淺談森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

黃日升

（上杭縣林業(yè)局）

淺談森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

黃日升

（上杭縣林業(yè)局）

森林被人類稱之為地球之肺。森林可以起著美化空氣，調(diào)節(jié)氣候，改善生態(tài)環(huán)境的作用。由于注重經(jīng)濟利益，人們大量砍伐樹木，造成了我國森林面積的減少，但是隨著和諧社會和生態(tài)社會理念的深入，人們開始注重對森林的保護，亂砍亂伐現(xiàn)象已將有所改善。但是，森林資源的保護，不僅僅在于亂砍亂伐現(xiàn)象的禁止，還要注意到森林火災(zāi)現(xiàn)象的發(fā)生。每年國家會因森林火災(zāi)而減少的森林面積占全部的1/5。因此，做好森林的防火控制也是很重要的。本文主要是對森林防火檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)進行探討，希望為森林防火事業(yè)做一份貢獻。

森林防火；檢測系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)實現(xiàn)

森林是地球的寶貴資源，往往存在著不定的人為因素或是自然因素造成森林火災(zāi)的發(fā)生，給森林生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，也損害了國家和人民的公共財產(chǎn)安全。森林防火工作是一項長期的、艱巨的任務(wù)。傳統(tǒng)的森林防火監(jiān)測存在著諸多缺陷，比如山地里實時監(jiān)控太難、數(shù)據(jù)信息分散也不易歸檔記錄，應(yīng)急措施不能及時等。隨著科技的進步，人們將科學(xué)技術(shù)運用到森林防火監(jiān)測上，比如，3S技術(shù)，Agent技術(shù)等，都可以大大提高森林火災(zāi)的監(jiān)控力度，及時救援，最大限度的避免損失，保護森林資源。

1 森林防火現(xiàn)狀

近幾年，由于全球溫室效應(yīng)，臭氧層的空洞，厄爾尼諾和拉尼娜的交替發(fā)生，使得國內(nèi)森林火災(zāi)的發(fā)生呈上升趨勢。各處多森林的省市皆致力于森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，像云南昆明麗江就使用的是基于GIS的森林防火信息系統(tǒng)，主要作用在于火災(zāi)的撲救和指揮。森林防火的技術(shù)在不斷向前發(fā)展，從人工向信息自動化過度，其中應(yīng)用最廣的就是3S技術(shù)。主要就是利用RS進行森林火災(zāi)的監(jiān)測，利用GIS進行火災(zāi)情況的收集、分析和處理，利用GPS進行火災(zāi)定位和火災(zāi)的最佳路線以及測算火災(zāi)的面積。現(xiàn)代森林防火較傳統(tǒng)森林防火是有不同的，它將保護對象從喬木擴大到整個森林生態(tài)系統(tǒng)，改變了防火工作的內(nèi)容，對于不同的森林，進行不同的防火工作，因地制宜，追求森林防火的整體功能[1]。

2 森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 需求分析

2.1.1 應(yīng)用需求

森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，主要就是基于衛(wèi)星遙感系統(tǒng)和森林當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔?shù)據(jù)庫，采用VB、Acess，使用3S和MapObjects進行再次開發(fā)，設(shè)計出可以進行自動、全方位、全天候和連續(xù)的森林防火監(jiān)測系統(tǒng)，進行監(jiān)測和分析，同時發(fā)布警報消息。之前僅僅是利用氣象衛(wèi)星傳感監(jiān)測森林林火，這樣的話所能得到的數(shù)據(jù)大多是森林火災(zāi)區(qū)的經(jīng)緯度，更詳細的位置是無法確定的，但是如果與GIS相結(jié)合，那么就可以更準確的進行火點定位。

2.1.2 功能需求

對森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求，主要是以下幾點，極軌氣象衛(wèi)星能實時接收數(shù)據(jù)并掃描衛(wèi)星云圖進行自動反饋；能自動判定火點的經(jīng)緯度、火點類型和火點的面積大小等；自動依據(jù)經(jīng)緯度查找火點周邊的城市、地形地貌、最近的消防局和最佳的到達線路并生成圖形以供使用。這樣歸納起來就是8個功能板塊，分別是安全預(yù)警板塊、生態(tài)安全板塊、應(yīng)急預(yù)案板塊、設(shè)施管理板塊、數(shù)據(jù)中心板塊、技術(shù)服務(wù)板塊、基礎(chǔ)設(shè)置板塊以及人員管理板塊。

2.2 設(shè)計原則

森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計原則有5個，分別是安全、實用、操作簡便、穩(wěn)定和使用技術(shù)優(yōu)良原則[2]。

2.3 系統(tǒng)組成和流程

森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的組成分為以下幾部分：①前端基站；②中繼站；③交換機；④服務(wù)器；⑤后端的森林防火監(jiān)測系統(tǒng)操作平臺。其結(jié)構(gòu)圖和流程圖如圖1～2。

圖1 森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

2.4 系統(tǒng)功能的詳細設(shè)計

上文提到本文所設(shè)計的森林防火檢測系統(tǒng)總體有8個系統(tǒng)功能，下面對重要的功能進行詳細介紹。

2.4.1 安全預(yù)警

圖2 森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的流程圖

安全預(yù)警這塊設(shè)計了6個功能，如下：

（1）實時監(jiān)管指的是對對森林全天候、無間斷的監(jiān)控，包括當(dāng)天值班的工作人員、顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

（2）事件監(jiān)管指的是對發(fā)生火災(zāi)事件，領(lǐng)導(dǎo)小組所做的行動實時監(jiān)控，另一面是對往來發(fā)生的火災(zāi)事件進行記錄保存。

（3）預(yù)警信息指的是某個監(jiān)測點所反饋的警告信息，包括有監(jiān)測點所處的位置、監(jiān)測點的名稱、監(jiān)測點報告的時間、監(jiān)測點所反饋的內(nèi)容。

（4）預(yù)警短信指的是向森林周邊居民所發(fā)出的官方名義的火災(zāi)風(fēng)險警告，提醒大家注意用火和防火。

（5）移動視頻指的是可以實時查看每個監(jiān)測點的視頻信息。

（6）聯(lián)動信息指的是未發(fā)生火災(zāi)時，各級單位在森林防火中所承擔(dān)的職責(zé)記錄；發(fā)生火災(zāi)時，各級單位共用一個通信頻道，進行分工，實時報告情況，進行搶險[3]。

2.4.2 生態(tài)安全

生態(tài)安全這塊有4個功能，分別是：

（1）安全評估，安全評估是指對森林片區(qū)進行詳細綜合的評價，按照森林片區(qū)的面積，進行定點溫濕度測評，給出火災(zāi)的預(yù)警級別信息。

（2）氣候信息，氣候信息指的是通過專有的信息渠道向當(dāng)?shù)貧庀笾行膩慝@取氣象信息，并在系統(tǒng)首頁上顯示，每15min更新一次。

（3）林區(qū)氣候，林區(qū)氣候由監(jiān)測點進行測量，并傳輸?shù)讲僮髦行摹?/p>

（4）林區(qū)空氣，林區(qū)空氣也由監(jiān)測點進行測量，有溫度、濕度等信息，并傳輸?shù)讲僮髦行摹?/p>

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 選擇硬件平臺

3.1.1 森林火災(zāi)基層監(jiān)測點的硬件平臺

火災(zāi)基層監(jiān)測點主要作用就是實時監(jiān)控所監(jiān)控的劃分區(qū)域，完成預(yù)警工作。

首先，可以建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，確保視頻圖像的采集和攝像實時監(jiān)控工作。主要的硬件設(shè)備可以是重型數(shù)字萬向云臺、低照明度的攝像機、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機，還有無線網(wǎng)橋和衛(wèi)星設(shè)備。運作過程主要是攝像機所拍攝的圖像通過視頻線連接到視頻編碼的終端，視頻編碼的終端又與云臺相連接，編碼后通過無線網(wǎng)橋與交換機相通，將視頻圖像顯示到總操作監(jiān)控中心進行信息反饋和處理。詳細就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)控區(qū)域納入攝像范圍，這需要衛(wèi)星遙感的幫助。監(jiān)控中森林各地貌和物種以不同的圖像呈現(xiàn)出來。在圖像上人們以不同的顏色和深淺來辨別不同的事物。如若發(fā)生火災(zāi)，顏色就會出現(xiàn)變化，信息就會即刻報告給監(jiān)控中心，管理人員就會通過GPS定位馬上確定火災(zāi)地點，采取撲救措施。

另一面，可以建立基本的瞭望臺。在古代，瞭望臺就是存在的，人們以烽火狼煙傳遞信息。隨著時代的發(fā)展，人們在瞭望臺上進行著更迅速的傳遞。瞭望臺的建立起監(jiān)測和預(yù)警雙重作用，它的建立比較簡單，所含高科技不太多，非常適宜在基層的林區(qū)遍布[4]。建立位置一定要高，這樣的話一旦發(fā)生火災(zāi)，管理人員就會立刻發(fā)現(xiàn)，拉動瞭望臺上的警鈴，或者通過電腦和電話告知搶救人員，展開撲救行動。

3.1.2 森林火災(zāi)監(jiān)控中心的硬件平臺

森林火災(zāi)監(jiān)控中心的監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機、GIS、網(wǎng)絡(luò)交換機和無線線纜組成，完成一系列的任務(wù)和監(jiān)控。像接收監(jiān)測點所傳回的視頻信息、數(shù)據(jù)信息和語音信息的網(wǎng)絡(luò)化處理，對圖形進行分析和對比然后決策等[5]。運作過程是監(jiān)控中心通過無線網(wǎng)橋把數(shù)據(jù)信息傳送到交換機上，編碼器進行解碼還原最初的圖像并顯示到總臺計算機上。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

以重慶森林防火監(jiān)測系統(tǒng)為例。

圖3

圖4

本文設(shè)計的森林防火監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)后可進行監(jiān)測、預(yù)警等多樣功能。所具有的獨特特點在于遠程監(jiān)控過程中可以直觀的看到森林的狀態(tài)，以便能及早的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，另外遠程監(jiān)測點的建立使得火災(zāi)現(xiàn)場的圖像及時傳回系統(tǒng)中心，以便系統(tǒng)工作人員及時安排相關(guān)事宜，展開撲救工作。同時，森林防火監(jiān)控中心利用并運用CDMA網(wǎng)絡(luò)控制遠程的設(shè)備，可以全程記錄下火災(zāi)的發(fā)生狀況，為之后的修復(fù)和預(yù)防提供了寶貴的資料[6]。

4 結(jié)束語

森林于人類的存在而言是不可或缺的，它給予了人類以氧氣、水和生存的力量。而每年因為火災(zāi)的發(fā)生，卻損失了大片的森林面積。所以，為了保護森林，保護我們的生態(tài)環(huán)境，我們一定要做好森林防火監(jiān)測工作，使用具有現(xiàn)代化的森林防火系統(tǒng)，及時的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患并進行警告和行動，使森林受損面積減到最小。

[1]羅 捷.森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)，2012，23（11）：124～125.

[2]許水燕.基于GIS的森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013，17（06）：257～258.

[3]曾文英.森林防火監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].江西師范大學(xué)，2014，16（03）：162～163.

[4]樸美花.森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2015，27（08）：297～298.

[5]曾臺盛.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林防火監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，14（06）：157～159.

[6]王 展.森林防火監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2014，10（11）：207～208.

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1005-7897（2016）08-0060-03

2016-4-9