GIS 技術(shù)支撐下的森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與具體應(yīng)用策略分析

鹿津淞，郭思麟，李春林

（1.蛟河市太陽林場，吉林省 吉林市 132500；2.蛟河市橫道子林場，吉林省 吉林市 132500）

基于移動GIS 技術(shù)的森林資源調(diào)查與督查系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，能全面進行森林基礎(chǔ)地圖方面的錄入、各類數(shù)據(jù)信息的導(dǎo)入和導(dǎo)出、森林資源位置的感知、森林資源的調(diào)查分析、違法督查管理數(shù)據(jù)的錄入、傳感器數(shù)據(jù)的錄入和展示等，提升野外調(diào)查工作的便利性和自動化水平，具有一定的推廣應(yīng)用價值，是提高森林資源調(diào)查與督查工作水平的重要途徑。

1 GIS 技術(shù)簡述

GIS 技術(shù)又被稱為地理信息系統(tǒng)，具有詳細呈現(xiàn)地理信息情況的功能，操作者可以在系統(tǒng)平臺查找目標區(qū)域的地理信息情況，并且對該區(qū)域的地理信息進行存儲與分析，最終形成一整套完整的地理信息數(shù)據(jù)信息。GIS技術(shù)目前的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，比如林業(yè)、農(nóng)業(yè)、土地資源、災(zāi)害處置等多個方面，尤其已經(jīng)成為火災(zāi)事故應(yīng)急救援處置的重要技術(shù)之一。GIS 技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分明朗，從GIS 在當(dāng)前我國消防指揮通信系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用的實際效果上可以發(fā)現(xiàn)，通過GIS 技術(shù)可以實現(xiàn)對火災(zāi)事故的預(yù)警預(yù)報；實現(xiàn)對火災(zāi)事故的精準動態(tài)預(yù)測；對火災(zāi)現(xiàn)場地理信息情況進行調(diào)查；對火災(zāi)事故的發(fā)生原因以及發(fā)展情況進行分析和預(yù)測；對火災(zāi)事故的危害進行評估[1]。從整體上來看，GIS 技術(shù)之所以能夠為消防通信指揮系統(tǒng)提供強大的技術(shù)支撐，主要得益于GIS 技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與編輯功能、地理數(shù)據(jù)庫管理功能、制圖功能、空間查詢與空間分析功能等。

2 森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求及功能

2.1 森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警

森林火災(zāi)防治工作的首要任務(wù)就是對森林中可能發(fā)生的火情進行不間斷監(jiān)控，以便相關(guān)工作人員能夠更好地預(yù)防火情，并根據(jù)森林火險的實際情況制定正確的處理方案。森林火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警流程如下：林業(yè)管理機構(gòu)根據(jù)林場的實際情況，安排防火值班表，調(diào)遣值班人員定期對森林火險進行排查，值班人員在收到任務(wù)通知之后，佩戴好相關(guān)工具在規(guī)定的時間內(nèi)到達指定的火險巡邏地點。如果該地點未出現(xiàn)火情，則按照原定的路線趕往下一個指定區(qū)域；如果發(fā)現(xiàn)火情，則要立刻通知林業(yè)管理部門負責(zé)人，負責(zé)人在接到電話之后快速制定救火方案，同時組織人力開展火險救援工作[2]。

2.2 森林火災(zāi)定位

在消防通信指揮系統(tǒng)實際運行過程中，如何增強火災(zāi)區(qū)域定位能力一直都是影響滅火救援行動效果的重要因素。GIS 技術(shù)可以從高空對火災(zāi)現(xiàn)場進行定位和監(jiān)控，有效解決了消防通信指揮中的火災(zāi)區(qū)域坐標精準定位的難題，提高了滅火救援效率，也可以讓火災(zāi)現(xiàn)場地理信息快速傳遞給消防指揮中心，為消防隊伍滅火救援爭得了更多的反應(yīng)時間，也讓滅火救援行動的安全系數(shù)大幅提升。

2.3 森林火險救援

與其他類型火災(zāi)相比，森林火災(zāi)具有突發(fā)性強、過火范圍大、火情處理難度高等特點。受天氣因素的影響，森林火災(zāi)可能會在很短的時間內(nèi)造成嚴重的破壞，這使得森林火災(zāi)救援工作面臨重重困難。為了確保森林火險救援的效率以及搶險人員的生命安全，需要嚴格遵循森林火災(zāi)救援業(yè)務(wù)流程開展相關(guān)工作：森林火災(zāi)救援部門在收到火災(zāi)警報之后，立即調(diào)動人員前往火災(zāi)地點救火，同時對森林火災(zāi)的等級進行評估，根據(jù)評估的等級調(diào)派合適的救援隊伍趕往火災(zāi)地點處理火情。

2.4 實現(xiàn)了消防數(shù)據(jù)信息的高精度管理

GIS 技術(shù)可以收集、整理、存儲海量的地理信息，比如，城市道路地理信息、城市地下管線走向與分布、建筑空間分布地理信息、消火栓位置與消防水源位置信息等，一旦某個地區(qū)發(fā)生火災(zāi)警情，指揮中心接到警情報告后，便可以利用GIS 技術(shù)準確呈現(xiàn)出火災(zāi)現(xiàn)場的地理信息情況，這樣不僅提高了地理信息資源的有效利用率，更縮短了消防隊伍出警時間，消防隊伍在途中可以隨時隨地接收到指揮中心的指令，及時更改行進路線，以最快的時間到達火災(zāi)現(xiàn)場。由此可見，GIS技術(shù)讓消防地理信息數(shù)據(jù)資源管理精準度變得更高，也實現(xiàn)了對地理信息資源的直觀、高效利用，讓消防指揮中心做到了對火災(zāi)現(xiàn)場地理信息的可視化管理[3]。

2.5 調(diào)度指揮

上級有關(guān)部門要逐年提高對森林防火的投入，全省大部分市、縣（區(qū)、市）、省直林區(qū)已部署森林防火基礎(chǔ)設(shè)施，但是并未實現(xiàn)全省火情實時聯(lián)網(wǎng)上報，且新型信息化手段（無人機、巡林單兵、巡林車載、融合通信）等無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，存在信息壁壘以及數(shù)據(jù)孤島，導(dǎo)致森林防火工作存在全方位實時監(jiān)控難、及時預(yù)報預(yù)警難、護林巡查值守難、及時組織撲救難、災(zāi)后調(diào)查取證難的問題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以匯集市縣已有系統(tǒng)的視頻采集信息、預(yù)警信息，并指導(dǎo)未開展建設(shè)的市縣（區(qū)、市）、省直林區(qū)視頻監(jiān)控技術(shù)建設(shè)工作，形成全省聯(lián)動的監(jiān)控體系。該項目的整體建設(shè)，需要解決不同領(lǐng)導(dǎo)、指揮人員、現(xiàn)場救援人員等多種通訊手段、多種網(wǎng)絡(luò)之間無法及時響應(yīng)溝通的問題，以提高整體協(xié)同作戰(zhàn)效率，從而實現(xiàn)緊急事件的事前預(yù)警、事中處置、事后總結(jié)等閉環(huán)事件聯(lián)動處置流程。需要在省級監(jiān)控中心建立配套會議系統(tǒng)，對全省森林草原防火應(yīng)急救災(zāi)資源進行快速、有效調(diào)度指揮[4]。

3 森林火災(zāi)視頻監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)實際應(yīng)用

3.1 實時監(jiān)控與火情預(yù)警

該系統(tǒng)每間隔5min 便會在攝像頭拍攝的圖片中隨機抓取一張圖片，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模塊判斷該圖片中是否含有“火險因素”。如果判斷為否，則5min 之后抓取下一張監(jiān)控視頻圖像；如果判斷結(jié)果為是，則表示林區(qū)極有可能已經(jīng)出現(xiàn)火情，預(yù)警系統(tǒng)會在第一時間發(fā)出警報，提醒工作人員趕往現(xiàn)場確認。

3.2 森林防火的應(yīng)用

目前，地面巡護、高塔瞭望、無人機巡查、衛(wèi)星監(jiān)測等組成的立體化火災(zāi)監(jiān)控體系成為預(yù)防森林火災(zāi)與撲救林火的強有力措施。而高新技術(shù)的發(fā)展，可以推動衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于在森林防火工作中，且有著關(guān)鍵的地位，促使森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救工作有了強大的后盾。森林火災(zāi)會對森林資源造成毀滅性的破壞，具有無法預(yù)測性，加之火災(zāi)救援的難度比較大，通常是一發(fā)生火災(zāi)，就會造成巨大的森林損失，甚至導(dǎo)致人員的傷亡。而森林深處一般人類活動比較少，巡護工作人員也無法巡護到位，利用衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，能實現(xiàn)對森林深處的日常監(jiān)護，及時地發(fā)現(xiàn)起火點，從而為森林火災(zāi)的處置和森林火災(zāi)救援提供準確的信息，提高工作效率[5]。

3.3 熱紅外遙感技術(shù)在森林生態(tài)狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

森林和林地的地表通常多覆蓋有枯枝落葉，在天氣干燥時節(jié)容易發(fā)生森林火災(zāi)。此外，有些森林地區(qū)也是旅游區(qū)，存在著游人攜帶火種進入林區(qū)的潛在隱患，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，將會給森林、林地及周邊地區(qū)造成巨大的生態(tài)災(zāi)難與經(jīng)濟損失，甚至?xí){到人民群眾的生命安全[6]。傳統(tǒng)的森林火災(zāi)監(jiān)測方法不僅費用高、時效性差，而且存在盲區(qū)，難以及時發(fā)現(xiàn)著火點，進而不能把火災(zāi)控制在萌芽狀態(tài)。熱紅外遙感是指紅外傳感器工作波段限于3～14um 范圍之內(nèi)的遙感技術(shù)。通過星載傳感器收集、記錄森林地區(qū)的地物熱紅外信息，可以識別地物并且反演森林地區(qū)的地表溫度、濕度、熱慣量等參數(shù)。熱紅外遙感技術(shù)具有動態(tài)、實時、連續(xù)、覆蓋面積大等優(yōu)點，如今世界各國發(fā)射的衛(wèi)星上基本均攜帶有包括ASTER、AVHRR、MODIS、HJ1A/B-IRS、LANDSAT-TIRS 等熱紅外傳感裝置。利用熱紅外遙感技術(shù)對森林開展火災(zāi)遙感監(jiān)測和預(yù)警工作，已經(jīng)成為人類預(yù)防森林火災(zāi)的重要手段之一。

3.4 林地顯示

林地顯示是用移動GIS 系統(tǒng)和相關(guān)軟件實時顯示林地資源的實際情況，尤其是林農(nóng)交錯地帶的林地資源和農(nóng)地資源界限的信息，可以直觀顯示林地非法侵害和非法占地的情況，便于有效進行相關(guān)督查管理。例如：采用移動GIS 系統(tǒng)提供地圖服務(wù)，能實現(xiàn)地圖的可視化繪制，可觸屏操作。數(shù)據(jù)信息處理功能能夠提供地理數(shù)據(jù)信息的處理工具，進行緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)分析，同時也可以離線將數(shù)據(jù)信息以幾何對象的格式進行存儲。例如：WKT 數(shù)據(jù)存儲格式，可按照森林資源調(diào)查和督查工作的地理空間數(shù)據(jù)信息聯(lián)盟特點，將矢量幾何對象轉(zhuǎn)變成為文本標記語言。具體操作過程中，先將幾何數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成為WKT 格式的數(shù)據(jù)信息并存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部。在對幾何數(shù)據(jù)進行讀取的過程中，將WKT 格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)等，可視化顯示在屏幕中，從而提升林地資源信息顯示的準確性和可靠性。

3.5 滅火救援處置方案的制定

消防部門在接到火災(zāi)警情和出警指令后，應(yīng)當(dāng)由消防指揮中心在消防隊伍出動的同時，立即制定滅火救援處置方案，從而確保滅火救援行動順利進行，避免出現(xiàn)不必要的人員傷亡，將火災(zāi)事故造成的破壞和損失降至最低。GIS 技術(shù)為消防通信指揮系統(tǒng)提供了大量真實、有效的地理信息資源，消防指揮中心可以登錄地理信息資源庫，利用三維圖形實時觀察火災(zāi)發(fā)生區(qū)域的現(xiàn)場情況，了解火災(zāi)事故的具體位置、蔓延方向、蔓延速度、火災(zāi)現(xiàn)場周圍的消防裝置設(shè)施配備情況和位置、火災(zāi)現(xiàn)場周圍建筑物與人口分布情況。消防指揮中心在收集和分析這些數(shù)據(jù)信息資料之后，便可以正確判斷火災(zāi)情況，比如，火災(zāi)有可能蔓延的區(qū)域、有可能造成的危害等關(guān)鍵信息。GIS 技術(shù)可以輔助消防指揮中心進行火災(zāi)情況的圖形標繪，全部消防車輛、消防指戰(zhàn)員的具體位置都可以在電子地圖上呈現(xiàn)出來，然后根據(jù)火災(zāi)實際情況，制定相對應(yīng)的滅火救援處置行動方案，根據(jù)道路實時情況，為消防車輛制定用時最短的行車路線，避免消防車輛在途中遭遇堵車，防止由于諸如此類因素錯過最佳的滅火救援時機。

3.6 完善森林火災(zāi)監(jiān)測體系

林業(yè)部門應(yīng)建立健全森林火災(zāi)監(jiān)測體系，確保能及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，避免火災(zāi)大面積發(fā)生。首先，林業(yè)部門要加強地面巡護。地面巡護工作在林火監(jiān)測中具有重要作用與價值。為充分發(fā)揮地面巡護工作效果，林業(yè)部門要加強護林員隊伍的建設(shè)和管理，使護林員明確自身的工作職責(zé)，并配置必要的巡護設(shè)備，從而落實地面巡護工作。此外，林業(yè)部門要根據(jù)林區(qū)實際情況，科學(xué)、合理地設(shè)計地面巡護路線，避免因存在巡護死角而遺漏高火險地段。其次，林業(yè)部門要增加定點監(jiān)測設(shè)施。現(xiàn)階段，部分林區(qū)的定點瞭望臺數(shù)量偏少，難以通過定點瞭望臺形成有效的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。因此，林業(yè)部門要根據(jù)森林火災(zāi)監(jiān)測需要，增設(shè)瞭望臺。在建設(shè)瞭望臺時，林業(yè)部門要根據(jù)林區(qū)的實際情況，合理規(guī)劃建設(shè)位置和監(jiān)測區(qū)域，實現(xiàn)對保護區(qū)域的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。確保監(jiān)測的全面性，有利于林業(yè)部門第一時間發(fā)現(xiàn)、掌握火情。根據(jù)現(xiàn)階段我國森林防火監(jiān)測的需要，林業(yè)部門要引入現(xiàn)代化技術(shù)，對現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化和完善，實現(xiàn)對于林區(qū)動態(tài)、實時、高效的監(jiān)測。例如，林業(yè)部門可通過引進紅外探測、地理信息系統(tǒng)、智能煙火識別等技術(shù)，提升森林火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運行成效，保證火災(zāi)預(yù)警及時性，實現(xiàn)對林火蔓延的有效追蹤。此外，林業(yè)部門要加強對防火設(shè)備的維修與養(yǎng)護，保證設(shè)備、設(shè)施的功能可滿足防火監(jiān)測的需要。

4 結(jié)語

綜上所述，基于移動GIS 技術(shù)的森林資源調(diào)查與督查系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)結(jié)合具體的工作需求和特點，制定完善的系統(tǒng)設(shè)計方案和機制，明確整體系統(tǒng)的設(shè)計要求和措施，提升系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。同時，需按照森林資源調(diào)查和督查的工作特點，明確移動GIS系統(tǒng)的應(yīng)用措施、工具的操作方式，使相關(guān)人員可以利用系統(tǒng)有效完成各項工作，進一步提高森林資源調(diào)查與督查的水平。