森林烟火智能预警系统.docx
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森林烟火智能预警系统
森林烟火智能预警系统
1.1引言
森林火灾是世界性的林业重要灾害，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。
森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性的特点，短时间内能造成巨大损失的特点。
在我国，林业防火一直是林业管理工作的重点和难点，它关系着国家林业安全、环境保护、生态旅游以及人民生命财产安全等国计民生的方方面面。
重庆市海普软件产业有限公司为满足新时期林业管理信息化建设所遇到的各种需求，适时推出《森林卫士365》大型数字林业综合管理全面解决方案，客户可根据自身的实际情况扩充和裁剪业务模块，构建符合自身工作体系的林业管理信息系统。
本系统利用地理信息（GIS）、遥感（GPS）等信息技术、大型集中监控技术，结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立林业防火指挥系统。
从而实现各级林业防火办信息的快速流转、森林防火安全的实时管理、森林气候动态变化的实时监测和数据更新、林业火灾预防、火灾扑救指挥的辅助决策、林业火灾的灾后评估等多方面功能，实现林业防火业务的数字化、网络化、可视化和智能化，实现信息的规范管理和共享利用。
特别是在森林烟火的智能监测和预警方面，海普公司利用独有的可编程三维精确定位摄像系统和森林烟火智能识别软件，整合户外远程联网监控系统，可实现林区图像的清晰采集、智能分析、智能预警，有效降低烟火的误报和漏报，实现目标的精确定位。
本方案侧重于站在用户的角度来分析问题，从系统的需求分析、到系统的设计思想、技术方案综述，再到系统的构建，都尽量通俗易懂。
关于系统所涉及的硬件选型、设备参数及报价，本方案并未涉及，我们将采用附件的方式一一详述。
1.2森林防火技术一览
1.2.1国际森林防火技术
德国：
FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统
德国投入使用的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要120-130套，约1000万欧元。
美国：
护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻
美国利用“大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。
美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。
加拿大：
加拿大采用卫星巡回监测系统
加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出某一林区局部温度上升到150℃～200℃，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火.同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需5000-6000加元。
国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。
1.2.2国内采用的监测方法
地面巡护
地面巡护，主要任务是宣传群众，控制人为火源，深入了望台观测的死角进行巡逻。
对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。
存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。
瞭望台监测
了望台监测，是通过了望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。
存在的不足：
是无生活条件的偏远林区不能设了望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；了望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。
另外了望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。
航空巡护
航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。
它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。
但也存在着不足：
夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000元/小时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。
卫星遥感
卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。
能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。
它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。
存在的不足：
NOAA-AVHRR准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。
当热点达到3个像素时，火已基本成灾。
1.3系统选型分析
目前，我国森林林区火险监控预警的方式主要有卫星林火监测、人工监测、远程林火视频监测、森林火灾智能远程监测四种方式。
在卫星监测方面，我国目前建有四个卫星林火监测地面站，分别是国家林业局卫星监测中心、西北卫星监测分中心、东北卫星监测分中心和西南卫星监测分中心，适用于对我国全境的林火监测，对于较大的森林火灾具有很好的监测效果，但对于面积较小的火灾以及天空有云雾遮挡等情况则无法监测。
人工监测是最普遍的林火监测方式，我区普遍采用的就是人工监测形式，林区建有林火监测了望塔，监测人员在了望塔上对周边森林进行观察，发现火情后通过电话、电台等通信方式报告火情。
人工监测的不足是监测范围小，防火人员劳动强度大，不能全天候进行林火监测。
远程林火视频监测是近年来兴起的一种林火监测方式。
它主要运用视频监控技术和网络传输技术，通过安装在不同位置的摄像机将山林的影像信息实时传输到森林防火指挥中心。
与卫星林火监测相比，远程林火视频监控监测具有火情发现速度快、大火小火都可以监测、不受天气因素影响等优势；与人工监测相比，远程林火视频监控监测具有监测范围广泛等优势。
森林火灾智能远程监测是在第三种方式的基础上发展起来的森林火灾智能监测方式。
它主要运用视频监控技术和网络传输技术，GIS地理信息技术、3S技术、图像智能识别技术等，通过安装在不同位置的大型户外摄像系统将林区的影像信息实时、清晰地传输到森林防火指挥中心、智能识别软件自动分析处理，一旦发现烟、火等疑似警情，自动触发报警并联动相关单位。
与第三种方式相比，森林火灾智能远程监测具有火情自动识别、响应速度快、昼夜都可以监测等优势，并能有效降低监控管理人员的劳动强度。
目前XX省各大森林公园的人为活动很频繁，森林防火任务相当繁重，因此开展林火远程的智能监测系统工作相当适用。
第2章需求分析
2.1问题和形势分析
近几年来随着厄尔尼诺现象的出现，以气温持续偏高为主要特征的全球气候异常状况以及降水量的减少，我区森林火险的高危期和火灾损失的严重期也呈逐年上升的趋势，森林防火形势十分严峻。
究其原因：
一是由于近几年XX省林业工作开展顺利，林区面积大量增加并且几无大的森林火灾的发生，现在林下植被和枯枝落叶越来越多，林下可燃物载量逐渐加大，发生森林火灾的机会在不断增加；
二是目前XX省林区森林主要以桉林、松林为主，且多为幼中龄林，森林结构还丰富多样，火灾自控能力低，易燃性较强；
三是随着XX省经济的发展和人民生活水平的提高，从事林业经营活动显著增多，林区内人员流动频繁，游玩用火、上坟祭祖等带来了大量的火灾隐患，使火源的管理难度加大；
四是在市场大环境下，动员群众扑火困难不断增加；
五是相对于其他省市和其他行业XX省目前的森林火灾预警扑救综合机制尚未健全，指挥决策信息化能力有待进一步提高，各区基础设施建设水平不平衡等。
2.2项目建设现状分析
虽然经过多年的森林防火基础建设，我区的森林防火发展中仍然存在一些不容忽视的突出问题。
特别是针对森林防火的具体工作，面临着如何提高火险等级预测、火灾损失评估、火灾日常管理、火灾遥感监测等方面的科学化和信息化的决策分析水平；在加强防火期间林区的日常检查和管理工作的同时,如何采用先进的现代信息技术,建立高效、可靠、实用的林火监控监测预警系统；火灾一旦发生,如何能够迅速查明火情,分析火势,科学的制定灭火方案和调度现场灭火力等。
以上问题的解决都将融合在林火监控监测预警指挥通信系统建设之中，该系统集网络信息、卫星遥感与通信、多媒体指挥中心、微波通信、视频传输、信息安全、软件开发等多种技术于一体，以更好地为建设绿色XX省这个总体目标服务。
2.3项目建设条件分析
2.3.1地理位置及自然条件分析
项目建设地点位于XX省辖区内。
东经?
°?
'至?
°?
'，北纬?
°?
'至?
°?
'，地处，森林总面积万公顷，处于南亚热带季风气候带,地带性植被为季风常绿阔叶林,具有物种丰富,结构复杂,森林景观多样等典型特征.XX省全境地势东南高，西北低，大部分为低丘陵地，间以平缓的台地。
据2005年森林资源二类资源调查统计数据,林业用地面积7hm2,其中,有林地面积为hm2,疏林地hm2,灌木林地hm2,未成林地hm2,无林地面积hm2,苗圃地面积为hm2.按林种分,生态公益林面积hm2,占林业用地面积的?
?
%,其生态功能等级Ⅰ类型hm2,占?
?
%;Ⅱ类型?
?
hm2,占?
?
%;Ⅲ类型?
?
hm2,占?
?
%;Ⅳ类型hm2,占?
?
%.
2.3.2社会经济及林业发展状况分析
XX省成立?
?
多年来，XX省人民在党中央、国务院、省委、省政府的正确领导下，以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，认真落实科学发展观，国民经济和社会发展取得了很大的成就，仅2006年全区GDP生产总值即达到?
?
亿元，人均GDP达到?
?
美元，各项社会事业取得新进步，人民生活环境质量进一步提升。
林业方面在历届省委、省政府的正确领导下，在全区人民和林业系统干部职工的努力下，XX省林业建设取得了巨大成就，并且随着以生态风景林、森林公园和自然保护区、湿地及沿海防护林、绿色通道为主的林业生态建设进程的推进，城市林业建设进入了快速发展阶段。
目前XX省林木覆盖率达到?
?
%，人均?
?
m2。
在森林火灾方面，自?
?
年至?
?
年年全区没有发生大的森林火灾和人员伤亡事故，森林火灾受害率为?
?
‰，控制在省控指标?
?
‰以下。
2.3.3业务功能、流程和业务量需求分析
A） 业务功能分析
XX省林火监控监测预警指挥通信系统作为XX省森林防火工作的基础支撑，应满足日常值守和处置森林火灾突发事件的需要，林火监控监测预警指挥通信的业务分为常态日常工作业务和非常态应急业务。
常态业务指没有发生森林火灾时的日常工作管理业务，主要是预防和应急准备工作，包括防火值班、林火监测与预警、平台建设、防火预案管理、火险预报、防火报表等；而非常态应急业务则反映了突发森林火灾时的业务，涉及火情的监测、火灾扑救指挥、火灾的评估与重建等过程，包括突发森林火灾时的应急值班、火情蔓延监测、分析研判、职能辅助决策、指挥调度、资源保障、火灾评估等业务。
XX省林火监控监测预警指挥通信系统业务构成
2.4系统功能需求
1、 关于林火、烟雾、定位
系统监控的林区图像清晰可辩，能够在第一时间智能识别林火。
系统能够精确定位火点位置，并能自动报警。
2、 关于火情推演
能够根据当前火点的位置、风向、温度、湿度、地表温度、植被等信息动态推演火灾蔓延的方向、面积、速度及强度，为扑火指挥提供科学的决策依据。
3、 关于扑火预案
报警后一旦火情确认，指挥扑救人员可通过大屏幕实时查看现场实时视频，同时能通过系统辅助，结合现场实际情况，产生一套切实可行的扑火方案，可以联动相关的单位、人员以及扑火物资，得出扑救具体措施和最佳路线方案的切实可行的预案。
4、 关于灾后评估
林火发生后，系统能对受灾面积、灾害损失做出相对准确的评估。
甚至能对灾后重建提供辅助决策的数据。
5、 关于GIS地图
二维地图与三维电子地图联动，管理人员可任意切换。
地图显示可任意放大缩小，支持鹰眼。
6、 关于专题绘图
林业管理工作人员可通过本系统的GIS地图进行专题绘图，专题遵循国家标准，涉及森林资源、地形地貌、防火力量、社会资源等几个大类，具体类别以最后提交的需求为准。
7、 关于数据存储
前端设备7×24不间断摄像，在前端的上一级保证最低XX天录像回放。
报警图像上传至区县和省市中心备份存储，区县中心保证最低XX天录像回放，省市中心保证最低XX天录像回放。
管理数据的存储要求安全保密，数据库的配置能满足系统运行。
8、 关于日常办公
林业防火管理工作人员可通过本系统进行日常防火工作的自动化办公，并能根据相应权限对系统信息进行管理和维护。
2.5环境分析
9、 关于前端设备与自然环境
本工程所处自然环境随季节、昼夜、气候的变化而复杂多变，不同季节、昼夜之间温差变化大，且常伴雨雪，时有雷雨大风。
要求前端设备具有恒温功能，并能有效防雨防雷。
10、 关于供电
本工程所辖范围区域广，野外架线成本高、施工难维护难。
希望能提供一种供电方式，能保证前端设备全年无间断可靠运行。
11、 关于网络
林区所辖区域广，野外架线成本高、施工难维护难。
需要提供一套可行的网络方案，能保证基站与监控中心之间，监控中心与区县监控中心、省市监控中心之间的带宽能保证数据流传输流畅。
12、 关于林区设备防盗
前端设备大多数安装在无人值守的密林深处，林区的前端设备需要利用现有监控系统设置防盗功能。
2.6建设目标
森林防火联网智能监控系统的建设，是XX市林业局森林防火工作革命升级的重要工作，工程建设应满足以下几个要求：
1、 投资省：
工程建设应充分考虑设备选型的性价比，同时不能牺牲设备和系统的先进性，保证系统在一段时间内不落伍。
2、 建设快：
一旦合同签订，从方案设计、到工程施工都能按期（）完成。
3、 功能全：
系统建设能满足甲方的功能需求。
4、 安全性：
系统的设计建设能充分考虑复杂多变的地理和气候因素，防雷技术可靠，防盗方法可行。
5、 稳定性：
系统能满足7×24无间断工作，无论是前端设备，还是整个系统，都能稳定运行。
6、 扩展性：
系统具有可扩展性，系统具有升级功能，适合森林防火防护监控系统的发展要求。
7、 易用性：
要求系统的操作简单，界面清晰，流程合乎行业习惯，易学易用，并能提供在线帮助和技术支持。
最好具备一键开机功能。
2.7需求综述
XX省林火监控监测预警指挥通信系统建设是XX省实施“加快?
?
林业发展”战略的重要组成部分；是全面提升XX省森林防火的现代化管理水平、促进城市林业建设和森林防火信息化建设实现可持续发展和跨越式发展的积极手段；是加速XX省森林防火宏观决策科学化、监测预警智能化、指挥通信现代化推进XX省经济发展，全面构建和谐XX省、效益XX省的有效保障。
XX省林火监控监测预警指挥通信系统采用当前先进、成熟的技术，在充分参考我国其他省市森林火灾监控监测预警以及应急指挥的各种手段下，同时结合XX省的自然情况和市森林防火工作实际情况，以较少的投资，实现了市森林火灾的自动监控、火险预警、信息通信和应急指挥等，极大地消除森林火灾的监控盲区，大大缩短发现火灾的时间，并能在必要时为森林火灾的扑救指挥提供强大的通信支持和辅助决策服务，为有效遏制森林火灾的发生、提高综合防控能力、改善防火基础设施、完善防火信息标准化体系、加大森林防火工作的科技含量打下良好的基础。
通过认真研究和论证，本项目建设基础条件较好，组织保障有力，建设方案和技术路线可行，建设规模适宜，资金投入适当，后期运行费用少，生态效益和社会效益巨大。
对及时发现火情、传递信息、迅速展开扑救，将森林火灾降到最低限度，有效控制森林火灾的蔓延和损害，使国家和人民生命财产免受损失具有十分重要的意义和作用，是促进XX省森林防火事业向现代化、信息化、标准化迈进的有力保证。
同时，该系统的建设关系到森林资源可持续发展，有利于构建和谐XX省、效益XX省以及推动当地经济的稳定和发展。
XX省森林防火智能监测系统，是一套将智能监控、资源管理、应急预案、指挥扑救、灾后评估等功能模块无缝融合，整合了地理信息（GIS）、大型集中监控技术、智能图像识别技术、无线通讯传输技术的综合性森林防火联网智能监控系统，它将单一的森林防火系统提升到数字林业的综合管理高度。
第3章系统设计
3.1设计依据
在设计、施工、验收、维护时，我方将严格执行以下规范：
《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
《中国人民共和国公共安全》
《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-01）
《报警图像信号有线传输装置》（GB/T6677-96）
《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
《安全技术防范产品管理办法》国家技术监督局 公安部令第12号
《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）
《无线局域网标准》IEEE802.11
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《钢结构工程施工质量验收规范》GB5025-2001
《中华人民共和国森林法》
《中华人民共和国环境保护法》
《森林防火条例》
《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》
《森林资源非空间数据》DF01-1110
《林业数字矢量基础地理数据标准》DF01-1311
《林业政策法规数据标准》DF01-1410
《林业文献资料数据标准》DF01-1430
《数据库建库标准》DF01-4100
《数据库软件规范》DF01-4710
《数据库管理规范》DF01-4200
《中华人民共和国森林法》全国人民代表大会1998年4月
《中华人民共和国森林法实施条例》国务院，2000年1月
《中华人民共和国森林防火条例》国务院，1988年3月
《全国生态环境建设规划》国务院，1988年10月
《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号
《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》中发[2003]9号
《全国森林防火“十五”计划及2015年规划》2001年12月
《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号
《国务院办公厅关于切实加强当前森林防火工作的紧急通知》国办发明电〔2006〕11号
《中华人民共和国无线电管理条例》中华人民共和国国务院、中央军事委员会令（第128号）
《XX省森林防火实施办法》
《XX省市县级森林防火指挥中心建设标准》
《XX省林业发展“十一五”规划》
XX省林业局监控工程的相关具体要求
以及其他相关政策文件及建设标准
3.2设计原则
我们在设计方案时以XXXX的实际情况出发，以森林防火监控指挥系统结构配置的合理性、科学性和经济性为原则，同时严格掌握以下原则进行设计：
1.规范性原则
本系统是一个严谨的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应严格执行各方面的标准与规范，并遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。
各配套设备的性能和技术要求稳定可靠，所有的器材应符合国家标准和行业规范。
2.先进性原则
无论是软件配置，还是硬件选型，力求做到技术先进，安全可靠防范严密。
3.兼容性原则
即系统设计合理，无论是硬件的匹配，还是系统与特定环境的适应性，都要求有很好的兼容性。
硬件方面，要求将来系统升级时对既有硬件设备能上下兼容，节省投资。
4.前瞻性原则
即系统的设计能充分考虑森林防火监控指挥系统的发展需要，能充分适应科技的快速进步，对系统的扩展性预留可持续发展的接口和技术空间。
5.易用性原则
系统在设计时能充分考虑林业系统的行业特点和管理人员的操作习惯，运行过程简单易行，人工操作易学易用，监控管理快捷高效，应急指挥科学可行，灾后评估快速准确。
能做到开机即可工作，通电即可运行的程度。
第4章工程概况
4.1项目建设背景
森林是陆地生态系统的主体，是人类赖以生存的物质基础，是人类的宝贵财富，保护好森林就是保护好人类自己。
《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》的颁布确立了以生态建设为主的林业可持续发展道路，在贯彻可持续发展战略中赋予了林业以重要地位，在生态建设中赋予了林业以首要地位。
而《中共XX省委、XX省人民政府关于加快?
?
林业发展的决定》则更进一步明确了?
?
林业建设的重要意义和伟大目标，提出了加强生态建设，维护生态安全，创建生态文明，推动经济社会与人口、资源、环境的协调发展，实现生态文明XX省的目标。
林业生态作用的发挥，是以森林植被为主体来实现的。
保护好现有的森林植被免遭破坏是林业发展的首要任务，森林火灾是林业的重大灾害，每一次森林大火都会给森林资源造成巨大的危害，给人民生命财产带来不可估量的损失，对陆地生态系统造成毁灭性的破坏。
而森林防火的工作就是保护森林资源、维护生态安全、保障林业可持续发展、促进社会和谐稳定的一项重要性公益事业和基础事业，因此，护林防火在我区林业可持续发展中尤为重要。
4.2项目建设的必要性
开展XX省林火监控监测预警指挥通信系统建设工作，是保护XX省森林资源的需要，目前XX省辖属的各大森林公园、自然保护区及林区的植被物种丰富，特有物种很多，群落结构稳定，自然景观优美，其生态及旅游效应十分明显，必须严防森林火灾的发生。
一旦发生，应及时组织扑灭，严禁造成重大损失。
为此，建立XX省林火监控监测预警指挥通信系统势在必行。
开展XX省林火监控监测预警指挥通信系统建设工作，是推动XX省林业可持续发展、构建绿色XX省的需要。
森林防火事关森林资源和生态安全，事关人民群众生命财产安全，事关改革发展稳定大局。
必须从保护森林资源、维护生态安全、保持社会稳定、促进经济社会可持续发展的高度，增强森林防火的信息化水平和综合防控能力，为加强生态建设提供有力保障。
开展XX省监控监测预警指挥通信系统建设工作，是加强XX省森林火灾预防能力和提高指挥扑救水平的需要，利用XX省监控监测预警指挥通信系统进行林火监控，可以避免火灾发现迟、报警慢等情况并能消除监控的死角，同时结合GPS和GIS系统可对现场扑火人员进行指挥，可以减轻工作人员的劳动强度，提高森林火灾预防和扑救指挥工作的科技含量，可以使XX省森林防火工作迈上一个新的台阶。
…
4.3多层级多元式联网监控管理平台
本系统的结构设计强化“智能监控”和“远程集中控制”，对烟火及信息流的管理，做到对异常事件处理过程的实时查看，并能做到如同亲临现场的指挥效果，有利于提高处理林火等森林异常事件的效率。
从上图可以看出，本系统是一个多层级二元式的联网监控管理平台，在这个平台的统一管理之下，所有林业局下属的组织结构、设备（监控设备、报警设备、传输存储设备、外部设备）、主机、系统等所有的被管理对象被整合为一个有机体，协同一致地高效运行。
处于第1层的XX省林业局监控指挥中心是本次工程的核心，处在第2层的是各地/市/州林业局监控管理中心，处在第3层的是各区县林业局监控管理中心，处在第4层的是各大型林区或国营林场，而前端基站和相关设备则可根据不同林区的实际情况进行设置。
注：
处于第0层的国家林业避监控指挥中心不属于本次工程的范畴，考虑到未来发展的需要，在第1层预留了向上扩展的接口。
4.4系统功能
通过系统建设，本系统具有
升级会员 