浅谈森林防火监测系统的设计与实现

2016-07-31黄日升

花卉 2016年16期

关键词：监测点火灾森林

黄日升

（上杭县林业局）

浅谈森林防火监测系统的设计与实现

黄日升

（上杭县林业局）

森林被人类称之为地球之肺。森林可以起着美化空气，调节气候，改善生态环境的作用。由于注重经济利益，人们大量砍伐树木，造成了我国森林面积的减少，但是随着和谐社会和生态社会理念的深入，人们开始注重对森林的保护，乱砍乱伐现象已将有所改善。但是，森林资源的保护，不仅仅在于乱砍乱伐现象的禁止，还要注意到森林火灾现象的发生。每年国家会因森林火灾而减少的森林面积占全部的1/5。因此，做好森林的防火控制也是很重要的。本文主要是对森林防火检测系统的设计和实现进行探讨，希望为森林防火事业做一份贡献。

森林防火；检测系统；系统设计；系统实现

森林是地球的宝贵资源，往往存在着不定的人为因素或是自然因素造成森林火灾的发生，给森林生态系统造成破坏，也损害了国家和人民的公共财产安全。森林防火工作是一项长期的、艰巨的任务。传统的森林防火监测存在着诸多缺陷，比如山地里实时监控太难、数据信息分散也不易归档记录，应急措施不能及时等。随着科技的进步，人们将科学技术运用到森林防火监测上，比如，3S技术，Agent技术等，都可以大大提高森林火灾的监控力度，及时救援，最大限度的避免损失，保护森林资源。

1 森林防火现状

近几年，由于全球温室效应，臭氧层的空洞，厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生，使得国内森林火灾的发生呈上升趋势。各处多森林的省市皆致力于森林防火监测系统的设计和开发，像云南昆明丽江就使用的是基于GIS的森林防火信息系统，主要作用在于火灾的扑救和指挥。森林防火的技术在不断向前发展，从人工向信息自动化过度，其中应用最广的就是3S技术。主要就是利用RS进行森林火灾的监测，利用GIS进行火灾情况的收集、分析和处理，利用GPS进行火灾定位和火灾的最佳路线以及测算火灾的面积。现代森林防火较传统森林防火是有不同的，它将保护对象从乔木扩大到整个森林生态系统，改变了防火工作的内容，对于不同的森林，进行不同的防火工作，因地制宜，追求森林防火的整体功能[1]。

2 森林防火监测系统的设计

2.1 需求分析

2.1.1 应用需求

森林防火监测系统的设计，主要就是基于卫星遥感系统和森林当地的地理信息数据库，采用VB、Acess，使用3S和MapObjects进行再次开发，设计出可以进行自动、全方位、全天候和连续的森林防火监测系统，进行监测和分析，同时发布警报消息。之前仅仅是利用气象卫星传感监测森林林火，这样的话所能得到的数据大多是森林火灾区的经纬度，更详细的位置是无法确定的，但是如果与GIS相结合，那么就可以更准确的进行火点定位。

2.1.2 功能需求

对森林防火监测系统的功能需求，主要是以下几点，极轨气象卫星能实时接收数据并扫描卫星云图进行自动反馈；能自动判定火点的经纬度、火点类型和火点的面积大小等；自动依据经纬度查找火点周边的城市、地形地貌、最近的消防局和最佳的到达线路并生成图形以供使用。这样归纳起来就是8个功能板块，分别是安全预警板块、生态安全板块、应急预案板块、设施管理板块、数据中心板块、技术服务板块、基础设置板块以及人员管理板块。

2.2 设计原则

森林防火监测系统的设计原则有5个，分别是安全、实用、操作简便、稳定和使用技术优良原则[2]。

2.3 系统组成和流程

森林防火监测系统的组成分为以下几部分：①前端基站；②中继站；③交换机；④服务器；⑤后端的森林防火监测系统操作平台。其结构图和流程图如图1～2。

图1 森林防火监测系统的结构图

2.4 系统功能的详细设计

上文提到本文所设计的森林防火检测系统总体有8个系统功能，下面对重要的功能进行详细介绍。

2.4.1 安全预警

图2 森林防火监测系统的流程图

安全预警这块设计了6个功能，如下：

（1）实时监管指的是对对森林全天候、无间断的监控，包括当天值班的工作人员、显示监控数据等。

（2）事件监管指的是对发生火灾事件，领导小组所做的行动实时监控，另一面是对往来发生的火灾事件进行记录保存。

（3）预警信息指的是某个监测点所反馈的警告信息，包括有监测点所处的位置、监测点的名称、监测点报告的时间、监测点所反馈的内容。

（4）预警短信指的是向森林周边居民所发出的官方名义的火灾风险警告，提醒大家注意用火和防火。

（5）移动视频指的是可以实时查看每个监测点的视频信息。

（6）联动信息指的是未发生火灾时，各级单位在森林防火中所承担的职责记录；发生火灾时，各级单位共用一个通信频道，进行分工，实时报告情况，进行抢险[3]。

2.4.2 生态安全

生态安全这块有4个功能，分别是：

（1）安全评估，安全评估是指对森林片区进行详细综合的评价，按照森林片区的面积，进行定点温湿度测评，给出火灾的预警级别信息。

（2）气候信息，气候信息指的是通过专有的信息渠道向当地气象中心来获取气象信息，并在系统首页上显示，每15min更新一次。

（3）林区气候，林区气候由监测点进行测量，并传输到操作中心。

（4）林区空气，林区空气也由监测点进行测量，有温度、湿度等信息，并传输到操作中心。

3 系统的实现

3.1 选择硬件平台

3.1.1 森林火灾基层监测点的硬件平台

火灾基层监测点主要作用就是实时监控所监控的划分区域，完成预警工作。

首先，可以建立视频监控系统，确保视频图像的采集和摄像实时监控工作。主要的硬件设备可以是重型数字万向云台、低照明度的摄像机、视频服务器、网络交换机，还有无线网桥和卫星设备。运作过程主要是摄像机所拍摄的图像通过视频线连接到视频编码的终端，视频编码的终端又与云台相连接，编码后通过无线网桥与交换机相通，将视频图像显示到总操作监控中心进行信息反馈和处理。详细就是视频监控系统将监控区域纳入摄像范围，这需要卫星遥感的帮助。监控中森林各地貌和物种以不同的图像呈现出来。在图像上人们以不同的颜色和深浅来辨别不同的事物。如若发生火灾，颜色就会出现变化，信息就会即刻报告给监控中心，管理人员就会通过GPS定位马上确定火灾地点，采取扑救措施。

另一面，可以建立基本的瞭望台。在古代，瞭望台就是存在的，人们以烽火狼烟传递信息。随着时代的发展，人们在瞭望台上进行着更迅速的传递。瞭望台的建立起监测和预警双重作用，它的建立比较简单，所含高科技不太多，非常适宜在基层的林区遍布[4]。建立位置一定要高，这样的话一旦发生火灾，管理人员就会立刻发现，拉动瞭望台上的警铃，或者通过电脑和电话告知抢救人员，展开扑救行动。

3.1.2 森林火灾监控中心的硬件平台

森林火灾监控中心的监控系统主要由计算机、GIS、网络交换机和无线线缆组成，完成一系列的任务和监控。像接收监测点所传回的视频信息、数据信息和语音信息的网络化处理，对图形进行分析和对比然后决策等[5]。运作过程是监控中心通过无线网桥把数据信息传送到交换机上，编码器进行解码还原最初的图像并显示到总台计算机上。

3.2 系统实现

以重庆森林防火监测系统为例。

图3

图4

本文设计的森林防火监测系统实现后可进行监测、预警等多样功能。所具有的独特特点在于远程监控过程中可以直观的看到森林的状态，以便能及早的发现火灾，另外远程监测点的建立使得火灾现场的图像及时传回系统中心，以便系统工作人员及时安排相关事宜，展开扑救工作。同时，森林防火监控中心利用并运用CDMA网络控制远程的设备，可以全程记录下火灾的发生状况，为之后的修复和预防提供了宝贵的资料[6]。