基于火场感知的实战指挥平台

2015-02-07安徽四创电子股份有限公司梁本仁

电子世界 2015年16期

关键词：火场森林信息

安徽四创电子股份有限公司王伟冉亮梁本仁

基于火场感知的实战指挥平台

安徽四创电子股份有限公司王伟冉亮梁本仁

本文介绍了一款基于火场感知的实战指挥平台，该平台融合多种当前森林防火中常用的指挥子系统，具有多网融合使用、网络动态覆盖、应用载体多样化等特点，该平台在实际使用中取得良好的效果。

一体化神经网络；火场感知；多网融合；多媒体调度；网络动态覆盖

1 背景与现状

森林火灾是森林的主要灾害之一，森林火灾不仅严重破坏森林资源，造成巨大经济损失，国家对于森林防火工作极为重视，投入了巨大的人力物力，旨在遏制并改善严峻的森林防火形势。

当前大多数森林防火的信息化建设，更多的将关注点集中在具体功能的实现、静态数据的展现，忽略了相关信息的获取与关联，无法将不同结构、不同层面的信息技术统一在同一平台上。

随着我国基于北斗的定位通信系统、大数据应用、物联网、移动互联技术、无人机等新技术的大量成熟运用，尤其是近年国家林业信息标准化的制定，为打造全新全新的森林防火工作管理模式提供了良好的条件。通过新技术突破原有的应用瓶颈，通过规范标准实现信息整合与共享，进而打造贴合实战要求的森林防火信息指挥平台。

2 基于火场感知的实战指挥平台

森林防火有其自身的特点，针对信息技术的运用也有着完全不同于其它行业的需求。

森林火灾的发生由多种因素造成，具有很大的偶然性。森林火灾发生初期，火情变化快，越早处置，控制越容易，损失也越小，即“打早、打小、打了”。

森林防火工作需要采集、管理的数据类型非常丰富。包括视频采集设备获取到的视频信号、扑火队伍之间的电话或对讲机音频、指挥员需要了解火场地形地貌的地图数据、车辆人员定位的位置信息、火场环境状况等等信息。这些信息分别以不同的形态产生、用不同的方法获取、在不同的载体上存在，并以不同的格式传输管理。

区域分布的分散，尤其是在环境恶劣、地形复杂的区域，形成信息通信传输困难；信息类型与格式上的分散，也加剧了信息统一整合管理的难度和复杂度。两者为构建信息化系统制造了巨大的客观限制。

森林火灾是个剧烈变化的过程，扑救指挥中的数据信息也具有很强的动态性，各类数据信息必然随着过程的推进，不断更新。例如描述火场态势的过火面积、火烧迹线、队伍位置、物资损耗等数据在较短的时间内大量产生，描述周边环境的音视频、气象因子等数据也在不断变化。

在实际的扑救指挥中，只有获取动态、实时、准确的信息，才能有效支撑科学决策。相反，静态、滞后的信息不但没有意义，而且具有很大的危害。

3 基于火场感知的实战指挥平台特点（见图1）

3.1 多网融合支撑一体化神经系统

一个具有活力和卓越能力的人体，必然是具有统一人格、统一思维、完整神经系统的有机整体。森林防火实战指挥平台也以建立一体化的神经网络系统为目标，将数据采集、传输、分析处理、指令反馈等各个环节有机整合。火场前线多源数据采集就像是感知环境的神经末梢；终端应用的信息接收与处理类似神经元；融合统一的通信链路构成了神经网络；指挥调度平台就承担了大脑的角色。

森林防火一体化神经系统能够不断的自我成长或者进化。系统的升级体现在三个方面：（1）火场感知信息，判断处理后自动触发后续服务应用，缩短应急响应周期（形成膝跳反应或条件反射）；（2）具有融合新技术、新网络、新数据格式的能力（系统自我学习与升级）；（3）后端的指挥调度平台在今后的实际工作中逐步形成用户个性化的运行模式，符合用户实际管理与操作规范（形成思维模式与人格完善）。了解构成火场态势各类动态数据，是准确判断火情发展趋势的必要条件，更是森林火灾扑救指挥的基础。所谓火场感知，就是通过各种技术手段和途径采集数据。火场感知是森林防火预警及指挥的客观依据，缺乏感知，就无从判断。

火场感知（见图2）信息由几大种类构成：视频信息、音频信息、位置信息、环境信息、以及其它相关信息。

视频具有直观、信息量大的特点。对于灾害应急的处置，决策与参与人员最希望获得的就是视频信号。视频信息将通过固定监控点、单兵背负、无人机带载及视频会议终端分别获得。实现从局部到全局、有平视到俯视的多角度观察。

图1 业务拓扑图

图2 火场感知系统

图3 多网融合通讯

音频交流是人与人之间最直接、最有效率的沟通方式。我们一方面将手机与对讲机互通，并整合到指挥系统中，让对话在系统内完成；另一方面通过语言合成，将系统传递的文字内容通过语言传达，简化前线人员的操作。

位置信息包括人员物资的位置信息和火点火线的位置信息。系统通过实时定位，获知移动目标的轨迹、分布，了解火场动态；前线人员亦能够通过手持信息终端，标绘火烧迹线等数据信息，标注火场态势。

环境信息包括温度、风向、风速等气象因子和危险气体含量等环境数据，前线人员的生命体征数据获取，以及区域内的高压线、重点仓库、危险源、古树名木等敏感高危设施分布。系统借助专业传感器技术，可通过穿戴式设计与装备、服装结合，实时监测环境数据；后端信息系统检索高危重点设施，主动推送提醒。

3.2 网络动态覆盖

网络通信是阻滞森林防火信息系统建设的最大瓶颈。公共无线网络在山区、林区的覆盖率很低，尤其是人口密度很低的区域。超短波电台的自组网络，是各级防火部门和队伍之间的线状或网状的分布，更加无法实施全覆盖。大多数的视频监控是点对点的微波传输，仅传播视频及相关的控制信号，不能承载其它信息的传送。卫星网络的传输，成本过高，不能按需使用。

如果在特殊要求下，临时性的解决某个区域、某点的网络通信问题，现有的技术可以做到，但是若要实现全面信号覆盖，则成本过高，可行性不大。解决问题的目标是：（1）当需要在某个区域实行网络通信时，网络已经具备或可以在很短的时间内构建；（2）不同协议、不同介质的网络能够协调一致，提供全面的信息数据传递。

通过设计全新的前线指挥车或移动指挥所的建设，实现上述目标。如果说指挥中心是神经系统的“大脑”的话，前线指挥车的功能要大于一般意义上的“脊髓”，它不仅负责将全局各类感知信号汇集输送至大脑，并将多种网络融合管理，针对前指态势实施指挥调度。

以指挥车为中心，利用4G网络协议，构建火场自组网络环境，实现电脑及智能终端之间的通信连接，实现火场的动态覆盖；利用北斗定位通信系统，实现移动目标的定位及位置信息回传；车载电台基站联系对讲机的音频对话；利用3G等无线公共网络，实现指挥车与指挥中心系统的联系与交互；在没有任何公网覆盖区域，考虑通过卫星通信网络将必要信息回传指挥中心；指挥中心负责将接收到的各类信息通过传统的IP网络，发布共享给不在前线的其它相关部门、人员（见图3）。

3.3 综合数据管理

火场感知系统获取到数据门类众多，格式各异；数据采集手段及传输方式不同；并且数据实时更新，大量产生，所以必须建立统一的综合数据管理平台，将数据集中整合，分析处理后分散应用。

首先，将不同格式的多媒体信息、相关数据、文字信息统一管理，以基础地理空间数据为依托，构建空间属性一体化的数据库系统，实现动态数据与空间位置紧密关联。其次，应实现不同对象、不同设备之间的数据流动，这包括基础数据对于终端的支撑共享；不同队伍、单兵之间的传递；指令的下达分发等。最后，统一的综合数据平台设计，应支撑更多数据分析处理、更多功能应用与扩展。

3.4 应用载体多样

现在信息系统的应用载体已经不仅仅局限于电脑或笔记本。更多的智能终端可以承担数据的接收与处理能力，这也为火场一线与指挥中心的数据交互，进而实现信息系统有效的支撑前线提供了条件。这种应用层级与架构上的改变，也要求我们在系统设计上做出相应的改变。在数据集中且通信保障的前提下，将更多的分析、运算、数据处理、应用服务应用部署在指挥中心后端，构建全局的信息门户与应用服务的“云端”；针对个人或局部的应用，提供更加细小的“功能颗粒”，将其部署在手机、PDA、车载模块等载体上。力求做到功能单一、有效、简便。