森林火灾动态监测预警技术方案的研究

文/傅珂（青岛市即墨区应急管理局）

在当今社会，森林体系作为生态体系中的关键性组成部分之一，还能有效确保人类社会的生态发展及自然环境的良性演变[1]。在生活实践中，森林火灾属于生态环境中很严重的一种灾害。一旦出现火灾，便会从相当大的程度上危及人们的生活。为了及时、有效地预防森林出现火灾，对森林火灾进行研究、开发了监测预警体系。基于现代化的高新科技、防火部门所给的资源化信息，来实时监测区域森林火灾，并有效增强森林火灾的直接预警和迅速自动准确定位的功能，以优化森林领域的火灾监测预警网，提高实时监测质量，进而指导扑救活动[2]。

一、动态监测森林火灾的预警功能

在实际展开森林防火工作时，为了快速地查明、准确定位火情，并且实时监测森林环境中精确的风速风向，就应充分关注森林火灾遥感实时监测及预测火险等级的专业技术，并以此来大幅提升监测预警的质量和工作效率[3]。

从森林火灾角度上看，动态监测预警体系主要具有几个功能：（1）定位查询空间的功能。针对森林火灾，定位查询监测热点信息，并展开标绘等操作。在以上过程中，一般按卫星监测部门中心监测所获的信息展开快速检索，并在数字地图上加以显示。另外，按监测所获信息，还可从地图上初步标绘出火场状况图，帮助人们大致认识火灾现场的距离、位置、方位、火灾具体大小等，进而促进人们对其及时、有效地予以处理。（2）分析统计功能。一般会基于定位查询功能，来统计分析森林火灾信息。例如，统计防火信息、火灾档案、各种地形信息等。对于以上统计数据信息的事宜，均可经由森林领域火灾的实时科学监测预警体系来实现，进而为防治火灾打好基础。（3）分析空间的功能。主要是分析火灾出现位置的地形地势、最短路径、可视域等。基于以上功能，除了能够帮助人们更深刻地认识火灾情况外，还能够帮助人们了解整个火灾现场和四周各点的位置关系，以提出更好的解决方案。（4）评估火灾损失的功能。作为该系统中的重要功能之一，损失评估主要是在森林火灾后，统计、分析火灾损失，如损失的森林面积、树种等，以方便人们按损失统计，及时提出预防、改善的方案。

二、动态监测预警森林火灾技术方案分析

（一）可编程式监控网

经由摄像头和云台动态联动，赋予后端控制台准确控制镜头焦距的功能。基于独特的预置位等专业技术，确保了更清晰识别目标物体的效果。基于顶装的设计，云台可以从0°旋转至360°，并且无死角[4]。在该高精度旋转下，云台可以捕捉得到很流畅的视频信息。而变速转动方式又可提升移动镜头的效率，从整体上大幅节约了轮询周期耗费的时间。在云台上的预置位，数量高达1024个，能够设置10种以上的扫描模式，以促进云台根据预设轨迹来完成自动扫描。也即在监控中心位置的管理人员能够按各种林区特点，按需设置对应的预置位及整个扫描轨迹，以无缝监控林区，并按需重点监控关键区域及远处山头[5]。基于云台，不仅可以远程控制垂直夹角及水平转角，而且还可以有机联动控制各个镜头焦距。同时，还能实时从云台采集到垂直夹角、水平转角、镜头焦距等，再从监控网向监控中心回传。

（二）前端监控林区体系结构

在构成中主要含有全天候低照度红外摄像机、前端无线发射机(无线单兵)、云台控制体系、基塔、供电体系、发射天线等，并且在各林区制高点固定下来。经由前端监控体系，主要采集各林区监控点对应的视频信息，并数字化压缩后，再经由无线发射前端设备发射到无线输送(中继)体系。此外，一般在野外安装前端设备，并且在较高处安装(考虑可视范围要求)，所以极可能遭受雷击，要求做好防雷措施，并注意强化防盗措施。在烟火智能识别上，通过前置嵌入式智能烟火体系识别设计，来进一步提升识别效率。

（三）采集林区视频参数

经由前端基站内部的数字云台，有效管控长焦摄像机。通过摄像机，能从垂直±45°、水平360°的范围，扫描整个监控区，并编辑视频采集卡后，再经过微波发射器向监控中心传输回来。从前端用视频处理模块来编码、压缩、传送图像数据，并通过微波等向监控中心输送信号。

（四）前端设备体系防盗

在前端一般会在无人值守区域的密林深处安装设备，所以可在安保摄像机后端，统一安装智能识别分析处理器1个，来按安保摄像机所得动态图像，设下物品丢失、周界保护等之类的报警网，以保护前端基站体系设备的安全性。如果有人攀爬、靠近基塔，就会启动报警体系，安保摄像机就会录像并向监控中心回传实时录像，且现场喇叭也会同步播放警示语。自监控中心收到报警信号后，便立刻从语音对讲体系向现场警示喊话。此外，还可按林区自然环境，设置相应的预置位及整个花样扫描轨迹，并与前端报警设备配合联动，来搭建监控管理联网平台。

（五）智能识别烟火

经由前端智能识别烟火的处理器，实时分析摄像所得图像，以免因图像数据经压缩再传送至监控中心再分析图像时，会因降低图像质量而降低识别准确率。针对烟火智能识别体系，需要识别产品具有以下要求的灵敏度：在视频图像内，烟火最小靶面具有10mm×10mm象素面积，就能够用以识别，与GIS体系相配合来定位火点。

（六）方案评述

在本系统的技术方案中，具备了监测预警森林防火体系的各项基本功能，能够针对森林火灾展开实时监测并分析空间、救援，统计火灾、及时预测预警等。具体通过视频图像采集分析、智能处理林区烟火、智能图像无缝融合识别、3DGIS技术、监控网络等现代化专业技术，基于森林防火知识理论，建立起来智能监测林火预警和科学应急指挥体系。一旦火情发生，便可自动识别、及时预警。从火灾现场采集到未经压缩视频下准确识别林火，以控制烟火识别的整体响应速度及预警准确率，进而展现林区监测预警体系的多功能性。例如，准确识别烟火、自动监控视频、精确定位火点、推演火情蔓延形势、辅助扑救决策、科学评估灾后等。基于森林防火的一系列业务链，解决丰富多样的个性化需求。但是，在损失评估方面，因为火灾往往涉及直接和间接两种损失，尽管直接损失中容易获得面积大小，但却经常缺失或难以得到损失林木蓄积量、人员伤亡、业界市场价格等信息数据，同时还很难确定评估间接损失的具体标准，因此，该部分的功能显得薄弱一些。

三、结语

总之，针对森林火灾，通过实施动态监测预警体系技术方案，能够从相当大的程度上提供给救助森林火灾很有利的条件。所以，应强化该系统研究工作，以便充分发挥该方案的功用，进而更好地救助森林火灾，充分降低损失，有效保护生态、自然环境，确保社会的可持续、稳健发展。