森林防火指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

作者簡(jiǎn)介：

白喜梅（1987- ），女，漢族，重慶人，本科，林業(yè)工程師，研究方向：森林防滅火。

摘要：

本文旨在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種高效、可靠的森林防火指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的火情監(jiān)測(cè)和預(yù)警、快速的應(yīng)急反應(yīng)以及有效的指揮調(diào)度，從而提高森林防火效率和成功率。通過本文研究，能夠?yàn)樯址阑鸸ぷ魈峁└玫募夹g(shù)支持，減少火災(zāi)事故發(fā)生和損失。

關(guān)鍵詞：森林；防火指揮系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

引言

近年來，森林火災(zāi)頻發(fā)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來了巨大威脅。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，森林防火指揮系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。然而，現(xiàn)有系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問題和不足。本文通過設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種先進(jìn)的森林防火指揮系統(tǒng)，從而解決當(dāng)前系統(tǒng)面臨的問題。該系統(tǒng)將采用先進(jìn)的技術(shù)和算法，通過火情監(jiān)測(cè)、預(yù)警、指揮調(diào)度等功能，提高防火行動(dòng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。

一、森林防火的重要性和目前存在的問題

（一）森林防火的重要性

森林是地球上最寶貴的自然資源之一，具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能。然而，森林火災(zāi)威脅著這些寶貴資源的完整性和可持續(xù)性。首先，森林可以吸收大量的二氧化碳并釋放氧氣，維持全球的氣候平衡。然而，森林火災(zāi)會(huì)導(dǎo)致大量植被和有機(jī)物燃燒，釋放出大量的二氧化碳和有害氣體，加劇全球氣候變化和空氣污染問題。其次，森林是生物的重要棲息地。大量的野生動(dòng)植物棲息在森林中，構(gòu)成了復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)鏈條。森林火災(zāi)會(huì)破壞這些棲息地，導(dǎo)致生物多樣性的喪失和物種滅絕。此外，森林具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)功能。許多人依賴于森林資源提供的木材、草藥、食品和其他生計(jì)來源。森林火災(zāi)不僅破壞了這些資源，還對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)造成嚴(yán)重影響。此外，火災(zāi)還威脅到人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。因此，森林防火至關(guān)重要。通過有效的預(yù)防、監(jiān)測(cè)和應(yīng)急響應(yīng)措施，可以減少森林火災(zāi)的發(fā)生和蔓延，保護(hù)森林資源的完整性和可持續(xù)發(fā)展。

（二）森林防火目前存在的問題

目前，森林防火工作面臨著一些嚴(yán)峻的問題。第一，森林火災(zāi)的頻發(fā)性和規(guī)模增加。由于氣候變化、人類活動(dòng)和不當(dāng)管理等因素的影響，森林火災(zāi)的發(fā)生頻率和規(guī)模正在不斷增加。這使得防火工作面臨更大的挑戰(zhàn)和壓力。第二，火災(zāi)監(jiān)測(cè)和預(yù)警不足。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)手段主要依賴于巡邏人員的發(fā)現(xiàn)和報(bào)告，存在著盲區(qū)和延遲。當(dāng)前的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備雖然有所進(jìn)步，但仍然存在著靈敏度不高、覆蓋范圍有限、預(yù)警精度不高等問題，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火災(zāi)的及時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。第三，應(yīng)急響應(yīng)和指揮調(diào)度困難?；馂?zāi)爆發(fā)后，迅速的應(yīng)急響應(yīng)和有效的指揮調(diào)度對(duì)于控制火勢(shì)和保護(hù)人員生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要。然而，由于復(fù)雜的地形、大面積的火災(zāi)蔓延、不確定的氣象條件等因素，應(yīng)急響應(yīng)和指揮調(diào)度存在困難。缺乏實(shí)時(shí)、全面的火情信息和高效的指揮系統(tǒng)，使得火災(zāi)撲滅和救援行動(dòng)受到限制。第四，人力和物力資源短缺。消防部門在火災(zāi)高發(fā)季節(jié)和大規(guī)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)常常面臨人力不足、裝備短缺等問題，導(dǎo)致防火能力有限，無法滿足應(yīng)對(duì)火災(zāi)的需求[1]。

二、森林防火指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)是森林防火指揮系統(tǒng)功能的核心。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)包括采用多種傳感器和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和獲取以及構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取森林火情數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括衛(wèi)星、無人機(jī)和傳感器等，這些設(shè)備通?？梢酝ㄟ^空中或地面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取的數(shù)據(jù)包括火點(diǎn)位置、火勢(shì)大小、煙霧濃度、氣象數(shù)據(jù)和地形地貌等。為實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)火情信息，需要構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要設(shè)置監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站通常由分散的傳感器組成。例如，添加了煙感和溫感的視頻監(jiān)視器，可以實(shí)現(xiàn)煙霧和火源的準(zhǔn)確識(shí)別；添加了風(fēng)向、風(fēng)速和溫濕度探針的氣象站則可以實(shí)時(shí)獲取環(huán)境變化，以此作為應(yīng)對(duì)火災(zāi)的策略基礎(chǔ)[2]。

（二）數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)

森林防火指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)支撐之一。傳統(tǒng)的防火指揮系統(tǒng)通常使用人工方式傳輸數(shù)據(jù)，很難實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)和準(zhǔn)確判斷。因此，現(xiàn)代化的森林防火指揮系統(tǒng)利用現(xiàn)代科技進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和判斷準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣闊，包括通信網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)協(xié)議、數(shù)據(jù)備份和存儲(chǔ)設(shè)備等。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，通常采用專用的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，后臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器作為中轉(zhuǎn)站，數(shù)據(jù)采集端和指揮中心端要建立令牌機(jī)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸驗(yàn)證，以保證數(shù)據(jù)的可靠性和數(shù)據(jù)的保密性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的重要性不容忽視。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃存儲(chǔ)中心，建立數(shù)據(jù)備份策略，以確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性。為此，應(yīng)使用高效的集群存儲(chǔ)系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)和快速讀寫。同時(shí)，應(yīng)選擇合適的存儲(chǔ)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)訪問和分析，并進(jìn)行應(yīng)急數(shù)據(jù)恢復(fù)的準(zhǔn)備[3]。

（三）火情分析與預(yù)警

火情分析與預(yù)警是森林防火指揮系統(tǒng)中關(guān)鍵的功能之一。它能夠基于采集到的火情數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、火線擴(kuò)展預(yù)測(cè)和火災(zāi)蔓延路徑分析等，為指揮員提供科學(xué)準(zhǔn)確的決策支持。首先，火情分析模型應(yīng)基于歷史火情數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等方法，建立火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。該模型可以根據(jù)森林火區(qū)的地形地貌、植被類型、氣象條件等因素，評(píng)估火災(zāi)發(fā)生的概率和影響程度。通過實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，火情分析模型可以不斷更新和優(yōu)化，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性和靈敏度。其次，火情分析模型還需要進(jìn)行火線擴(kuò)展預(yù)測(cè)。該模型利用采集到的火點(diǎn)位置、火勢(shì)大小和氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合火災(zāi)傳播模型，預(yù)測(cè)火線蔓延的速度和方向。同時(shí)，該模型還可以進(jìn)行火災(zāi)蔓延路徑分析，給出可能受影響的區(qū)域和時(shí)間窗口，為指揮員制定火災(zāi)應(yīng)對(duì)策略和資源調(diào)度提供有力支持。最后，預(yù)警系統(tǒng)是火情分析的重要組成部分?；诨鹎榉治瞿Ｐ偷念A(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)警系統(tǒng)能夠及時(shí)向指揮員發(fā)送火災(zāi)預(yù)警信息，包括火災(zāi)位置、火勢(shì)大小和蔓延預(yù)測(cè)等。預(yù)警信息可以通過短信、手機(jī)應(yīng)用程序、郵件和語音電話等方式傳遞給指揮員，以確保他們能夠及時(shí)做出決策和采取行動(dòng)[4]。

（四）指揮中心與指揮調(diào)度

在森林防火指揮系統(tǒng)中，指揮中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心樞紐，承擔(dān)指揮、調(diào)度和協(xié)調(diào)的重要任務(wù)。指揮中心應(yīng)具備實(shí)時(shí)可視化的火情監(jiān)測(cè)界面，以圖形化顯示火點(diǎn)位置、火勢(shì)大小、風(fēng)向風(fēng)速等關(guān)鍵信息。通過這個(gè)界面，指揮員可以全面、準(zhǔn)確分析火情狀況，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和指揮調(diào)度方案。指揮中心需要具備良好的通信和協(xié)同能力，以便與不同級(jí)別的部門和相關(guān)機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行高效協(xié)作和通信。通過指揮中心，指揮員可以調(diào)度撲火隊(duì)伍、救援隊(duì)伍和其他應(yīng)急資源，確保資源在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)得到合理分配和優(yōu)化利用。為了實(shí)現(xiàn)指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)指揮員之間的實(shí)時(shí)信息交流和指揮調(diào)度，可以利用實(shí)時(shí)視頻和衛(wèi)星定位等技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握救援隊(duì)伍的位置和工作進(jìn)展，及時(shí)調(diào)整指揮策略[5]。

（五）應(yīng)急響應(yīng)和資源調(diào)度

在森林防火指揮系統(tǒng)中，應(yīng)急響應(yīng)與資源調(diào)度是保護(hù)森林資源、減少火災(zāi)損失的最后一道防線。應(yīng)急響應(yīng)與資源調(diào)度的目標(biāo)是盡可能減小火災(zāi)的破壞性，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。系統(tǒng)通過提供實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、火災(zāi)分析和預(yù)警信息、指揮調(diào)度和資源調(diào)配等多種技術(shù)手段，為響應(yīng)與應(yīng)急處理提供有效支持。首先，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，需要有快速響應(yīng)的能力。響應(yīng)體系應(yīng)具備快速反應(yīng)機(jī)制，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，調(diào)動(dòng)現(xiàn)有的撲火隊(duì)伍和相關(guān)救援資源，實(shí)施第一時(shí)間的火災(zāi)應(yīng)對(duì)。同時(shí)，響應(yīng)體系應(yīng)具備快速和準(zhǔn)確的信息反饋能力，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給指揮中心，支持指揮員制定進(jìn)一步?jīng)Q策和指揮調(diào)度。在應(yīng)急處理中，指揮員需要根據(jù)火勢(shì)大小和發(fā)展趨勢(shì)，制定相應(yīng)的撲火方案和應(yīng)急措施。其次，需要利用系統(tǒng)提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和火災(zāi)分析預(yù)警信息，結(jié)合當(dāng)?shù)氐馁Y源配置和特殊情況，考慮人員安全和滅火效率，進(jìn)行指揮調(diào)度和資源調(diào)配。通過及時(shí)協(xié)調(diào)和指導(dǎo)，可以防止火災(zāi)蔓延，并在火災(zāi)擴(kuò)散前將其撲滅。最后，在應(yīng)急處理結(jié)束后，要進(jìn)行火災(zāi)的善后處理。需要對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察和記錄，制定火災(zāi)事故報(bào)告并提交相關(guān)部門。同時(shí)，需要修復(fù)受損的生態(tài)環(huán)境和森林資源，防止二次火災(zāi)的發(fā)生。為此，應(yīng)適時(shí)開展各種修復(fù)活動(dòng)，恢復(fù)植被，重新配置資源，便于應(yīng)對(duì)森林防火問題[6]。

三、森林防火指揮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

森林防火指揮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括硬件設(shè)備的配備、軟件系統(tǒng)的開發(fā)和數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立，同時(shí)還需要考慮消防安全措施和撲火策略。首先，系統(tǒng)需要配備一套完備的硬件設(shè)備。這些設(shè)備包括火情監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、指揮中心終端設(shè)備、撲火裝備等?；鹎楸O(jiān)測(cè)設(shè)備可以包括火災(zāi)探測(cè)器、視頻監(jiān)控設(shè)備、氣象監(jiān)測(cè)儀器等，用于實(shí)時(shí)采集火點(diǎn)位置、火勢(shì)大小、風(fēng)向風(fēng)速等關(guān)鍵火情信息。通信設(shè)備包括無線電通信設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備等，用于指揮中心與救援隊(duì)伍之間的通信。指揮中心終端設(shè)備主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)控火情信息、展示地圖等操作控制。其次，系統(tǒng)需要開發(fā)一套強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括火情數(shù)據(jù)采集與處理、火情分析與預(yù)警、指揮中心與指揮調(diào)度、響應(yīng)與應(yīng)急處理等模塊?；鹎閿?shù)據(jù)采集與處理模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收和處理火情數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為可用的格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中供后續(xù)分析使用?；鹎榉治雠c預(yù)警模塊通過算法和模型對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、火線蔓延路徑，并生成預(yù)警信息。指揮中心與指揮調(diào)度模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)控火情信息、指揮調(diào)度撲火隊(duì)伍和分派救援資源。響應(yīng)與應(yīng)急處理模塊則負(fù)責(zé)實(shí)施火災(zāi)的應(yīng)對(duì)和救援工作，并負(fù)責(zé)事后的善后處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。最后，系統(tǒng)需要建立一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)平臺(tái)主要由一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫(kù)和云計(jì)算平臺(tái)組成。中央數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)采集到的火情數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等。云計(jì)算平臺(tái)則用于對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和計(jì)算，以支持火災(zāi)分析、預(yù)警和指揮調(diào)度等功能。此外，數(shù)據(jù)平臺(tái)還可以為相關(guān)部門和社會(huì)公眾提供數(shù)據(jù)查詢和共享服務(wù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合效益和應(yīng)用價(jià)值[7]。

在消防方面，森林防火指揮系統(tǒng)還需要考慮消防安全措施和撲火策略。消防安全措施包括建立消防安全制度、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)消防設(shè)施建設(shè)、組織消防演練等，以確保火情及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效撲滅。撲火策略則需要依據(jù)火情分析和預(yù)警結(jié)果，確定撲火優(yōu)先級(jí)、資源調(diào)配和行動(dòng)計(jì)劃等，使撲火工作更具針對(duì)性和科學(xué)性[8]。

結(jié)語

綜上所述，本文提出了一種森林防火指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)框架。該系統(tǒng)采用現(xiàn)代化的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集和處理火情數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)火情進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的快速反應(yīng)和應(yīng)急處理。通過指揮中心、響應(yīng)與應(yīng)急處理等模塊，協(xié)調(diào)和調(diào)配撲火隊(duì)伍和救援資源，實(shí)現(xiàn)森林防火的全面覆蓋。

參考文獻(xiàn)

[1]

張?chǎng)?地理信息系統(tǒng)在森林防火中的應(yīng)用[J].經(jīng)緯天地，2022（03）：45-47+57.

[2]翟晉文.草原森林防火調(diào)度指揮系統(tǒng)V1.0[A].山西歐德寶電子工程有限公司，2022-05-01.

[3]徐健楠，彭玲莉，趙宏江，等.森林航空消防火場(chǎng)偵察系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].林業(yè)資源管理，2021（06）：130-134.

[4]狄濟(jì)云.基于PDT無線自組網(wǎng)技術(shù)的森林消防指揮調(diào)度系統(tǒng)[J].數(shù)字通信世界，2021（12）：34-36.

[5]邱家生.森林防火GIS精確定位及森林防火應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)應(yīng)用研究[A].贛州市金電電子設(shè)備有限公司，2021-06-17.

[6]白雪，郭曉麗，許一銘，等.基于3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)研究[J].今日消防，2021，6（03）：48-49.

[7]張境亮，李興海，王杰.森林火災(zāi)智能綜合監(jiān)測(cè)指揮系統(tǒng)在森林消防中的擴(kuò)展研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2020，33（06）：22-24.

[8]黃鶴.森林防火指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（全文版）自然科學(xué)，2021（12）：2.