智慧林業(yè)森林防火方案探討

謝冬梅 宋欣慰

摘要：森林火災(zāi)因?yàn)榫哂幸馔庑源蟆⒏呶ｋU(xiǎn)、破壞性強(qiáng)、不確定因素較多等因素，是沒處置難度最大，危害最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，發(fā)生頻繁，對森林資源安全和生態(tài)文明建設(shè)構(gòu)成了及大的威脅。依據(jù)國家林業(yè)局《全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，全面支撐引領(lǐng)林業(yè)現(xiàn)代化數(shù)字建設(shè)，緊貼林業(yè)改革發(fā)展、森林資源保護(hù)等各項(xiàng)事業(yè)，推動“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)字林業(yè)建設(shè)。基于此，本文主要通過側(cè)重林業(yè)信息化管理中的新技術(shù)運(yùn)用和建設(shè)中的智慧森林防火系統(tǒng)解決方案進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：智慧林業(yè);視頻聯(lián)動系統(tǒng);森林巡護(hù)系統(tǒng)

Abstract：Forest fires are unexpected， destructive， dangerous and uncertain. They are one of the most frequent， difficult to deal with and most harmful natural disasters in various countries and regions. They are the greatest threat to the achievements of ecological civilization construction and the security of forest resources， and even lead to ecological disasters and social crises. According to the "13th Five-Year Development Plan of National Forestry Informatization" issued by the State Forestry Administration， we will fully support and lead the digital construction of forestry modernization， closely follow the forestry reform and development， resource protection， ecological restoration and other undertakings， and vigorously promote the forestry construction of "internet plus". Based on this， this paper mainly discusses the application of new technology in forestry information management and the solution of intelligent forest fire prevention system in construction.

Key words：Wisdom forestry;Video linkage system;Forest patrol system

隨著信息技術(shù)的應(yīng)用，信息資源逐步成為智慧林業(yè)發(fā)展的重要因素，信息技術(shù)在發(fā)展和應(yīng)用中，也起到重要的凸顯作業(yè)[1]。

1 智慧林業(yè)森林防火介紹

1.1 森林防火背景

2009～2018年我國森林火災(zāi)發(fā)生頻度整體呈下降趨勢，2011年以后我國的森林火災(zāi)特征存在一個顯著的轉(zhuǎn)折，即由重轉(zhuǎn)輕。2018年我國共發(fā)生森林火災(zāi)2478起，較2009年降低了6381起，森林火災(zāi)次數(shù)大幅下降。

1.2 森林防火現(xiàn)狀和問題

1.2.1 黑龍江森林資源豐富

森林火災(zāi)危險(xiǎn)性高、持續(xù)時間長、處置難度大，危及人民生命財(cái)產(chǎn)嚴(yán)重、森林資源破壞性強(qiáng)，極易引發(fā)生態(tài)災(zāi)難[2]。

1.2.2落后的傳統(tǒng)防火指揮手段問題日益突出。

一是林內(nèi)可燃物多，冬春季節(jié)風(fēng)大物燥，極易引發(fā)大的森林火災(zāi)。二是森林旅游已成為人們回歸自然的一種時尚，野外生產(chǎn)生活用火頻繁，火災(zāi)隱患增多，管理難度大。三是一些地方農(nóng)村基層矛盾突出，引發(fā)的森林火災(zāi)案件增多，故意縱火案時有發(fā)生。

2 智慧林業(yè)森林防火架構(gòu)與管理

以利用全新的現(xiàn)代信息技術(shù)為核心，搭建一種智慧化發(fā)展的長效機(jī)制，實(shí)現(xiàn)林業(yè)高效發(fā)展[3]。

2.1 智慧林業(yè)森林防火的架構(gòu)

2.1.1 信號采集

通過高空瞭望系統(tǒng)、一體化云臺攝像機(jī)、煙溫感攝像機(jī)、高清球機(jī)等采集設(shè)備進(jìn)行信息收集。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸

可利用微波傳輸、5G無線傳輸、光纖傳輸?shù)确绞酱罱▊鬏斊脚_。

2.1.3 設(shè)備供電

采用就近接取市電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能供電等多種方式。

2.1.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用

通過對采集圖片等數(shù)據(jù)的合成，GIS應(yīng)用等，觸發(fā)聯(lián)動報(bào)警，及時采用應(yīng)急、救護(hù)手段。同時可以進(jìn)行智能化分析，在火災(zāi)發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)警。

2.2 智慧林業(yè)森林防火系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)

森林防火三級網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)支持省、市、縣三級聯(lián)網(wǎng)功能，可以設(shè)定權(quán)限，上級具有優(yōu)先控制權(quán)限，本級只允許查看轄區(qū)內(nèi)的視頻圖像。

最高權(quán)限：具備權(quán)限管理、林火預(yù)警管理、MSS管理、云存儲管理、鏡頭控制、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、錄像管理、視頻預(yù)覽管理、視頻分組管理、區(qū)塊鏈存儲技術(shù)、AI視頻管理、巡航管理、防火事件管理、氣象管理、應(yīng)急響應(yīng)管理等功能;

包含本級及區(qū)縣級權(quán)限：包含網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件（市級）、森林火情熱點(diǎn)反饋及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、護(hù)林員信息管理系統(tǒng)、空間基礎(chǔ)（矢量）數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像、數(shù)據(jù)處理與入庫、三維Web-GIS平臺、數(shù)據(jù)庫企業(yè)版、森林防火綜合管理平臺;

具備本地管理權(quán)限：可查看轄區(qū)內(nèi)整體的資源狀況以及轄區(qū)內(nèi)下各個級別的數(shù)據(jù)，也可細(xì)化到小班級別，各區(qū)縣根據(jù)平臺權(quán)限，可添加、刪除、以及更新轄區(qū)內(nèi)防火資源數(shù)據(jù)。

2.3 智慧林業(yè)森林防火目標(biāo)和建設(shè)步驟

2.3.1 制定標(biāo)準(zhǔn)要求高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格、高回報(bào)、低投入;

2.3.2 方案論證要求多重驗(yàn)證、樣板測試、效果評估;

2.3.3 設(shè)備選型要求統(tǒng)一型號、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備成熟、服務(wù)保障完善;

2.3.4 系統(tǒng)招標(biāo)要求建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)算分析、產(chǎn)出評估;

2.3.5 分布實(shí)施要求階段驗(yàn)證、管控演練、客戶服務(wù);

2.3.6 效果評估要求數(shù)據(jù)情況、應(yīng)收占比、社會評估。

2.4 智慧林業(yè)森林防火管理架構(gòu)

以一個中心，三層平臺進(jìn)行搭建，一個中心指林業(yè)指揮中心，三層平臺為智慧應(yīng)用平臺、智慧林業(yè)平臺、基礎(chǔ)設(shè)施平臺，來實(shí)現(xiàn)更深入的分析和管理，更全面的互聯(lián)互通，更透徹的感知。

3 ?智慧林業(yè)森林防火解決方案

3.1 智慧林業(yè)森林防火面臨的問題

3.1.1無法聯(lián)動

視頻監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、電子地圖定位沒有形成聯(lián)動，無法形成報(bào)警、視頻監(jiān)控和城市地圖定位的聯(lián)動系統(tǒng)。

3.1.2 缺少多級平臺管理

無法實(shí)現(xiàn)基層單位使用的基礎(chǔ)平臺與總部使用的指揮平臺聯(lián)動，形成實(shí)時出警和指揮的預(yù)案機(jī)制，避免惡性事件發(fā)生。

3.1.3 基礎(chǔ)報(bào)警布局不完善

基礎(chǔ)監(jiān)控布局日益完善，但是基礎(chǔ)報(bào)警觸發(fā)點(diǎn)布局嚴(yán)重缺乏，沒有形成實(shí)時報(bào)警、實(shí)時定位、實(shí)時視頻聯(lián)動、實(shí)時調(diào)度指揮。

3.2 智慧林業(yè)森林防火設(shè)計(jì)理念

3.2.1 業(yè)界領(lǐng)先

領(lǐng)先的智慧林業(yè)防火安全指揮平臺設(shè)計(jì)理念，基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用模塊化架構(gòu)，進(jìn)行統(tǒng)一的平臺管理[4]。

3.2.2 智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

城市級平臺和基層平臺級聯(lián)綜合管理、防火安全指揮、大數(shù)據(jù)分析、監(jiān)控報(bào)警聯(lián)動、智能分析應(yīng)用、日常管理、值班管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用[6]。

3.3 智慧林業(yè)森林防火子系統(tǒng)

3.3.1火災(zāi)緊急報(bào)警系統(tǒng)

根據(jù)地理位置，設(shè)置緊急報(bào)警裝置，一旦觸動緊急報(bào)警點(diǎn)，周邊攝像機(jī)開啟聯(lián)動，進(jìn)行視頻抓拍/錄像/實(shí)時監(jiān)控等應(yīng)用。智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)平臺可以報(bào)警點(diǎn)實(shí)時定位聯(lián)動各子系統(tǒng)進(jìn)行及時響應(yīng)。

3.3.2 視頻巡檢系統(tǒng)

視頻巡檢系統(tǒng)是新研發(fā)的管理功能，源于智慧林業(yè)安全防火指揮系統(tǒng)的創(chuàng)新升級。

應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，巡查電子地圖上的項(xiàng)目重點(diǎn)目標(biāo)。遠(yuǎn)程巡檢是通過巡檢人員定時、定點(diǎn)在電子地圖上的巡邏點(diǎn)位標(biāo)志，以電子地圖為基礎(chǔ)應(yīng)用平臺，時時查閱現(xiàn)場視頻、圖像。

3.3.3報(bào)警視頻聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)

可通過攝像頭監(jiān)控畫面，對監(jiān)控畫面進(jìn)行截屏，存儲臨時圖像文件，后臺服務(wù)器自動處理這些臨時文件[5]。

也可通過熱成像、GPS精確定位發(fā)生火情的位置，聯(lián)動就近氣象站分析風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度等有效數(shù)據(jù)，為架設(shè)隔離帶和火情蔓延趨勢輔助決策。通過指揮平臺綜合分析植被信息、水源地、滅火設(shè)施設(shè)備、人員、道路等情況，為滅火提供支撐。

報(bào)警視頻監(jiān)控系統(tǒng)從其結(jié)構(gòu)及日常功能需求綜合考慮，完善下述三個方面建設(shè)：

①林業(yè)基礎(chǔ)報(bào)警觸發(fā)點(diǎn)布局建設(shè)，如在重要場合安裝緊急求助聲光報(bào)警器等。

②完善報(bào)警點(diǎn)視頻設(shè)備的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警視頻聯(lián)動。

③多級平臺的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時報(bào)警，實(shí)時出警，實(shí)時指揮，多級聯(lián)動的預(yù)案式實(shí)時處警方式。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)：智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)可自動實(shí)時調(diào)取視頻監(jiān)控的畫面或視頻錄像，實(shí)現(xiàn)電子巡查功能;智慧林業(yè)防火安全指揮系統(tǒng)也可傳達(dá)多個指令將，使各個子系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。

3.3.4 森林巡護(hù)系統(tǒng)

森林巡護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)可大大提高了護(hù)林員日常巡護(hù)工作效率，責(zé)任區(qū)劃分，人員實(shí)時調(diào)度，現(xiàn)場情況實(shí)時反饋。

3.3.5 無人機(jī)系統(tǒng)

無人機(jī)系統(tǒng)是借助無人機(jī)搭載高清航拍攝像技術(shù)，結(jié)合無人機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn)對森林管護(hù)區(qū)域的自動巡航，自動懸停多角度拍照，并且掛在紅外熱成像監(jiān)測傳感器，實(shí)時對森林管護(hù)區(qū)域進(jìn)行全方位的掃描監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)潛在火源點(diǎn)，及時鎖定隱患并且抓取隱患點(diǎn)的視頻畫面，同時實(shí)時發(fā)出隱患報(bào)警至指揮中心。同時可實(shí)現(xiàn)周邊林業(yè)資源觀測、病蟲害觀察與其他觀察功能。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)：通過無人機(jī)拍攝建模，三位模型可全面把控全局資源及快速核查林區(qū)面積及周長等數(shù)據(jù)，加強(qiáng)濫砍濫伐的執(zhí)法管理;客服地理環(huán)境的限制，快速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，在森林滅火，災(zāi)害救援方面，最大程度的提升了救援的速度;配合地面管控，形成立體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，全面視角提升巡檢的效率以及重點(diǎn)區(qū)域的針對性。

3.4 防火信息邊緣計(jì)算

依托邊緣計(jì)算，將傳統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)處理、計(jì)算功能下放在邊緣域，在邊緣域?qū)崿F(xiàn)火情預(yù)警、火點(diǎn)識別等功能，降低傳統(tǒng)模式下后臺數(shù)據(jù)處理壓力。

3.4.1 邊緣匯聚：氣象信息、熱成像數(shù)據(jù)、人流量、車流量等多維度數(shù)據(jù)在邊緣域匯總、存儲;

3.4.2 邊緣計(jì)算：通過設(shè)置監(jiān)控范圍、氣象數(shù)據(jù)閾值等規(guī)則，識別范圍內(nèi)溫濕度、風(fēng)速、火點(diǎn)識別等;

3.4.3 邊緣應(yīng)用：利用邊緣計(jì)算處理結(jié)果，實(shí)現(xiàn)人車流預(yù)警、火情告警、火點(diǎn)監(jiān)測及撲救等應(yīng)用。

3.5 災(zāi)后評估

根據(jù)火情發(fā)生位置、性質(zhì)、過火面積統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)/環(huán)境/生態(tài)災(zāi)后影響評估形成報(bào)告，上報(bào)并按時間格式備份存儲，及時總結(jié)防火工作中的經(jīng)驗(yàn)，為森林防火平臺后續(xù)升級提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

4 ?結(jié)束語

通過智慧化、信息化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的社會效益。

4.1 可及時掌握森林火災(zāi)的現(xiàn)場情況、火情動態(tài)，預(yù)計(jì)發(fā)展趨勢，進(jìn)行綜合分析與評價(jià)，為指揮中心提供決策手段和處理方法，提高對突發(fā)、應(yīng)急事件的處理能力。

4.2 監(jiān)控指揮中心的互聯(lián)互通，滿足防火值班、信息匯總、綜合協(xié)調(diào)指揮調(diào)度等森林火災(zāi)的應(yīng)急管理業(yè)務(wù)需要，具有火災(zāi)監(jiān)控、綜合預(yù)測預(yù)警、信息接報(bào)與發(fā)布、綜合研判、輔助決策、指揮調(diào)度、應(yīng)急保障等[7] 。

4.3 森林防火撲救，應(yīng)遵循“打早、打小、打了”原則，從源頭保障森林資源;可大幅減輕林區(qū)防護(hù)人員工作強(qiáng)度，進(jìn)一步提高森林防火工作效率;森林管護(hù)工作由單一依靠人員防護(hù)向人員和科技防護(hù)結(jié)合，進(jìn)一步提高森林管護(hù)成效、保證天然林資源安全。

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作者簡介：謝冬梅（1983-），女，山東昌邑人，大學(xué)，助理工程師.從事林業(yè)技術(shù)研究

通訊作者：宋欣慰（1989-），女，山東德州人，大學(xué)，助理工程師.從事林業(yè)技術(shù)研究