基于智慧感知分析處置方法的森林智慧防火研究①

陸勝

（廣西壯族自治區(qū)國有博白林場 廣西博白 537600）

林業(yè)資源能防止水土流失、預防自然災害、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候等，有助于生態(tài)系統(tǒng)的平衡。隨著社會的快速發(fā)展，過度砍伐造成林業(yè)資源的嚴重破壞，在一定程度上危害了人們賴以生存的自然環(huán)境。為了鞏固和保護人類賴以生存的自然環(huán)境，必須重視林業(yè)資源保護和森林環(huán)境的自我調(diào)節(jié)，加大林業(yè)資源保護力度，做好森林防火應急措施和安全注意事項宣傳。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，應用森林智慧防火體系在一定程度上可減少森林火災的發(fā)生。

1 智慧防火管理模式

1.1 建立智慧防火管理模式的重要意義

現(xiàn)階段，我國森林防火工作形勢以及基層森林防火部門的管理形勢較為嚴峻。森林防火工作的社會責任極為重大，不僅關(guān)乎到國家的公共財產(chǎn)安全，更關(guān)系到人民的生命安全，而且對生態(tài)環(huán)境和自然環(huán)境的保護也有關(guān)鍵性影響。黨中央國務院和地方相關(guān)的林業(yè)管理部門，加大森林防火科學管理力度，在森林防火實踐中積極應用智慧防火管理模式，能夠更加有效地實現(xiàn)對森林資源進行現(xiàn)代化、科技化、智能化的管理。

1.2 現(xiàn)階段森林智慧防火管理模式的具體形式

森林智慧防火模式是一套完整的智慧操作體系，包括智慧感知系統(tǒng)裝置、數(shù)據(jù)智慧分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)智慧處置系統(tǒng)。當前，森林火災得不到有效控制，很大程度上在于落后的管理模式、技術(shù)和設備。提升森防火管理水平，應用森林防火智慧感知系統(tǒng)是有效提升森林火災處置的關(guān)鍵性基礎(chǔ)。智慧感知是森林防火的“防火之眼”，其核心原理是通過與天空衛(wèi)星建立遙感聯(lián)系、無人機在一定高度的地面巡查（低空巡查）、紅外線實時監(jiān)控以及護林員實地巡查等方式同時進行。

1.3 森林智慧防火管理系統(tǒng)的應用辦法

當前，森林智慧防火管理模式的應用極為重要，通常采用基于智能識別、遙感影響比對、全球衛(wèi)星定位（GPS）、移動技術(shù)通信等技術(shù)之上的智能森林防火系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以智能化確認準確的森林火情發(fā)生的實時變化情況，針對森林火情的實際變化做到有效的反饋和分析，并且能精準鎖定森林火災預警位置。智慧分析管理體系是森林智慧防火管理模式的主要核心技術(shù)，當森林火災突然發(fā)生的時候，能對森林火災發(fā)生的具體位置進行鎖定和確認，并實時通過計算機模擬計算系統(tǒng)模擬計算出火勢可能持續(xù)蔓延的位置，通過模擬計算結(jié)果迅速對當?shù)氐膽辟Y源進行有效的管理和分析，減少森林火災對國家財產(chǎn)和人民的生命造成不可挽回的損失。

2 林火智慧感知

2.1 智慧感知的主要方式

林火智慧感知的主要方式是可見光感知和紅外線感知，2種感知方式共同構(gòu)建一個監(jiān)督控制視頻預警的智能化的森林火災實時監(jiān)控和檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)控森林火情的發(fā)生。智慧感知系統(tǒng)采用智能化的圖像識別技術(shù)、智能化的森林防火智慧系統(tǒng)的傳感器技術(shù)、三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實施森林智慧防火系統(tǒng)的智能視頻預警監(jiān)視，從多方面、多角度利用網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術(shù)對森林火災進行實時監(jiān)控，并且實時精準定位。整個系統(tǒng)是以森林火災的預防系統(tǒng)作為主要內(nèi)容，通過無人機低空巡視系統(tǒng)，以及底面林業(yè)巡查人員的相互配合，實時立體化的森林防火安全監(jiān)測和監(jiān)督系統(tǒng)。

2.2 智慧感知的具體特征

依據(jù)森林資源所處的實際地形地貌，以及具體地質(zhì)條件中等高線水平數(shù)據(jù)的不同，進行智能化的系統(tǒng)匹配。智慧森林感知系統(tǒng)的基本工作原理，一是前端森林火災監(jiān)測點位置的確定，需要根據(jù)海拔的高度作為選擇依據(jù)，將林地所在的海拔高度的最高點作為前端的監(jiān)測位置，不斷地拓展監(jiān)測的范圍，盡可能地減少監(jiān)測的死角位置以及智能智慧系統(tǒng)的檢測盲區(qū)；二是充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的巨大作用，進行科學有效的可視化視域分析管理，不斷的將前端的檢測位置進行系統(tǒng)性的優(yōu)化管理，例如，紅外線成像儀、戶外太陽能攝像機、戶外監(jiān)測鏡頭、數(shù)據(jù)云臺智能圖像識別報警裝置等的優(yōu)化管理；三是利用可見光源以及特殊的熱成像處理技術(shù)，兩方面的智能感知系統(tǒng)同時作用，實時收集相關(guān)數(shù)據(jù)，在后臺數(shù)據(jù)庫當中對各自的數(shù)據(jù)進行獨立的運算和分析；四是綜合后臺數(shù)據(jù)庫所上傳的圖像，依據(jù)圖像的顏色變幻、運動軌跡的起伏、成像紋理的分析、模擬識別系統(tǒng)的模型推演等，計算出森林火災監(jiān)測場景的變化，并且對煙火的運動軌跡進行有效的監(jiān)控。

林火智慧感知系統(tǒng)的詳細特點：（1）依據(jù)時間節(jié)點的差異性、環(huán)境的差異性進行實時智能化系統(tǒng)的匹配，并且能夠多樣性的保持不同像素條件的配置；（2）針對不同的森林火情的算法形式多樣，可靠程度較高；（3）可以自主性的進行在線學習，知識數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容極為豐富；（4）在線重復學習，大規(guī)模增加練習模板，提高成功率；（5）充分的結(jié)合特殊的森林火災推演計算方法，對不同的火勢情況有效的融合計算。

3 火情智慧分析

3.1 火點定位

火點定位系統(tǒng)通過精確計算確定森林火災的實際地理位置，對森林火災的實際撲救工作進行實時性的指揮和控制，形成多點聯(lián)動型的實時監(jiān)控機制，多角度監(jiān)控火勢的發(fā)展情況。

設（Xa、Ya、Za、）為 已 知A點，B（Xb、Yb、Zb））為未知B點坐標，α為坐標方位角，β為垂直角，AB的投影距離為Sac，可以利用式（1）～（3）計算B具體森林火災的精確位置。

3.1.1 單點式森林火災火情精準定位

依據(jù)大數(shù)據(jù)庫中所更新的數(shù)據(jù)資料進行森林火災實際地理分析，計算出精確的定位，包括坐標方角位、垂直角，利用智慧分析系統(tǒng)形成模型，最后確定森林火災爆發(fā)的精確地點。

3.1.2 多點式森林火災火情精準定位

利用差異性的角度對森林火災形勢進行實時監(jiān)控，對森林火災實際位置的確定以及何時進行撲救有重要的影響。智慧分析系統(tǒng)確定森林火災爆發(fā)地點的同時，還通過地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用風速的變化和疊加方式進行智慧分析。

3.2 火勢模擬分析

根據(jù)地理數(shù)據(jù)的極大差異性，結(jié)合智慧分析系統(tǒng)軟件進行森林火情的模型預判技術(shù)，從單點式的森林火情定位，到對周邊的地形地貌進行分析和模擬，包括森林火災爆發(fā)時的實際地面坡度、坡向的數(shù)據(jù)，風向和風速、以及導致火勢快速蔓延的其他重要原因。根據(jù)矢量網(wǎng)格差值邊界計算方法進行精確的推算，從8個不同的方位，以最初森林火災火點的初始位置開始利用智慧分析系統(tǒng)的相關(guān)原理進行計算和分析，并快速精確的確定森林火災的精確位置，通過二維場景模擬推演出火勢蔓延的方向和速度等信息，以此作為決策依據(jù)。

4 火災智慧處置

4.1 智慧處置手機應用程序的工作原理

森林防火系統(tǒng)對火情的分析，周邊撲救條件等都可以通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的計算，自動形成最佳的撲救作戰(zhàn)方案，通過地理數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的緩沖區(qū)和疊加分析方法，有效統(tǒng)計周邊的資源情況以及可以利用的防火設備設施等。森林火災實際火情信息推送的手機應用程序（Application.APP）適用于所有的安卓手機設備，利用手機百度定位小程序，可以進行手機地圖定位。可在森林火災救助過程中對實時火情進行上報和監(jiān)控。通過手機小程序更快捷、更方便進行森林火災實時監(jiān)控，調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)，了解火災撲救、火勢蔓延等情況。

4.2 智慧處置的電子信息技術(shù)分析

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，森林智慧防火管理系統(tǒng)技術(shù)也在飛速提升，該系統(tǒng)為森林火災撲救提供了高效、快速和智能化方案和工具。可以直接利用手機登錄到森林智慧防火系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心平臺，對火勢的蔓延情況、周邊輔助救助資源、地勢地貌都可以進行查看，有利于火災撲救過程中根據(jù)實際需要調(diào)整方案，有利于快速、有效撲救森林火災，保障生命和財產(chǎn)安全。

在社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展新形勢下，國家對林業(yè)資源的實時監(jiān)控力度在不斷地增加。為了進一步加大林業(yè)資源的保護力度，提升林業(yè)資源科學化、信息化、數(shù)字化管理水平，必須在實踐過程中充分應用現(xiàn)代科技技術(shù)，通過現(xiàn)代智能技術(shù)、森林智慧防火技術(shù)感應系統(tǒng)、森林智慧防火技術(shù)分析和模擬計算機體系，對敏感火源保護區(qū)進行實時監(jiān)控和管理。