面向森林火災現場災害信息快速協同感知技術研究

李 穎，李曉萌，陳 雨，逯宛珍，司博章

（北京時代凌宇科技股份有限公司，北京 100012）

0 引言

森林是動植物賴以生存的家園，是人類生存發展極其寶貴的自然資源之一。近年來，隨著氣候變暖和極端天氣增多，全球進入了森林火災高發期。森林火災具有突發性強、破壞性大、危險性高的特點，是發生最頻繁、處置最困難、危害最嚴重的自然災害之一，給生態系統和人們的生產生活造成了極大的破壞[1]。

森林火災因其發生、發展的路徑、影響、結果均具有相當強的不可預測性，現場應急處置主要采用信息驅動的“情景-應對”策略[2]，它是一種資源約束、時間約束下的特殊決策過程，需要及時獲取準確、全面的災害現場信息、發展態勢及應急動態，否則很可能會差之毫厘、謬以千里。因此，信息是應急處置中的瓶頸，在難以預測事態趨勢時，需要快速、全面地獲取森林火災態勢并跟蹤應急動態，以支持高效、科學的決策行動[3]。然而，在當前面向森林火災現場的應急處置過程中，現場信息快速協同感知、融合與集成展示仍然與實際需求存在較大差距[4-5]，具體有以下表現。

（1）物聯網協同感知是面向森林火災現場應急處置信息獲取的重要途徑，但是目前缺乏物聯網跨領域、分層次信息融合和感知研究，因而難以實現信息綜合感知與融合協同認知分析研究，無法為森林火災信息提取和分析提供快速、全面 的數據支撐。

（2）在森林火災應急管理領域，不同的系統在硬件環境、操作系統、文件系統、數據庫、數據結構等方面不盡相同，各類異構系統日益增多，數據也呈現多源、異構特征。而開放式災害信息松耦合集成是針對多源、異構災害信息集成需求以及全過程災害信息融合與展示，國內外研究機構研發了基于物聯網泛在接入、多種傳感器協議適配的開放平臺，但是目前缺乏針對深度縱向覆蓋的行業應用平臺。

因此，為解決森林火災現場應急處置中的瓶頸問題，本文以物聯網共性支撐平臺為基礎環境，構建集前端感知信息、專業信息、地理信息于一體的森林火災快速協同感知系統，實現地理數據、救援資源、環境氣象、氣體數據、植被覆蓋及視頻數據等的快速感知和查詢，并進行信息融合與集成展示。

1 研究目標

本文以物聯網共性支撐平臺為基礎環境，基于開放式多源災害信息松耦合集成技術，研究并構建森林火災快速協同感知系統。一方面，將從共性層面解決森林火災現場多源信息快速協同感知、融合與集成展示，這些問題的突破將顯著提升面向現場應急處置的森林火災快速協同感知能力，為形成“優化、協同、高效”的應急能力體系提供重要的技術支持保障；另一方面，將建立一個森林火災現場信息獲取、融合與集成展示的服務環境，保障災害監測數據的“可知、可查、可視”，為形成上下聯動、平戰結合、協同感知、反應靈敏、統一指揮的應急管理體制奠定基礎，最終為北京建設國際一流和諧宜居之都、國家京津冀協同發展戰略實施提供強大的城市安全保障。

2 森林火災快速協同感知協同系統

2.1 系統業務流程

發現火災后，在系統中錄入警情信息，定位火災事故位置，根據事故位置分析周邊資源分布情況，并查看事故點周邊道路、植被覆蓋、客流量、氣象和氣體情況，為滅火行動提供相關數據從而輔助決策。同時，后臺指揮人員可隨時在GIS地圖上繪制出景區范圍內所有視頻探頭Poi點，針對視頻Poi點多的情況，可以通過離線搜索功能，搜索要查看的視頻探頭名稱，查詢結果在下列列表中展示，選中某一視頻并雙擊，則自動定位到視頻Poi點所在的位置，雙擊Poi點可實時預覽視頻畫面。

2.2 系統功能設計

森林火災快速協同感知系統主要實現展示、統計及檢索功能，具體包括邊道路分析、救援資源統計、景區降雨量統計、植被情況展示、客流量統計、地質災害統計、現場視頻展示、遙感影像分析、全文檢索、資源圖層及業務操作等。系統界面如圖1所示。

圖1 森林火災快速協同感知系統界面

2.2.1 展示功能

展示功能主要包括周邊道路展示、遙感影像展示以及多路視頻展示。

（1）周邊道路展示。對接百度在線地圖，分別以混合圖/矢量圖的形式進行展示，用于查詢火險區域周邊道路，查看道路擁堵情況。

（2）遙感影像展示。系統對接高景一號衛星遙感影像、谷歌地球高清衛星影像，同時加載全國12.5 m高程DEM數據，更加直觀生動地展示三維遙感影像。

（3）多路視頻展示。實時展示火險區域內高清攝像頭監控視頻，實現四路視頻定時輪播，多路視頻時則滾動播放。

2.2.2 統計功能

系統統計功能主要完成對火險區域內救援資源、降雨量、植被（喬木、灌木）、客流量及地質災害等信息的統計，并以餅圖、柱狀圖等形式直觀展示。

（1）救援資源統計。分類展示火險區域內目前配置的救援人員、消防人員、救援指揮車輛、滅火彈、滅火風力機等不同救援資源的類型和數量。

（2）景區降雨量統計。系統對接氣象局平臺，并且定時從氣象局平臺上抽取數據并分時段展示火險區域內降雨量情況。

（3）植被情況。對火險區域內的喬木和灌木進行數量統計，并以餅狀圖的形式展示統計結果。

（4）客流量統計。系統對接火險區域內閘門數據，按1 h間隔對8時～18時內客流量分別以柱狀圖或折線圖的形式展示統計結果。

（5）地質災害統計。對火險區域內的山體滑坡、森林火災、暴雨、地震、泥石流等自然災害進行統計，并以雷達圖的形式進行展示。

2.2.3 檢索功能

檢索功能主要有全文檢索、資源圖層模塊以及業務操作模塊。

（1）全文檢索。全文檢索包括在線POI檢索和離線資源檢索。在線POI檢索是對輸入的關鍵詞進行查詢，根據用戶選擇的查詢結果自動定位到衛星地圖的目標位置處。離線資源檢索則針對接入系統的本地資源信息，如救援人員、救援車輛、固定式氣象站、視頻探頭等，根據關鍵詞自動定位至遙感影像的目標位置處；同時，在目標位置處還可通過氣泡面板或詳情面板查看本地資源的實時監測指標。在此基礎之上，固定式氣象站資源還增加了圖線展示功能，對溫度、濕度、硫化氫、氯氣、甲烷、二氧化硫、氣壓、風速8種環境指標的實時監測數據繪制曲線，從而更加直觀地展示火險區域內環境信息的變化，如圖2所示。

圖2 環境氣象數據監測

（2）資源圖層模塊。資源圖層模塊以樹狀列表的形式展示目前已接入系統的各類資源，包括救援人員、救援車輛、視頻探頭、氣象站、學校資源、基礎設施、道路、建筑等。用戶可以單選或者多選其中的資源，在氣泡面板或者詳情面板中查看各項監測信息。

（3）業務操作模塊。業務操作模塊可實現報警信息錄入、資源空間分析、周邊資源查詢以及歷史信息查詢。

報警信息單錄入界面包括報警人基本信息、報警事件、火災位置及火勢描述等。其中，地址搜索功能可以根據關鍵詞搜索火災位置，并自動在地圖上定位搜索結果。此外，取坐標功能可以搜索結果自動獲取火災位置的經緯度值，實現準確定位。

資源空間分析實現在地圖展示界面上繪制任意矩形框，并從資源推薦列表選擇一種或者多種資源，可清晰直觀地查看不同資源的分布位置和各類資源的監測信息，如圖3所示。

圖3 資源空間分析

周邊資源查詢實現在限定的1 km、3 km、 5 km范圍的資源查詢，系統可根據用戶選擇的搜索范圍和資源類型，在地圖展示界面疊加多種資源并查看不同資源的監測信息。

歷史報警信息列表可查詢3 h、6 h、12 h、 24 h內記錄的報警事件，當報警信息單超過10條時，信息單將會循環滾動展示。

3 結語

本文以森林火災現場應急處置作為典型事件，通過研究面向森林火災現場災害信息快速協同感知技術，建立了森林火災快速協同感知系統，完成森林火災突發事件現場快速、準確、全面的信息獲取，形成森林火災前端感知信息、專業信息、地理信息等多源信息有機結合的立體監測系統，為森林火災現場應急處置中科學、高效的決策分析奠定了數據基礎。