探究數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在森林防火中的高效設(shè)置與作用

張鑫

（保山市隆陽區(qū)太保公園管理所，云南保山 678000）

0 引言

火災(zāi)泛指時(shí)空形成非控制性燃燒造成的毀滅性災(zāi)害，在自然災(zāi)害中火災(zāi)是較為常見的一種危害社會(huì)公眾安全及社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一，而森林火災(zāi)是世界性林業(yè)防治措施中的核心因素，隨著我國林業(yè)跨越式發(fā)展及造林事業(yè)的爆發(fā)式增長，林業(yè)防火成為首要任務(wù)，其中，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)即數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)為森林防火監(jiān)控提供了有力支撐。

1 數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)概述

森林?jǐn)?shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要通過監(jiān)控中心、傳輸系統(tǒng)、前端控制點(diǎn)構(gòu)成。前部監(jiān)視點(diǎn)一般設(shè)在林區(qū)防火望塔的制高點(diǎn)上，其中包括彩色至黑色全天候低照霧化攝像機(jī)、數(shù)字云臺監(jiān)視系統(tǒng)和視頻服務(wù)器；每個(gè)前部監(jiān)視點(diǎn)通過無線傳輸系統(tǒng)向監(jiān)測中心傳送圖像，無線網(wǎng)絡(luò)基站由無線網(wǎng)橋和天饋系統(tǒng)組成，它既可以通過無線監(jiān)控系統(tǒng)向監(jiān)測中心傳送圖像，也可以通過無線監(jiān)控系統(tǒng)向監(jiān)測中心傳送圖像，同時(shí)還可以控制前部攝像頭的焦距和云臺移動(dòng)。通過云臺角數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)返回，結(jié)合GPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)點(diǎn)的精確定位，滿足了當(dāng)前森林防火的各項(xiàng)要求。林火管理中心采用遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)，對林火進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，起到防火的作用；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以將現(xiàn)場圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]中心，為指揮中心遠(yuǎn)程指揮調(diào)度提供強(qiáng)有力的保障，最大限度減少火災(zāi)損失；系統(tǒng)能夠記錄整個(gè)火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展及撲救過程，為預(yù)防和撲救火災(zāi)提供真實(shí)有效的歷史數(shù)據(jù)。

2 云南省騰沖市來鳳山數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置研究

2.1 案例分析

騰沖市位于中國西南，云南省保山市西南。西鄰龍陽區(qū)，南接龍陵縣，西南與梁河縣、盈江縣交界，東北與瀘水縣交界，北、西北與緬甸交界。其中，東經(jīng)98°05′～98°46′，北緯24°38′～25°52′，總面積5700.9km2，其中，東、南、北三面相距約69km，邊界長148.1km。距離保山高速公路164km，距離昆明760km。是中國通往南亞和東南亞的橋頭堡，也是中國與南亞實(shí)現(xiàn)大同路的重要戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)。其中，來鳳山國家森林公園面積達(dá)1656.2hm2，由于它獨(dú)特的自然和人文景觀，被稱為“綠珍珠”，它鑲嵌在第一座城市的邊緣，主要景點(diǎn)是一個(gè)盾形的火山錐體，園內(nèi)植物繁茂，種類繁多，森林覆蓋率達(dá)90%以上。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置

來鳳山國家森林公園防火數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)再建立過程中，充分結(jié)合了其地理要素，依托三維場景，實(shí)現(xiàn)地形地貌與應(yīng)急指揮設(shè)施的有機(jī)結(jié)合，可通過地理信息系統(tǒng)，對各個(gè)子系統(tǒng)狀態(tài)與工作內(nèi)容進(jìn)行調(diào)度，通過對事故場景的描繪傳遞指揮緊急發(fā)生的火災(zāi)現(xiàn)象，可最快對火災(zāi)進(jìn)行撲滅。加之?dāng)?shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)中的識別系統(tǒng)，可快速發(fā)現(xiàn)火災(zāi)根源，并在系統(tǒng)地理地圖中顯示，工作人員根據(jù)地理信息系統(tǒng)，對視頻中的位置進(jìn)行定位，結(jié)合GPS滅火人員在地圖上的分布，全面加強(qiáng)對消防人員指揮的有效性。此外，地理信息系統(tǒng)可通過分析與統(tǒng)計(jì)，羅列快速出發(fā)到達(dá)火災(zāi)區(qū)的若干線路，或救火滅火提供有力技術(shù)支撐。

2.3 系統(tǒng)主要功能

來鳳山國家森林公園防火數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要功能如圖1所示。

（1）視頻監(jiān)控。視頻顯示模塊具備視頻參數(shù)調(diào)節(jié)、預(yù)覽以及視頻窗口切換的作用，通過視頻與地理方位的緊密結(jié)合，便于掌握火災(zāi)實(shí)施位置。通過火災(zāi)位置的實(shí)時(shí)播放，工作人員可通過視頻的觀看結(jié)合現(xiàn)場火災(zāi)實(shí)際部署對起到動(dòng)態(tài)化優(yōu)化火災(zāi)指揮。

（2）煙火識別。該系統(tǒng)配置了紅外熱成像技術(shù)以及可見光成像雙識別搜索引擎，結(jié)合多種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，以及顯著性堅(jiān)持技術(shù)，可提取圖像82維特征，進(jìn)行25中分離器融合智能分析，對煙火等物體可進(jìn)行精確識別。在5%的煙霧對中，27×72像素的火災(zāi)和7×7像素的煙霧目標(biāo)的虛警率都小于1%。假警率小于3/萬hm2/d。更加精確的定位，更快的傳輸，更好的煙火識別，最小化假警率[1]。支持迅速、科學(xué)地制定消防計(jì)劃。

圖1 系統(tǒng)主要模塊功能

（3）路徑分析設(shè)施查找。為了快速到達(dá)火場，避免在緊急情況下滅火行動(dòng)的盲目性，指揮中心應(yīng)迅速制定滅火決策方案，以最快的速度到達(dá)目的地，這就要求系統(tǒng)計(jì)算出最短路徑，以完善應(yīng)急預(yù)案的設(shè)施。本系統(tǒng)具有最短路徑分析功能，能在極短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出最短路徑，使滅火方案具有科學(xué)性；滅火時(shí)還需計(jì)算出最近的消防設(shè)施和水源信息，并結(jié)合地圖繪制出準(zhǔn)確的位置，使滅火方案更科學(xué)；消防員能從地圖上查找滅火資源，實(shí)現(xiàn)快速滅火。

（4）GPS衛(wèi)星定位。通過煙火識別器，可以快速地在地圖上定位火源，并用地圖顯示出火源的位置，消防隊(duì)員通過提供的緯度坐標(biāo)，利用手持GPS實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的快速定位和搜索；在緊急情況下，利用GPS分布在地圖上的營救隊(duì)伍，可以指揮和調(diào)度消防員的緊急救援工作；在三維地圖和GPS相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對消防人員、車輛、車速的顯示，快速掌握滅火過程，消防隊(duì)員利用火點(diǎn)坐標(biāo)和GPS通過最短路徑分析得到最佳營救路線，合理指揮和調(diào)度，有利于消防工作的順利快速開展，達(dá)到快速滅火的目的。保存人員歷史定位軌跡，方便查詢；任意時(shí)刻回放任意GPS運(yùn)動(dòng)軌跡，便于事后分析、總結(jié)和決策。

（5）火情蔓延分析預(yù)測。該系統(tǒng)可對火情發(fā)生情況及氣象因子、林相數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、植被等信息進(jìn)行模擬，通過數(shù)據(jù)建模對火情蔓延趨勢進(jìn)行預(yù)測，為消防人員部署下一步工作提供數(shù)據(jù)支撐。

（6）火情信息通訊。該系統(tǒng)具備良好的通信系統(tǒng)，通過內(nèi)在信息系統(tǒng)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可通過設(shè)置傳遞信息的方式，將火情有關(guān)信息傳遞有關(guān)人員手機(jī)，且系統(tǒng)具備強(qiáng)大的通訊錄功能，現(xiàn)場人員可對發(fā)送信息進(jìn)行篩選，以此起到良好的控制效果。

（7）滅火指揮輔助功能。①地圖操作。其中，在三維地圖放大、縮小、平移地圖上按下鼠標(biāo)左鍵后拖動(dòng)可實(shí)現(xiàn)地圖位置變更，三維地圖全屏顯示，三維地圖指向北，三維地圖停止、三維地圖快照、三維地圖拷貝和保存當(dāng)前地圖視圖等；②三維量算。在地圖上繪制需要測量的直線段，由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算直線段長度；在地圖上繪制高度，由長程功能計(jì)算任意長度；由長程功能計(jì)算河流或道路的長度；在地圖上繪制需要測量的多邊形區(qū)域，由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算區(qū)域；③查詢。單擊“SelectionQuery”按鈕，可查看地圖上當(dāng)前元素的信息，并顯示多層屬性。在進(jìn)行地名查詢后，將符合一定條件的相關(guān)要素繪制成圖，并以高亮度顯示，選取。列明特征的相關(guān)屬性信息（支持模糊查詢和區(qū)域圖形查詢）；基于地名屬性查詢此功能在地圖上顯示符合某些條件的地理要素的相關(guān)特征，使要素高亮顯示并選中，列明要素的相應(yīng)屬性信息（支持多邊形區(qū)域查詢）。通過樹種查詢功能，可以在地圖上顯示符合樹種名稱的林木信息，并高亮顯示，選擇地物對應(yīng)屬性信息（支持多邊形區(qū)域查詢）。結(jié)合使用SQL查詢來執(zhí)行層名稱、屬性和輸入條件的SQL語句。如果不能查詢某一層的屬性信息，則可以使用多個(gè)查詢函數(shù)（支持多邊形區(qū)域查詢）。標(biāo)記查詢，根據(jù)標(biāo)記快速定位地理特征；④分析。樹的數(shù)目，樹的種類，動(dòng)物的數(shù)目，動(dòng)物的名字，動(dòng)物的名字，這些名字都是根據(jù)一定的種類命名的。山岳分析，模擬飛機(jī)飛越地形。透明的地表水體，具有地表水體的特點(diǎn)，從時(shí)間上分析某一時(shí)段的照明地理要素；視野分析某一地點(diǎn)的視野信息；視距分析某一地點(diǎn)的視距信息；斷面分析某一區(qū)域的斷面信息；光照分析某一區(qū)域的地形，以顯示該區(qū)域是否有太陽信息；⑤標(biāo)繪。指在地圖上迅速繪制點(diǎn)火點(diǎn)的位置、重要區(qū)域和重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，以供參考；視頻標(biāo)繪是指在地圖上繪制點(diǎn)火點(diǎn)的位置；視頻查詢是指在地圖上提供點(diǎn)火點(diǎn)的查詢功能；點(diǎn)火點(diǎn)標(biāo)繪是指為指揮調(diào)度提供點(diǎn)火點(diǎn)的標(biāo)繪功能；線標(biāo)繪是指為指揮調(diào)度提供點(diǎn)火邊界，其他地點(diǎn)為點(diǎn)火廣場；重要敏感地區(qū)采用多邊形標(biāo)繪；⑥視圖定位。它能顯示三維場景，消防預(yù)案讀寫，電子沙盤指令，動(dòng)態(tài)預(yù)案輸出，消防預(yù)案輸出。

2.4 系統(tǒng)反思

來鳳山國家森林公園防火數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)具備了現(xiàn)代化、信息化技術(shù)特點(diǎn)，打破傳統(tǒng)單一化、局限化的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，通過其開放性、便捷性、邏輯性的系統(tǒng)功能，減少了林業(yè)部門的管理成本以及不必要的支出，進(jìn)一步提高公園經(jīng)濟(jì)效益，且數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的完善監(jiān)督，加強(qiáng)森林公園環(huán)境的安全性，突破現(xiàn)代化林業(yè)監(jiān)控技術(shù)不足的瓶頸桎梏，為促進(jìn)林業(yè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，預(yù)防森林火災(zāi)，消除火災(zāi)隱患起到了現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值[2]。

3 結(jié)論

綜上所述，本文以云南省騰沖市來鳳山國家森林公園防火數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以及時(shí)、直觀、真實(shí)地監(jiān)測森林覆蓋率，并對火勢進(jìn)行定位，及時(shí)做出科學(xué)的分析判斷，從而確定最佳撲火方案，為有效預(yù)防和控制森林火災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。