李 維，鄭 暉，徐偉剛

（江西華宇軟件股份有限公司，江西 南昌330096）

在森林草原防火工作中，為了貫徹落實(shí)“森林防火，預(yù)防為主”的方針，林草部門不僅要負(fù)責(zé)火災(zāi)的預(yù)防工作，還應(yīng)要承擔(dān)火情早期處理職能，因此，應(yīng)加強(qiáng)公共安全科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)，采用先進(jìn)的預(yù)測(cè)、預(yù)警、預(yù)防和早期處置，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火情并及時(shí)進(jìn)行處理是非常重要的[1]。通過建立“全天候空天地”一體化監(jiān)測(cè)，利用遙感衛(wèi)星、航護(hù)機(jī)、無人機(jī)、視頻監(jiān)控、超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)、瞭望塔、北斗終端結(jié)合護(hù)林員形成全天候立體化的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[2]。依托搭建的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，做到一體化監(jiān)測(cè)、預(yù)警，扁平化信息傳輸，建立和完善聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)制度，從而實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)生火情，都能在最短的時(shí)間內(nèi)得到處置。在核實(shí)火情之后，系統(tǒng)可同步顯示火場(chǎng)周邊氣象信息，地形、撲救部署等信息，并及時(shí)通知有關(guān)單位組織人員進(jìn)行早期處置，做到“早預(yù)防、早消滅”。

1 技術(shù)路線

如圖1，“全天候空天地”一體化監(jiān)測(cè)的技術(shù)路線充分結(jié)合3S（RS、GIS、GPS）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿技術(shù)手段，集成了衛(wèi)星熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)、無人機(jī)巡護(hù)、超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)、視頻監(jiān)控、護(hù)林員巡護(hù)等多種方式，從而實(shí)現(xiàn)“空、天、地”一體的森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警效果，達(dá)到對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)防的要求[3]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

“全天候空天地”監(jiān)測(cè)是利用“空、天、地”等多種手段，結(jié)合森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警的需要，全方位的對(duì)重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)的森林早期火災(zāi)進(jìn)行有效的預(yù)防管理[4-5]。

2.1 衛(wèi)星熱點(diǎn)

衛(wèi)星熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)火情具備全天候的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)自動(dòng)接收多種來源的衛(wèi)星熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括國家應(yīng)急部提供的衛(wèi)星熱點(diǎn)，和葵花8號(hào)衛(wèi)星熱點(diǎn)，自動(dòng)上報(bào)到平臺(tái)，并將發(fā)現(xiàn)的疑似火源，快速分發(fā)，快速落實(shí)，及時(shí)反饋，從而實(shí)現(xiàn)有效的火情監(jiān)測(cè)。

圖1技術(shù)路線Fig.1 Technology roadmap

2.2 航護(hù)機(jī)與無人機(jī)

結(jié)合GIS技術(shù)，疊加高精度的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，制定巡護(hù)路線，利用航護(hù)機(jī)及長(zhǎng)續(xù)航無人機(jī)在重點(diǎn)防火期對(duì)重要森林資源區(qū)進(jìn)行火險(xiǎn)偵測(cè)和日常巡護(hù)，并將發(fā)現(xiàn)的火情告警通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上報(bào)到平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)早期的火情偵查和預(yù)警[6]。

2.3 視頻監(jiān)控

通過安裝高清視頻監(jiān)控或雙光譜視頻監(jiān)控相機(jī)，構(gòu)建視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)重點(diǎn)林區(qū)及人員聚集結(jié)合部進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用可見光煙火識(shí)別技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行火情分析研判，同時(shí)結(jié)合人員巡護(hù)、地面瞭望，做到火情核實(shí)及處置[7-8]。

2.4 超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)

通過安裝超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)設(shè)備，基于光譜分析技術(shù)，對(duì)煙霧粒子進(jìn)行光譜分析，可實(shí)現(xiàn)全天候，超遠(yuǎn)距離的煙霧探測(cè)，實(shí)現(xiàn)火情的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。

2.5 全天候監(jiān)測(cè)平臺(tái)

全天候監(jiān)測(cè)平臺(tái)是系統(tǒng)的核心，既是數(shù)據(jù)接收處理分析平臺(tái)，又是指揮決策撲救平臺(tái)，利用監(jiān)測(cè)平臺(tái)統(tǒng)一接收衛(wèi)星熱點(diǎn)、飛機(jī)巡護(hù)、視頻監(jiān)控、超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)設(shè)備等采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些信息進(jìn)行有效的管理和分析研判，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，一旦判定為火情，就會(huì)自動(dòng)推送到地面巡護(hù)人員、網(wǎng)格員的手持終端，經(jīng)核實(shí)反饋之后，同步顯示火場(chǎng)周邊氣象信息，地形、撲救部署等信息，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行林火態(tài)勢(shì)分析，而且還能做到通知有關(guān)單位組織人員開展疏散周邊群眾的工作[5]。

2.6 護(hù)林員巡護(hù)系統(tǒng)

利用“互聯(lián)網(wǎng)+多終端”的模式，在“人防”的基礎(chǔ)之上利用信息化手段進(jìn)行“技防”，依托于監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)獲取的各種監(jiān)測(cè)手段得到的火情信息，通過扁平化的方式第一時(shí)間下發(fā)至基層護(hù)林員的移動(dòng)終端上，通過APP及時(shí)指導(dǎo)護(hù)林員前往疑似火源地實(shí)地核實(shí)與反饋火情信息。同時(shí)，護(hù)林員也可以將日常巡護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)的火情通過APP上報(bào)到平臺(tái)，也能作為一種有力的預(yù)防方式。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)管理

包括系統(tǒng)設(shè)置及用戶統(tǒng)一認(rèn)證管理，提供了靈活的菜單配置功能，使用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和需要定制系統(tǒng)界面，而且還能對(duì)用戶的使用權(quán)限和密碼進(jìn)行管理，支持用戶在線狀態(tài)查看，用戶賬號(hào)禁用等。

3.2 地圖服務(wù)

可實(shí)現(xiàn)自由縮放和漫游操作，系統(tǒng)根據(jù)縮放級(jí)別顯示最佳比例尺的地圖數(shù)據(jù)，提供二三維瀏覽；可在地圖上方便地進(jìn)行距離和面積的量算、查詢和定位，可疊加標(biāo)準(zhǔn)的WMS/WMTS地圖服務(wù)；在三維電子沙盤上，將山體、道路、河流以直觀表現(xiàn)。

3.3 防火專題數(shù)據(jù)管理

包括林相圖和林班的顯示和渲染，在圖上點(diǎn)擊即可查詢相應(yīng)的小班和森林資源信息，并可進(jìn)行小班信息的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)專業(yè)森林消防隊(duì)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應(yīng)急隊(duì)、物資儲(chǔ)備庫、瞭望臺(tái)、前端視頻監(jiān)控點(diǎn)、火險(xiǎn)因子采集站、防火無線通信基站、主要生物防火林帶、大型防火宣傳牌、區(qū)防火指揮中心、其它危險(xiǎn)及重要設(shè)施等管理。

3.4 火情管理

能夠及時(shí)接收視頻監(jiān)控、超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)、飛機(jī)巡護(hù)、護(hù)林員上報(bào)的火情信息，實(shí)現(xiàn)火點(diǎn)定位，火情跟蹤，自動(dòng)生成報(bào)表和報(bào)告；能夠以氣泡標(biāo)注的形式展示火點(diǎn)的詳細(xì)信息，如火點(diǎn)的經(jīng)緯度、火點(diǎn)距離、火點(diǎn)方位、所屬區(qū)域、上報(bào)人、詳細(xì)地址、圖片等；同時(shí)具有屏蔽區(qū)管理的功能，對(duì)于已知的一些熱源，如工廠煙囪、發(fā)電廠等，可以對(duì)其進(jìn)行屏蔽設(shè)置；支持火情查詢、導(dǎo)出操作，可一鍵導(dǎo)出火情信息表及圖片數(shù)據(jù)。

3.5 熱點(diǎn)管理

可自動(dòng)接收國家林草局發(fā)布的衛(wèi)星熱點(diǎn)和葵花8號(hào)衛(wèi)星熱點(diǎn)，并快速分發(fā)，也支持手工導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)的熱點(diǎn)文件，以不同圖標(biāo)顯示熱點(diǎn)狀態(tài)和熱點(diǎn)類型，支持基于熱點(diǎn)的火情初判和周邊撲火資源的調(diào)度分析，可以快速計(jì)算出到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的最佳路徑，查找最近的撲救力量，支持熱點(diǎn)一鍵分享。

3.6 林火蔓延模擬

結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)火點(diǎn)的經(jīng)緯度，可獲取火點(diǎn)位置的地形地貌、林火資源分布狀況、可燃物種類與性質(zhì)、隔離帶（防火林帶、防火線、道路、河流）、氣象（風(fēng)力、風(fēng)向、晴雨天氣狀況）等數(shù)據(jù)，根據(jù)林火蔓延模型動(dòng)態(tài)計(jì)算，自動(dòng)生成林火發(fā)展態(tài)勢(shì)，可向決策者提供林火區(qū)位、蔓延速度、火場(chǎng)擴(kuò)展趨勢(shì)、火線強(qiáng)度等重要的火災(zāi)行為數(shù)據(jù)，使指揮人員可預(yù)判到未來一段時(shí)間內(nèi)林火蔓延的趨勢(shì)和發(fā)展情況，為撲救部署和指揮調(diào)度提供參考[9]。

3.7 跟蹤定位

結(jié)合了北斗、GPS技術(shù)、無線通信技術(shù)(3G/4G/5G)，對(duì)攜帶了定位終端的消防車輛和人員進(jìn)行跟蹤定位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其所在位置，便于決策者隨時(shí)進(jìn)行指揮調(diào)度；系統(tǒng)支持軌跡查詢、回放，可根據(jù)選擇的時(shí)間和用戶，查看歷史軌跡并進(jìn)行回放。

3.8 視頻監(jiān)控

能夠查看所屬權(quán)限內(nèi)的林火視頻監(jiān)控點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)操控、鏡頭變倍等操作，能夠自動(dòng)接收?qǐng)?bào)警并定位顯示，可將連續(xù)報(bào)警進(jìn)行合并處理；能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控覆蓋范圍和可視域的顯示，支持云臺(tái)定位；支持地圖反控，用戶點(diǎn)擊地圖某個(gè)區(qū)域后聯(lián)動(dòng)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的位置；支持監(jiān)控點(diǎn)分配管理，給指定人員分配可查看的監(jiān)控點(diǎn)位。

3.9 林火定位

在現(xiàn)有DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測(cè)到火點(diǎn)的云臺(tái)所在位置及其水平角和俯仰角，自動(dòng)計(jì)算出火點(diǎn)所在位置和海拔高度，在地圖上定位火點(diǎn)。

3.10標(biāo)繪和模擬演練

標(biāo)繪和撲火過程模擬推演是對(duì)某場(chǎng)森林火災(zāi)，從火災(zāi)發(fā)生到組織撲火和火場(chǎng)變化等過程的動(dòng)態(tài)模擬，以地圖顯示、符號(hào)動(dòng)態(tài)標(biāo)繪為手段，其關(guān)鍵的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)的標(biāo)繪和態(tài)勢(shì)標(biāo)號(hào)的動(dòng)態(tài)顯示以及時(shí)間順序的控制。

3.11火災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)

根據(jù)火災(zāi)過火面積、林班林木種類的價(jià)值等數(shù)據(jù)計(jì)算火災(zāi)損失，并能夠?qū)⒂?jì)算結(jié)果以多種圖表樣式進(jìn)行直觀的顯示，并生成報(bào)表。

3.12統(tǒng)計(jì)報(bào)表

可以對(duì)本系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如告警信息、衛(wèi)星熱點(diǎn)、火災(zāi)信息以及火災(zāi)損失的統(tǒng)計(jì)等，并生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.13火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警

系統(tǒng)綜合多種監(jiān)測(cè)預(yù)警手段，包括飛機(jī)巡護(hù)、衛(wèi)星熱點(diǎn)、視頻監(jiān)控、超遠(yuǎn)程煙霧探測(cè)等多種方式，同時(shí)系統(tǒng)還接入了實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)、配合地形地貌、森林資源數(shù)據(jù)、可燃物因子等，根據(jù)火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型可將火險(xiǎn)預(yù)報(bào)顯示在地圖上，做到實(shí)時(shí)收集、查看氣象數(shù)據(jù)，疊加森林火險(xiǎn)等級(jí)圖，從而實(shí)現(xiàn)森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)功能。

4 系統(tǒng)開發(fā)

如圖2，系統(tǒng)采用了windows ribbon風(fēng)格界面，按功業(yè)務(wù)流程對(duì)功能進(jìn)行分組，使應(yīng)用程序的功能更加易于發(fā)現(xiàn)和使用，既可以縮短學(xué)習(xí)成本，又能提高工作效率。

圖2系統(tǒng)主界面Fig.2 Main interface of the system

5 結(jié)束語

目前，我國森林防火事業(yè)依然嚴(yán)峻，防火管理水平仍有待提高，在現(xiàn)有的技術(shù)手段無法滿足管理者需求的情況下，本系統(tǒng)通過在多個(gè)省市進(jìn)行調(diào)研分析，綜合考慮了用戶反饋的實(shí)際需求，最終設(shè)計(jì)開發(fā)完成，不但市場(chǎng)前景良好，而且通過該平臺(tái)的建設(shè)，將提高建設(shè)地區(qū)的森林防火水平，提高森林火災(zāi)防控能力，增強(qiáng)建設(shè)地區(qū)全民森林防火意識(shí)，更進(jìn)一步促進(jìn)森林防火效能的提升，減少森林火災(zāi)發(fā)生隱患，保護(hù)好區(qū)域森林資源，地方特色旅游資源，促進(jìn)森林生態(tài)旅游業(yè)發(fā)展。