森林防火远程智能监测系统建设技术方案初探

张明+++++张清

【摘要】：森林防火工作十分关键，意义重大。当前智慧地球建设如火如荼，建设森林防火远程智能监测系统是当前的一大趋势，如果一旦建成，将取得十分显著的效果。本文结合相关案例，探索了该系统的技术方案，仅供参考。

【关键词】：森林防火；远程智能监测；技术方案

现阶段在云物大智移技术的支撑下，组建森林防火远程智能监测系统，将具有实效，是解决传统监测手段当中所遇到问题的重要方案。

1、项目概况

江苏省金坛茅山旅游度假区总面积128平方千米，是当地自然景观的核心区域，人为活动频繁，地处丘陵山区，森林植被茂盛，日照时间长，全年有150d以上为橙色防火预警等级。目前，金坛茅山森林防火压力大，火险发生概率高，防火形势严峻，常规森林防火预警监测手段已经不适应当前工作需要。金坛区林业主管部门和茅山管委会决定对景区实施重点预警监控，促进森林防火科技和管理水平，以全天候自动监管模式代替人工巡护，提高森林防火工作效率。

2、功能需求分析

针对项目的实际情况，以及森林防火的实际应用特性，所建设的远程智能监测系统应具备以下基本功能。

1.1信息采集

从以往针对森林火灾的研究经验来看，发生森林火灾时，空气湿度、烟雾浓度、光强度、大气压力、风向风速等将发生显著变化，系统设计时可考虑这些因素，将它们作为主要的判断森林火灾发展趋势的主要依据。那么系統功能中就需要至少满足能够实时采集上述因素的信息。现阶段的视频图像技术以及传感器技术能够满足要求。

1.2信息存储与传输

在满足实时信息采集的同时，还要能够满足海量信息的存储和信息的实时传输，因为要实现全天候的自动监管，分布在林区的传感设备将收集大量的实时信息数据，加之以往的监控系统的数据，这将需要PB级别的信息储存能力。同时这些信息传输对网络要求高，至少要保证监控智慧中心能够第一时间接收到来自林区传感器等设备的信息。尤其是火灾初期，要能够及时让指挥中心知晓情况，只有这样才能在第一时间组织林火分析，并出台有效的扑救方案，以便控制火灾发展趋势，减少损失。当前的网络通讯技术基本满足要求，当然需要建立前端基站，组建专用网络才能保证效果。

1.3火灾定位与功耗低

要实现快速反应，关键是要实现精确快速的火灾定位，同时要能够预测火灾发生时间。目前3S技术可以为这项功能提供技术支撑。此外，森林环境恶劣，系统供电是一个难题，分散在林区的设备，应当具备良好的续航能力，功耗要低，且要具备自供给能力。

3、系统组建

3.1顶层设计

系统基本由前端智能采集站，信息传输系统以及后台监控中心组成，具体而言有四个层次，包括数据集合层、云平台、网络层以及感知层。首先，感知层，这是由分散在林区的传感设备、仪器仪表、视频采集站等组成。其中的关键是物联网，利用传感器技术、智能嵌入技术等来构筑森防火远程智能监测系统的感知层，为系统提供实时信息数据。

其次，云平台，基于云计算构建云平台，这种方式可以有效降低成本，因为云平台可以弱化数据中心的作用，并且能够比较有效地兼容现有的监控设备。云平台的分布式异构技术体系是最为可行的方案，也符合今后相当一段时间的技术发展趋势。

第三，网络层，系统组网是最为复杂的一个层面，虽然说当前网络通讯技术已经十分先进，可以运用有线网，也可以利用无线网，但是考虑到林区复杂的环境因素，若单纯采用有线网，为保证传输效率，当前可采用光纤。但是这样一来虽然能够保证信息的实时传输，但投资太大，工作量大，工期长。如果利用无线网络传输，需要建立通讯基站或是租借通讯基站，这些都需要投入成本，而且不一定能够保证信息传输效率，所以最好的方式还是有线和无线相结合。前端可以用无线网组网，争取最大的覆盖率，信息存储与分布式前端服务器，然后利用光纤网向指挥中心传输数据。

第四，数据集合层，要从大数据的角度，集成历史数据库、实时监控数据库构成数据集合层，这是实现智能监测的关键。对于基于大数据的数字平台来说，目前有很多可行的方案。比如greenplum，它是MPP（大规模并行处理）架构的数据产品，在应对海量数据和整合业务数据方面具有很大优势，而且它是开源的。

3.2技术方案

3.2.1物联网实践

集成物联网、大数据、互联网和云计算，突出感知能力、交互体验、决策能力和体系化，能够使森林防火工作智慧化运转，关键就是组建物联网。在森林防火领域，物联网主要用于林区管理、信息监测和自动化扑救（如果不计成本建设了自动喷淋系统的话）。物联网组建上，要满足上文提出的功能需求，至少要配置连续变焦红外热成像仪、热成像超温检测系统以及可见光图像检测系统。通过建立智慧防火专网和移动互联网实现相关设备的标定、管理以及监控。

森林防火关键点还是要做好组网工作，应当考虑林区地形地貌，尽可能选择高地势区域，保证监测站的视野范围，尽可能地以最小投入达到最大化的监控范围。可结合GIS定位林区现有的中继台、瞭望台、发射台等，将它们叠置到林区的火险等级区域，并将其组件成备用网络。然后利用DEM进行视域、通视及缓冲区分析最后利用分析数据优化组网方案。

3.2.2、智能控制系统

在后台监控系统中搭建智能控制系统，智能控制感知设备，充分利用专门的分析算法，利用各种感知设备的优势，有效地降低误报率。前端超温探测系统产生火险报警信号，并标注火焰区域坐标，热成像仪和可见光摄像机，重新映射坐标信息，然后通过网络提交到智能控制系统，由系统的视域定位算法，将坐标映射至可见光摄像机视域上计算报警点位置，并用可控制摄像机或是热成像仪详细观察疑似火焰区域，在GIS系统标注准确位置，发出报警信号，并通知各关联用户终端。

结束语：

综上所述，建设森林防火远程智能监测系统，在云物大智移技术的支撑下，是十分可行的。本文所研究的项目虽然尚未完全建立其该系统，但是由已完成的成果来看，极大地提高了防火工作的准确率和效率。当然本文的探讨的内容可能有不足，但是具备一定的参考价值，希望可以与业内一同探讨进步。

【参考文献】：

[1]田仲富，王述洋，黄英来.基于无线传感器的嵌入式森林防火智能监测系统[J].智能系统学报，2014，06：763-768.

[2]陈琳.智能监测指挥系统在区县森林防火工作上的运用[J].林业建设，2016，06：44-46.

第一作者简介：张明（1982年11月-），男 ，汉族，湖北石首人，硕士，高级工程师；从事森林资源监测工作.