面向森林火灾现场灾害信息快速协同感知技术研究

李 颖，李晓萌，陈 雨，逯宛珍，司博章

（北京时代凌宇科技股份有限公司，北京 100012）

0 引言

森林是动植物赖以生存的家园，是人类生存发展极其宝贵的自然资源之一。近年来，随着气候变暖和极端天气增多，全球进入了森林火灾高发期。森林火灾具有突发性强、破坏性大、危险性高的特点，是发生最频繁、处置最困难、危害最严重的自然灾害之一，给生态系统和人们的生产生活造成了极大的破坏[1]。

森林火灾因其发生、发展的路径、影响、结果均具有相当强的不可预测性，现场应急处置主要采用信息驱动的“情景-应对”策略[2]，它是一种资源约束、时间约束下的特殊决策过程，需要及时获取准确、全面的灾害现场信息、发展态势及应急动态，否则很可能会差之毫厘、谬以千里。因此，信息是应急处置中的瓶颈，在难以预测事态趋势时，需要快速、全面地获取森林火灾态势并跟踪应急动态，以支持高效、科学的决策行动[3]。然而，在当前面向森林火灾现场的应急处置过程中，现场信息快速协同感知、融合与集成展示仍然与实际需求存在较大差距[4-5]，具体有以下表现。

（1）物联网协同感知是面向森林火灾现场应急处置信息获取的重要途径，但是目前缺乏物联网跨领域、分层次信息融合和感知研究，因而难以实现信息综合感知与融合协同认知分析研究，无法为森林火灾信息提取和分析提供快速、全面 的数据支撑。

（2）在森林火灾应急管理领域，不同的系统在硬件环境、操作系统、文件系统、数据库、数据结构等方面不尽相同，各类异构系统日益增多，数据也呈现多源、异构特征。而开放式灾害信息松耦合集成是针对多源、异构灾害信息集成需求以及全过程灾害信息融合与展示，国内外研究机构研发了基于物联网泛在接入、多种传感器协议适配的开放平台，但是目前缺乏针对深度纵向覆盖的行业应用平台。

因此，为解决森林火灾现场应急处置中的瓶颈问题，本文以物联网共性支撑平台为基础环境，构建集前端感知信息、专业信息、地理信息于一体的森林火灾快速协同感知系统，实现地理数据、救援资源、环境气象、气体数据、植被覆盖及视频数据等的快速感知和查询，并进行信息融合与集成展示。

1 研究目标

本文以物联网共性支撑平台为基础环境，基于开放式多源灾害信息松耦合集成技术，研究并构建森林火灾快速协同感知系统。一方面，将从共性层面解决森林火灾现场多源信息快速协同感知、融合与集成展示，这些问题的突破将显著提升面向现场应急处置的森林火灾快速协同感知能力，为形成“优化、协同、高效”的应急能力体系提供重要的技术支持保障；另一方面，将建立一个森林火灾现场信息获取、融合与集成展示的服务环境，保障灾害监测数据的“可知、可查、可视”，为形成上下联动、平战结合、协同感知、反应灵敏、统一指挥的应急管理体制奠定基础，最终为北京建设国际一流和谐宜居之都、国家京津冀协同发展战略实施提供强大的城市安全保障。

2 森林火灾快速协同感知协同系统

2.1 系统业务流程

发现火灾后，在系统中录入警情信息，定位火灾事故位置，根据事故位置分析周边资源分布情况，并查看事故点周边道路、植被覆盖、客流量、气象和气体情况，为灭火行动提供相关数据从而辅助决策。同时，后台指挥人员可随时在GIS地图上绘制出景区范围内所有视频探头Poi点，针对视频Poi点多的情况，可以通过离线搜索功能，搜索要查看的视频探头名称，查询结果在下列列表中展示，选中某一视频并双击，则自动定位到视频Poi点所在的位置，双击Poi点可实时预览视频画面。

2.2 系统功能设计

森林火灾快速协同感知系统主要实现展示、统计及检索功能，具体包括边道路分析、救援资源统计、景区降雨量统计、植被情况展示、客流量统计、地质灾害统计、现场视频展示、遥感影像分析、全文检索、资源图层及业务操作等。系统界面如图1所示。

图1 森林火灾快速协同感知系统界面

2.2.1 展示功能

展示功能主要包括周边道路展示、遥感影像展示以及多路视频展示。

（1）周边道路展示。对接百度在线地图，分别以混合图/矢量图的形式进行展示，用于查询火险区域周边道路，查看道路拥堵情况。

（2）遥感影像展示。系统对接高景一号卫星遥感影像、谷歌地球高清卫星影像，同时加载全国12.5 m高程DEM数据，更加直观生动地展示三维遥感影像。

（3）多路视频展示。实时展示火险区域内高清摄像头监控视频，实现四路视频定时轮播，多路视频时则滚动播放。

2.2.2 统计功能

系统统计功能主要完成对火险区域内救援资源、降雨量、植被（乔木、灌木）、客流量及地质灾害等信息的统计，并以饼图、柱状图等形式直观展示。

（1）救援资源统计。分类展示火险区域内目前配置的救援人员、消防人员、救援指挥车辆、灭火弹、灭火风力机等不同救援资源的类型和数量。

（2）景区降雨量统计。系统对接气象局平台，并且定时从气象局平台上抽取数据并分时段展示火险区域内降雨量情况。

（3）植被情况。对火险区域内的乔木和灌木进行数量统计，并以饼状图的形式展示统计结果。

（4）客流量统计。系统对接火险区域内闸门数据，按1 h间隔对8时～18时内客流量分别以柱状图或折线图的形式展示统计结果。

（5）地质灾害统计。对火险区域内的山体滑坡、森林火灾、暴雨、地震、泥石流等自然灾害进行统计，并以雷达图的形式进行展示。

2.2.3 检索功能

检索功能主要有全文检索、资源图层模块以及业务操作模块。

（1）全文检索。全文检索包括在线POI检索和离线资源检索。在线POI检索是对输入的关键词进行查询，根据用户选择的查询结果自动定位到卫星地图的目标位置处。离线资源检索则针对接入系统的本地资源信息，如救援人员、救援车辆、固定式气象站、视频探头等，根据关键词自动定位至遥感影像的目标位置处；同时，在目标位置处还可通过气泡面板或详情面板查看本地资源的实时监测指标。在此基础之上，固定式气象站资源还增加了图线展示功能，对温度、湿度、硫化氢、氯气、甲烷、二氧化硫、气压、风速8种环境指标的实时监测数据绘制曲线，从而更加直观地展示火险区域内环境信息的变化，如图2所示。

图2 环境气象数据监测

（2）资源图层模块。资源图层模块以树状列表的形式展示目前已接入系统的各类资源，包括救援人员、救援车辆、视频探头、气象站、学校资源、基础设施、道路、建筑等。用户可以单选或者多选其中的资源，在气泡面板或者详情面板中查看各项监测信息。

（3）业务操作模块。业务操作模块可实现报警信息录入、资源空间分析、周边资源查询以及历史信息查询。

报警信息单录入界面包括报警人基本信息、报警事件、火灾位置及火势描述等。其中，地址搜索功能可以根据关键词搜索火灾位置，并自动在地图上定位搜索结果。此外，取坐标功能可以搜索结果自动获取火灾位置的经纬度值，实现准确定位。

资源空间分析实现在地图展示界面上绘制任意矩形框，并从资源推荐列表选择一种或者多种资源，可清晰直观地查看不同资源的分布位置和各类资源的监测信息，如图3所示。

图3 资源空间分析

周边资源查询实现在限定的1 km、3 km、 5 km范围的资源查询，系统可根据用户选择的搜索范围和资源类型，在地图展示界面叠加多种资源并查看不同资源的监测信息。

历史报警信息列表可查询3 h、6 h、12 h、 24 h内记录的报警事件，当报警信息单超过10条时，信息单将会循环滚动展示。

3 结语

本文以森林火灾现场应急处置作为典型事件，通过研究面向森林火灾现场灾害信息快速协同感知技术，建立了森林火灾快速协同感知系统，完成森林火灾突发事件现场快速、准确、全面的信息获取，形成森林火灾前端感知信息、专业信息、地理信息等多源信息有机结合的立体监测系统，为森林火灾现场应急处置中科学、高效的决策分析奠定了数据基础。