森林火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方案的研究

文/傅珂（青島市即墨區(qū)應(yīng)急管理局）

在當(dāng)今社會，森林體系作為生態(tài)體系中的關(guān)鍵性組成部分之一，還能有效確保人類社會的生態(tài)發(fā)展及自然環(huán)境的良性演變[1]。在生活實(shí)踐中，森林火災(zāi)屬于生態(tài)環(huán)境中很嚴(yán)重的一種災(zāi)害。一旦出現(xiàn)火災(zāi)，便會從相當(dāng)大的程度上危及人們的生活。為了及時(shí)、有效地預(yù)防森林出現(xiàn)火災(zāi)，對森林火災(zāi)進(jìn)行研究、開發(fā)了監(jiān)測預(yù)警體系?；诂F(xiàn)代化的高新科技、防火部門所給的資源化信息，來實(shí)時(shí)監(jiān)測區(qū)域森林火災(zāi)，并有效增強(qiáng)森林火災(zāi)的直接預(yù)警和迅速自動(dòng)準(zhǔn)確定位的功能，以優(yōu)化森林領(lǐng)域的火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測質(zhì)量，進(jìn)而指導(dǎo)撲救活動(dòng)[2]。

一、動(dòng)態(tài)監(jiān)測森林火災(zāi)的預(yù)警功能

在實(shí)際展開森林防火工作時(shí)，為了快速地查明、準(zhǔn)確定位火情，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測森林環(huán)境中精確的風(fēng)速風(fēng)向，就應(yīng)充分關(guān)注森林火災(zāi)遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測及預(yù)測火險(xiǎn)等級的專業(yè)技術(shù)，并以此來大幅提升監(jiān)測預(yù)警的質(zhì)量和工作效率[3]。

從森林火災(zāi)角度上看，動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警體系主要具有幾個(gè)功能：（1）定位查詢空間的功能。針對森林火災(zāi)，定位查詢監(jiān)測熱點(diǎn)信息，并展開標(biāo)繪等操作。在以上過程中，一般按衛(wèi)星監(jiān)測部門中心監(jiān)測所獲的信息展開快速檢索，并在數(shù)字地圖上加以顯示。另外，按監(jiān)測所獲信息，還可從地圖上初步標(biāo)繪出火場狀況圖，幫助人們大致認(rèn)識火災(zāi)現(xiàn)場的距離、位置、方位、火災(zāi)具體大小等，進(jìn)而促進(jìn)人們對其及時(shí)、有效地予以處理。（2）分析統(tǒng)計(jì)功能。一般會基于定位查詢功能，來統(tǒng)計(jì)分析森林火災(zāi)信息。例如，統(tǒng)計(jì)防火信息、火災(zāi)檔案、各種地形信息等。對于以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息的事宜，均可經(jīng)由森林領(lǐng)域火災(zāi)的實(shí)時(shí)科學(xué)監(jiān)測預(yù)警體系來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而為防治火災(zāi)打好基礎(chǔ)。（3）分析空間的功能。主要是分析火災(zāi)出現(xiàn)位置的地形地勢、最短路徑、可視域等?；谝陨瞎δ?，除了能夠幫助人們更深刻地認(rèn)識火災(zāi)情況外，還能夠幫助人們了解整個(gè)火災(zāi)現(xiàn)場和四周各點(diǎn)的位置關(guān)系，以提出更好的解決方案。（4）評估火災(zāi)損失的功能。作為該系統(tǒng)中的重要功能之一，損失評估主要是在森林火災(zāi)后，統(tǒng)計(jì)、分析火災(zāi)損失，如損失的森林面積、樹種等，以方便人們按損失統(tǒng)計(jì)，及時(shí)提出預(yù)防、改善的方案。

二、動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警森林火災(zāi)技術(shù)方案分析

（一）可編程式監(jiān)控網(wǎng)

經(jīng)由攝像頭和云臺動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，賦予后端控制臺準(zhǔn)確控制鏡頭焦距的功能?；讵?dú)特的預(yù)置位等專業(yè)技術(shù)，確保了更清晰識別目標(biāo)物體的效果。基于頂裝的設(shè)計(jì)，云臺可以從0°旋轉(zhuǎn)至360°，并且無死角[4]。在該高精度旋轉(zhuǎn)下，云臺可以捕捉得到很流暢的視頻信息。而變速轉(zhuǎn)動(dòng)方式又可提升移動(dòng)鏡頭的效率，從整體上大幅節(jié)約了輪詢周期耗費(fèi)的時(shí)間。在云臺上的預(yù)置位，數(shù)量高達(dá)1024個(gè)，能夠設(shè)置10種以上的掃描模式，以促進(jìn)云臺根據(jù)預(yù)設(shè)軌跡來完成自動(dòng)掃描。也即在監(jiān)控中心位置的管理人員能夠按各種林區(qū)特點(diǎn)，按需設(shè)置對應(yīng)的預(yù)置位及整個(gè)掃描軌跡，以無縫監(jiān)控林區(qū)，并按需重點(diǎn)監(jiān)控關(guān)鍵區(qū)域及遠(yuǎn)處山頭[5]。基于云臺，不僅可以遠(yuǎn)程控制垂直夾角及水平轉(zhuǎn)角，而且還可以有機(jī)聯(lián)動(dòng)控制各個(gè)鏡頭焦距。同時(shí)，還能實(shí)時(shí)從云臺采集到垂直夾角、水平轉(zhuǎn)角、鏡頭焦距等，再從監(jiān)控網(wǎng)向監(jiān)控中心回傳。

（二）前端監(jiān)控林區(qū)體系結(jié)構(gòu)

在構(gòu)成中主要含有全天候低照度紅外攝像機(jī)、前端無線發(fā)射機(jī)(無線單兵)、云臺控制體系、基塔、供電體系、發(fā)射天線等，并且在各林區(qū)制高點(diǎn)固定下來。經(jīng)由前端監(jiān)控體系，主要采集各林區(qū)監(jiān)控點(diǎn)對應(yīng)的視頻信息，并數(shù)字化壓縮后，再經(jīng)由無線發(fā)射前端設(shè)備發(fā)射到無線輸送(中繼)體系。此外，一般在野外安裝前端設(shè)備，并且在較高處安裝(考慮可視范圍要求)，所以極可能遭受雷擊，要求做好防雷措施，并注意強(qiáng)化防盜措施。在煙火智能識別上，通過前置嵌入式智能煙火體系識別設(shè)計(jì)，來進(jìn)一步提升識別效率。

（三）采集林區(qū)視頻參數(shù)

經(jīng)由前端基站內(nèi)部的數(shù)字云臺，有效管控長焦攝像機(jī)。通過攝像機(jī)，能從垂直±45°、水平360°的范圍，掃描整個(gè)監(jiān)控區(qū)，并編輯視頻采集卡后，再經(jīng)過微波發(fā)射器向監(jiān)控中心傳輸回來。從前端用視頻處理模塊來編碼、壓縮、傳送圖像數(shù)據(jù)，并通過微波等向監(jiān)控中心輸送信號。

（四）前端設(shè)備體系防盜

在前端一般會在無人值守區(qū)域的密林深處安裝設(shè)備，所以可在安保攝像機(jī)后端，統(tǒng)一安裝智能識別分析處理器1個(gè)，來按安保攝像機(jī)所得動(dòng)態(tài)圖像，設(shè)下物品丟失、周界保護(hù)等之類的報(bào)警網(wǎng)，以保護(hù)前端基站體系設(shè)備的安全性。如果有人攀爬、靠近基塔，就會啟動(dòng)報(bào)警體系，安保攝像機(jī)就會錄像并向監(jiān)控中心回傳實(shí)時(shí)錄像，且現(xiàn)場喇叭也會同步播放警示語。自監(jiān)控中心收到報(bào)警信號后，便立刻從語音對講體系向現(xiàn)場警示喊話。此外，還可按林區(qū)自然環(huán)境，設(shè)置相應(yīng)的預(yù)置位及整個(gè)花樣掃描軌跡，并與前端報(bào)警設(shè)備配合聯(lián)動(dòng)，來搭建監(jiān)控管理聯(lián)網(wǎng)平臺。

（五）智能識別煙火

經(jīng)由前端智能識別煙火的處理器，實(shí)時(shí)分析攝像所得圖像，以免因圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮再傳送至監(jiān)控中心再分析圖像時(shí)，會因降低圖像質(zhì)量而降低識別準(zhǔn)確率。針對煙火智能識別體系，需要識別產(chǎn)品具有以下要求的靈敏度：在視頻圖像內(nèi)，煙火最小靶面具有10mm×10mm象素面積，就能夠用以識別，與GIS體系相配合來定位火點(diǎn)。

（六）方案評述

在本系統(tǒng)的技術(shù)方案中，具備了監(jiān)測預(yù)警森林防火體系的各項(xiàng)基本功能，能夠針對森林火災(zāi)展開實(shí)時(shí)監(jiān)測并分析空間、救援，統(tǒng)計(jì)火災(zāi)、及時(shí)預(yù)測預(yù)警等。具體通過視頻圖像采集分析、智能處理林區(qū)煙火、智能圖像無縫融合識別、3DGIS技術(shù)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化專業(yè)技術(shù)，基于森林防火知識理論，建立起來智能監(jiān)測林火預(yù)警和科學(xué)應(yīng)急指揮體系。一旦火情發(fā)生，便可自動(dòng)識別、及時(shí)預(yù)警。從火災(zāi)現(xiàn)場采集到未經(jīng)壓縮視頻下準(zhǔn)確識別林火，以控制煙火識別的整體響應(yīng)速度及預(yù)警準(zhǔn)確率，進(jìn)而展現(xiàn)林區(qū)監(jiān)測預(yù)警體系的多功能性。例如，準(zhǔn)確識別煙火、自動(dòng)監(jiān)控視頻、精確定位火點(diǎn)、推演火情蔓延形勢、輔助撲救決策、科學(xué)評估災(zāi)后等。基于森林防火的一系列業(yè)務(wù)鏈，解決豐富多樣的個(gè)性化需求。但是，在損失評估方面，因?yàn)榛馂?zāi)往往涉及直接和間接兩種損失，盡管直接損失中容易獲得面積大小，但卻經(jīng)常缺失或難以得到損失林木蓄積量、人員傷亡、業(yè)界市場價(jià)格等信息數(shù)據(jù)，同時(shí)還很難確定評估間接損失的具體標(biāo)準(zhǔn)，因此，該部分的功能顯得薄弱一些。

三、結(jié)語

總之，針對森林火災(zāi)，通過實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警體系技術(shù)方案，能夠從相當(dāng)大的程度上提供給救助森林火災(zāi)很有利的條件。所以，應(yīng)強(qiáng)化該系統(tǒng)研究工作，以便充分發(fā)揮該方案的功用，進(jìn)而更好地救助森林火災(zāi)，充分降低損失，有效保護(hù)生態(tài)、自然環(huán)境，確保社會的可持續(xù)、穩(wěn)健發(fā)展。