新时期森林防火监测与预警系统建设研究

鲁作云

(恩施土家族苗族自治州林业调查规划设计院，湖北 恩施 445000)

注：1亩≈666.7m2

恩施自治州地处鄂西边陲,森林覆盖率高达64.65%,自然资源丰富,享有“鄂西林海”、“天然氧吧”等美誉，但林区大多处于山区，地形复杂，通讯不便，扑救困难,森林防火任务十分艰巨。据了解80%的火灾可以在初期得到有效的抑制，因此从以下三个方面着手它的危害就会降到最低：一是预警、二是消防物资管理、三是人员管理及调动。因受主客观因素的制约，现有森林监控预警业务系统已经不能满足大数据时代对海量数据进行深度挖掘、分析、应用的现实需求。

1 系统建设目标

为快速发现火灾隐情并及时采取措施进行扑救，需要构建完善先进的森林防火监测与预警系统[1]。森林防火监测与预警系统是基于大数据的深度学习算法构建的“智慧森防”体系，建设森林防火监测与预警系统可实现动态感知、预判预警、科学决策，提升森林防火科学化水平，将灾难造成的损失降到最低。

2 系统的主要技术方案

森林防火监测与预警系统采用了热成像、大数据、人工智能等多项先进技术,把硬件设施与应用平台有机结合，是一个信息化综合系统。

3 系统设计

该系统通过自动化处理流程，由前端监控预警系统对监控覆盖林区实时监测预警及全天候自动扫描，采集到的数据经过传输系统到达监控指挥中心，按照准确的火情定位迅速采取应急措施进行扑火指挥，最大限度地减小火灾造成的损失[2]。

3.1 前端监控预警系统

恩施自治州林地面积达1882万亩,占湖北省的20.78%，可结合不同林区的植被特点、地势地形特征，气候特征规划安装前端监控预警系统，在大范围大视野内构成有效的监控体系。系统采用巡航、检测和报警为一体的工作方式，巡航周期更短，可全时段全方位进行火情监测。前端系统配备高性能测温型红外热成像模组和高清可见光摄像机模组，搭载360°全方位高速数字云台，对原始测温数据进行分析，具有识别度高、误报率低等特点，大大提高对林区内火情的预警监测水平和及时处置的效率[3]。

3.1.1 测温型红外热成像模组和高清可见光摄像机模组

高灵敏测温型热像仪是一种能探测极微小温差的传感器，适用于各种气候情况下的火情观测，包括沙尘、雾霾天气也能远程观察3～10km的山区实况，实时输出测温数据并进行录像存储。当热成像发生火灾报警时，可见光摄像进一步确认报警的真实性，提高防火预警准确性，同时可以为远程指挥提供现场真实画面，作为辅助手段。可见光摄像机根据现场情况，调整和设置烟火识别的敏感度、扫描时间、扫描范围等，快速有效地发现浓烟、地下火、隐性火等火情[4]。

3.1.2 高速大扭矩精密云台

高速大扭矩精密云台可对每个控制点进行地址编码，同时将坐标值直接绑定在电子地图上，实现定位功能。云台操控灵活，用户可用每秒0.1°至每秒90°的速度，水平360°、垂直180°无盲区自动巡检，也能定时执行用户预定的场景，想看哪里就看哪里。比如让云台东西南北四个方向各停留多长时间都可以设置。用户对某一问题区域进行监控时，可调动对当前重点观察地理位置可视的所有前端设备一起来关注，使用户从全方位角度对区域进行观察，快速准确识别火情[5]。

3.2 传输部分

传输部分承担着远程测控与数据通讯的任务。前端森林防火基站地势复杂，采用光纤传输施工复杂、造价高，还会对植被造成破坏，无线微波传输可实现画面的高清晰度和实时性，安装方便、灵活性强、性价比高，林区前端监控点和监控指挥中心之间的连接多采用无线微波传输方式。根据通讯网络的情况，各管理人员和监控人员最快可在10秒钟范围内得到通知和信息的传达。

3.3 监控指挥中心

监控指挥中心是整个森林防火监测与预警系统的“大脑中枢”，有图像显示、图像录像、远程控制等功能。由无线接收主机、GIS平台软件、森林火险预警系统、大屏展示、数据库管理服务器、流媒体服务器、存储服务器、FTP服务器、报警管理服务器等构成，实现三维场景下的“灾前、灾中、灾后”一体化动态管控和预警决策[6-8]。

3.3.1 灾前

森林火险预警分析系统可根据采集的森林火险天气因子和物候修正因子，计算不同地区的森林火险天气指数，并在地图上显示不同地区的天气及森林火险状况。当前端巡航扫描过程发现烟火时，系统能在第一时间识别和声光报警，并把火警的画面移到在指挥中心大屏的中心位置，提醒值班人员查看显示画面，并同步呈现报警点经纬度、网格、责任人、火情持续时间，火带长度及宽度等信息，能让监控指挥中心迅速获取火险的第一手情报[9]。

3.3.2 灾中

基于3D地图用户界面的GIS(地理信息系统)平台可实现林业资源一张图。具体来说，就是管理人员可以标注重点卡口、瞭望塔、防火人员、检查站、物资库、水源地、重点防护区域等类型的资源，点击标注的资源图标查看详情，为我们扑救指挥提供详实准备的信息[10]。关于发生火情的辅助决策，系统会首先提供周边资源分布情况、距离火情的位置等信息的查询；查询完周边资源后，可以根据地面植被信息、现场风向、风速、温度等可能影响火势发展的客观条件，可视化推演出火势可能蔓延的趋势、蔓延速度和蔓延面积。火势蔓延模拟还会动态识别周边的资源分布情况，遇到隔离带和水源地，附近的火势会变弱；当遇到隔离带、水源地等阻燃资源时会进行自动识别，根据这些情况，在地图上可模拟未来一段时间内森林火灾的发展蔓延趋势，利用渐变的红进行叠加渲染，用户对过火过程、过火地形一目了然[11]。接下来，系统会根据火势蔓延情况调度指挥这个范围内的人员、车辆，同时提供到火场的最佳路径分析，按照火灾等级启动应急预案，最后一键生成指令单，通过互联网或者Wi-Fi传输到护林员及上级管理者的电脑、手机、平板电脑等设备上，从而实现全天候、全自动、网络化、智能化的森林火险灾的监测与预警。森林防火指令单包含了发生火情的时间、位置、坐标、位置示意图、扑救指挥示意图和周边资源分布情况，以及重点防护区域及重大危险源的情况，出警单位信息，需要携带物品，路线规划指示。根据此指令单，各相关部门可有秩序组织附近居民撤离，组织火灾的现场救援[12]。

3.3.3 灾后

当火灾救援完毕后，系统会对扑救过的区域进行暗火逐层扫描，排除隐患。灾后，系统软件通过火灾中过火面积并结合当地GIS地理信息系统评估出火灾造成的树木植被及自然环境的破坏情况，并自动生成火灾评估报告，以便查阅。

4 结论

有了强大的森林防火监测与预警系统的助力，森林防火工作者有了准确的“天气预报”，工作更加得心应手，从而最大限度地减少森林火灾损失，推动恩施自治州森林防火工作上新台阶。