù)雜，通訊不便，撲救困難,森林防火任務(wù)十分艱巨。據(jù)了解80%的火災(zāi)可以在初期得到有效的抑制，因此從以下三個方面著手它的危害就會降到最低：一是預(yù)警、二是消防物資管理、三是人員管理及調(diào)動。因受主客觀因素的制約，現(xiàn)有森林監(jiān)控預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)時代對海量數(shù)據(jù)進行深度挖掘、分析、應(yīng)用的現(xiàn)實需求。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標

為快速發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱情并及時采取措施進行撲救，需要構(gòu)建完善先進的森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)[1]。森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建的“智慧森防”體系，建設(shè)森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)可實現(xiàn)動態(tài)感知、預(yù)判預(yù)警、科學(xué)決策，提升森林防火科學(xué)化水平，將災(zāi)難造成的損失降到最低。

2 系統(tǒng)的主要技術(shù)方案

森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)采用了熱成像、大數(shù)據(jù)、人工智能等多項先進技術(shù),把硬件設(shè)施與應(yīng)用平臺有機結(jié)合，是一個信息化綜合系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)通過自動化處理流程，由前端監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對監(jiān)控覆蓋林區(qū)實時監(jiān)測預(yù)警及全天候自動掃描，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸系統(tǒng)到達監(jiān)控指揮中心，按照準確的火情定位迅速采取應(yīng)急措施進行撲火指揮，最大限度地減小火災(zāi)造成的損失[2]。

3.1 前端監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

恩施自治州林地面積達1882萬畝,占湖北省的20.78%，可結(jié)合不同林區(qū)的植被特點、地勢地形特征，氣候特征規(guī)劃安裝前端監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，在大范圍大視野內(nèi)構(gòu)成有效的監(jiān)控體系。系統(tǒng)采用巡航、檢測和報警為一體的工作方式，巡航周期更短，可全時段全方位進行火情監(jiān)測。前端系統(tǒng)配備高性能測溫型紅外熱成像模組和高清可見光攝像機模組，搭載360°全方位高速數(shù)字云臺，對原始測溫數(shù)據(jù)進行分析，具有識別度高、誤報率低等特點，大大提高對林區(qū)內(nèi)火情的預(yù)警監(jiān)測水平和及時處置的效率[3]。

3.1.1 測溫型紅外熱成像模組和高清可見光攝像機模組

高靈敏測溫型熱像儀是一種能探測極微小溫差的傳感器，適用于各種氣候情況下的火情觀測，包括沙塵、霧霾天氣也能遠程觀察3～10km的山區(qū)實況，實時輸出測溫數(shù)據(jù)并進行錄像存儲。當熱成像發(fā)生火災(zāi)報警時，可見光攝像進一步確認報警的真實性，提高防火預(yù)警準確性，同時可以為遠程指揮提供現(xiàn)場真實畫面，作為輔助手段?？梢姽鈹z像機根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)整和設(shè)置煙火識別的敏感度、掃描時間、掃描范圍等，快速有效地發(fā)現(xiàn)濃煙、地下火、隱性火等火情[4]。

3.1.2 高速大扭矩精密云臺

高速大扭矩精密云臺可對每個控制點進行地址編碼，同時將坐標值直接綁定在電子地圖上，實現(xiàn)定位功能。云臺操控靈活，用戶可用每秒0.1°至每秒90°的速度，水平360°、垂直180°無盲區(qū)自動巡檢，也能定時執(zhí)行用戶預(yù)定的場景，想看哪里就看哪里。比如讓云臺東西南北四個方向各停留多長時間都可以設(shè)置。用戶對某一問題區(qū)域進行監(jiān)控時，可調(diào)動對當前重點觀察地理位置可視的所有前端設(shè)備一起來關(guān)注，使用戶從全方位角度對區(qū)域進行觀察，快速準確識別火情[5]。

3.2 傳輸部分

傳輸部分承擔著遠程測控與數(shù)據(jù)通訊的任務(wù)。前端森林防火基站地勢復(fù)雜，采用光纖傳輸施工復(fù)雜、造價高，還會對植被造成破壞，無線微波傳輸可實現(xiàn)畫面的高清晰度和實時性，安裝方便、靈活性強、性價比高，林區(qū)前端監(jiān)控點和監(jiān)控指揮中心之間的連接多采用無線微波傳輸方式。根據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的情況，各管理人員和監(jiān)控人員最快可在10秒鐘范圍內(nèi)得到通知和信息的傳達。

3.3 監(jiān)控指揮中心

監(jiān)控指揮中心是整個森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的“大腦中樞”，有圖像顯示、圖像錄像、遠程控制等功能。由無線接收主機、GIS平臺軟件、森林火險預(yù)警系統(tǒng)、大屏展示、數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器、FTP服務(wù)器、報警管理服務(wù)器等構(gòu)成，實現(xiàn)三維場景下的“災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后”一體化動態(tài)管控和預(yù)警決策[6-8]。

3.3.1 災(zāi)前

森林火險預(yù)警分析系統(tǒng)可根據(jù)采集的森林火險天氣因子和物候修正因子，計算不同地區(qū)的森林火險天氣指數(shù)，并在地圖上顯示不同地區(qū)的天氣及森林火險狀況。當前端巡航掃描過程發(fā)現(xiàn)煙火時，系統(tǒng)能在第一時間識別和聲光報警，并把火警的畫面移到在指揮中心大屏的中心位置，提醒值班人員查看顯示畫面，并同步呈現(xiàn)報警點經(jīng)緯度、網(wǎng)格、責任人、火情持續(xù)時間，火帶長度及寬度等信息，能讓監(jiān)控指揮中心迅速獲取火險的第一手情報[9]。

3.3.2 災(zāi)中

基于3D地圖用戶界面的GIS(地理信息系統(tǒng))平臺可實現(xiàn)林業(yè)資源一張圖。具體來說，就是管理人員可以標注重點卡口、瞭望塔、防火人員、檢查站、物資庫、水源地、重點防護區(qū)域等類型的資源，點擊標注的資源圖標查看詳情，為我們撲救指揮提供詳實準備的信息[10]。關(guān)于發(fā)生火情的輔助決策，系統(tǒng)會首先提供周邊資源分布情況、距離火情的位置等信息的查詢；查詢完周邊資源后，可以根據(jù)地面植被信息、現(xiàn)場風向、風速、溫度等可能影響火勢發(fā)展的客觀條件，可視化推演出火勢可能蔓延的趨勢、蔓延速度和蔓延面積。火勢蔓延模擬還會動態(tài)識別周邊的資源分布情況，遇到隔離帶和水源地，附近的火勢會變?nèi)?；當遇到隔離帶、水源地等阻燃資源時會進行自動識別，根據(jù)這些情況，在地圖上可模擬未來一段時間內(nèi)森林火災(zāi)的發(fā)展蔓延趨勢，利用漸變的紅進行疊加渲染，用戶對過火過程、過火地形一目了然[11]。接下來，系統(tǒng)會根據(jù)火勢蔓延情況調(diào)度指揮這個范圍內(nèi)的人員、車輛，同時提供到火場的最佳路徑分析，按照火災(zāi)等級啟動應(yīng)急預(yù)案，最后一鍵生成指令單，通過互聯(lián)網(wǎng)或者Wi-Fi傳輸?shù)阶o林員及上級管理者的電腦、手機、平板電腦等設(shè)備上，從而實現(xiàn)全天候、全自動、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的森林火險災(zāi)的監(jiān)測與預(yù)警。森林防火指令單包含了發(fā)生火情的時間、位置、坐標、位置示意圖、撲救指揮示意圖和周邊資源分布情況，以及重點防護區(qū)域及重大危險源的情況，出警單位信息，需要攜帶物品，路線規(guī)劃指示。根據(jù)此指令單，各相關(guān)部門可有秩序組織附近居民撤離，組織火災(zāi)的現(xiàn)場救援[12]。

3.3.3 災(zāi)后

當火災(zāi)救援完畢后，系統(tǒng)會對撲救過的區(qū)域進行暗火逐層掃描，排除隱患。災(zāi)后，系統(tǒng)軟件通過火災(zāi)中過火面積并結(jié)合當?shù)谿IS地理信息系統(tǒng)評估出火災(zāi)造成的樹木植被及自然環(huán)境的破壞情況，并自動生成火災(zāi)評估報告，以便查閱。

4 結(jié)論

有了強大的森林防火監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的助力，森林防火工作者有了準確的“天氣預(yù)報”，工作更加得心應(yīng)手，從而最大限度地減少森林火災(zāi)損失，推動恩施自治州森林防火工作上新臺階。