全天候空天地森林防火监测平台

李 维，郑 晖，徐伟刚

（江西华宇软件股份有限公司，江西 南昌330096）

在森林草原防火工作中，为了贯彻落实“森林防火，预防为主”的方针，林草部门不仅要负责火灾的预防工作，还应要承担火情早期处理职能，因此，应加强公共安全科学研究和技术开发，采用先进的预测、预警、预防和早期处置，第一时间发现火情并及时进行处理是非常重要的[1]。通过建立“全天候空天地”一体化监测，利用遥感卫星、航护机、无人机、视频监控、超远程烟雾探测、瞭望塔、北斗终端结合护林员形成全天候立体化的监测网络[2]。依托搭建的监测平台，做到一体化监测、预警，扁平化信息传输，建立和完善联动协调制度，从而实现覆盖区域内发生火情，都能在最短的时间内得到处置。在核实火情之后，系统可同步显示火场周边气象信息，地形、扑救部署等信息，并及时通知有关单位组织人员进行早期处置，做到“早预防、早消灭”。

1 技术路线

如图1，“全天候空天地”一体化监测的技术路线充分结合3S（RS、GIS、GPS）、物联网、大数据和人工智能等前沿技术手段，集成了卫星热点监测、无人机巡护、超远程烟雾探测、视频监控、护林员巡护等多种方式，从而实现“空、天、地”一体的森林防火监测预警效果，达到对森林火灾进行早期预防的要求[3]。

2 关键技术

“全天候空天地”监测是利用“空、天、地”等多种手段，结合森林防火监测预警的需要，全方位的对重点火险区的森林早期火灾进行有效的预防管理[4-5]。

2.1 卫星热点

卫星热点监测火情具备全天候的优势，系统自动接收多种来源的卫星热点数据，包括国家应急部提供的卫星热点，和葵花8号卫星热点，自动上报到平台，并将发现的疑似火源，快速分发，快速落实，及时反馈，从而实现有效的火情监测。

图1技术路线Fig.1 Technology roadmap

2.2 航护机与无人机

结合GIS技术，叠加高精度的卫星影像数据，制定巡护路线，利用航护机及长续航无人机在重点防火期对重要森林资源区进行火险侦测和日常巡护，并将发现的火情告警通过移动互联网上报到平台，实现早期的火情侦查和预警[6]。

2.3 视频监控

通过安装高清视频监控或双光谱视频监控相机，构建视频监控网络，对重点林区及人员聚集结合部进行实时监测，利用可见光烟火识别技术和红外热成像技术进行火情分析研判，同时结合人员巡护、地面瞭望，做到火情核实及处置[7-8]。

2.4 超远程烟雾探测

通过安装超远程烟雾探测设备，基于光谱分析技术，对烟雾粒子进行光谱分析，可实现全天候，超远距离的烟雾探测，实现火情的监测预报。

2.5 全天候监测平台

全天候监测平台是系统的核心，既是数据接收处理分析平台，又是指挥决策扑救平台，利用监测平台统一接收卫星热点、飞机巡护、视频监控、超远程烟雾探测设备等采集的数据，并对这些信息进行有效的管理和分析研判，及时发现火情，一旦判定为火情，就会自动推送到地面巡护人员、网格员的手持终端，经核实反馈之后，同步显示火场周边气象信息，地形、扑救部署等信息，并根据采集的数据进行林火态势分析，而且还能做到通知有关单位组织人员开展疏散周边群众的工作[5]。

2.6 护林员巡护系统

利用“互联网+多终端”的模式，在“人防”的基础之上利用信息化手段进行“技防”，依托于监测预警平台获取的各种监测手段得到的火情信息，通过扁平化的方式第一时间下发至基层护林员的移动终端上，通过APP及时指导护林员前往疑似火源地实地核实与反馈火情信息。同时，护林员也可以将日常巡护过程中发现的火情通过APP上报到平台，也能作为一种有力的预防方式。

3 功能设计

3.1 系统管理

包括系统设置及用户统一认证管理，提供了灵活的菜单配置功能，使用户可以根据自己的习惯和需要定制系统界面，而且还能对用户的使用权限和密码进行管理，支持用户在线状态查看，用户账号禁用等。

3.2 地图服务

可实现自由缩放和漫游操作，系统根据缩放级别显示最佳比例尺的地图数据，提供二三维浏览；可在地图上方便地进行距离和面积的量算、查询和定位，可叠加标准的WMS/WMTS地图服务；在三维电子沙盘上，将山体、道路、河流以直观表现。

3.3 防火专题数据管理

包括林相图和林班的显示和渲染，在图上点击即可查询相应的小班和森林资源信息，并可进行小班信息的统计计算，可实现专业森林消防队、乡镇扑火应急队、物资储备库、瞭望台、前端视频监控点、火险因子采集站、防火无线通信基站、主要生物防火林带、大型防火宣传牌、区防火指挥中心、其它危险及重要设施等管理。

3.4 火情管理

能够及时接收视频监控、超远程烟雾探测、飞机巡护、护林员上报的火情信息，实现火点定位，火情跟踪，自动生成报表和报告；能够以气泡标注的形式展示火点的详细信息，如火点的经纬度、火点距离、火点方位、所属区域、上报人、详细地址、图片等；同时具有屏蔽区管理的功能，对于已知的一些热源，如工厂烟囱、发电厂等，可以对其进行屏蔽设置；支持火情查询、导出操作，可一键导出火情信息表及图片数据。

3.5 热点管理

可自动接收国家林草局发布的卫星热点和葵花8号卫星热点，并快速分发，也支持手工导入标准的热点文件，以不同图标显示热点状态和热点类型，支持基于热点的火情初判和周边扑火资源的调度分析，可以快速计算出到达火灾现场的最佳路径，查找最近的扑救力量，支持热点一键分享。

3.6 林火蔓延模拟

结合地理信息系统技术，根据火点的经纬度，可获取火点位置的地形地貌、林火资源分布状况、可燃物种类与性质、隔离带（防火林带、防火线、道路、河流）、气象（风力、风向、晴雨天气状况）等数据，根据林火蔓延模型动态计算，自动生成林火发展态势，可向决策者提供林火区位、蔓延速度、火场扩展趋势、火线强度等重要的火灾行为数据，使指挥人员可预判到未来一段时间内林火蔓延的趋势和发展情况，为扑救部署和指挥调度提供参考[9]。

3.7 跟踪定位

结合了北斗、GPS技术、无线通信技术(3G/4G/5G)，对携带了定位终端的消防车辆和人员进行跟踪定位，实时监测其所在位置，便于决策者随时进行指挥调度；系统支持轨迹查询、回放，可根据选择的时间和用户，查看历史轨迹并进行回放。

3.8 视频监控

能够查看所属权限内的林火视频监控点，并可实现云台操控、镜头变倍等操作，能够自动接收报警并定位显示，可将连续报警进行合并处理；能够实现监控点的监控覆盖范围和可视域的显示，支持云台定位；支持地图反控，用户点击地图某个区域后联动云台转动到对应的位置；支持监控点分配管理，给指定人员分配可查看的监控点位。

3.9 林火定位

在现有DEM数据的基础上，根据监测到火点的云台所在位置及其水平角和俯仰角，自动计算出火点所在位置和海拔高度，在地图上定位火点。

3.10标绘和模拟演练

标绘和扑火过程模拟推演是对某场森林火灾，从火灾发生到组织扑火和火场变化等过程的动态模拟，以地图显示、符号动态标绘为手段，其关键的技术是实现态势的标绘和态势标号的动态显示以及时间顺序的控制。

3.11火灾损失统计

根据火灾过火面积、林班林木种类的价值等数据计算火灾损失，并能够将计算结果以多种图表样式进行直观的显示，并生成报表。

3.12统计报表

可以对本系统关联的数据库中的数据进行统计计算，如告警信息、卫星热点、火灾信息以及火灾损失的统计等，并生成各种统计报表。

3.13火险监测预警

系统综合多种监测预警手段，包括飞机巡护、卫星热点、视频监控、超远程烟雾探测等多种方式，同时系统还接入了实时气象数据、配合地形地貌、森林资源数据、可燃物因子等，根据火险预测预报模型可将火险预报显示在地图上，做到实时收集、查看气象数据，叠加森林火险等级图，从而实现森林防火监测预警预报功能。

4 系统开发

如图2，系统采用了windows ribbon风格界面，按功业务流程对功能进行分组，使应用程序的功能更加易于发现和使用，既可以缩短学习成本，又能提高工作效率。

图2系统主界面Fig.2 Main interface of the system

5 结束语

目前，我国森林防火事业依然严峻，防火管理水平仍有待提高，在现有的技术手段无法满足管理者需求的情况下，本系统通过在多个省市进行调研分析，综合考虑了用户反馈的实际需求，最终设计开发完成，不但市场前景良好，而且通过该平台的建设，将提高建设地区的森林防火水平，提高森林火灾防控能力，增强建设地区全民森林防火意识，更进一步促进森林防火效能的提升，减少森林火灾发生隐患，保护好区域森林资源，地方特色旅游资源，促进森林生态旅游业发展。