智慧城市之森林防火信息系统解决方案.docx

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智慧城市之森林防火信息系统解决方案

智慧城市之森林防火信息系统解决方案

1现状及需求

森林火灾具有突发性强、破坏性大、处置救助较为困难等特点。

目前森林火灾预防主要靠“死看死守”，扑灭火害主要靠“人海战术”，防火设施布局存在盲区，森林火情监测靠人工野外巡查，火灾损失评估主要靠外业调查，自动化程度较低，科技含量不高，无法很好地满足森林防火的需要。

在监测到火情后，准确地预测林火蔓延情况对人员转移，扑救灭火及减少损失起着至关重要的作用。

然而，林火蔓延是一个多相、多组分可燃物在各种气象条件（温度、湿度、风向和风力等）和地形影响下燃烧和运动的极其复杂的现象。

林火蔓延的预测是需要多学科知识的融合，这对决策者、策略执行者提出很高的要求。

为了更好的理解森林火灾，科学家们运用多种方法来模拟林火现象。

随着计算机科学，特别是三维建模技术、地理信息系统、虚拟现实技术的发展，同时林火的蔓延模型不断改进，通过这些新技术与理论模型的集成，构建科学、多维的林火动态蔓延模拟过程环境，这能为林火预测提供新的辅助手段。

直观、形象、动态地表达林火的蔓延过程，能有效地利用人的直感思维与启发式思维，提高人们对林火蔓延过程、预测的理解，提高决策的效率和准确性。

2建设目标

森林防火系统是以现有的森林资源数据库、林相资料、森林资源统计数据、防火力量的配置、人员分布情况、历史数据等标准的及非标准的资源基础上，综合利用影像数据和矢量数据，建立一个有效的林火地理信息系统，综合管理全市森林资源，为各级党政领导和防火指挥员提供一个指挥扑救森林火灾的技术平台，辅助扑火指挥员对火情做出正确的判断，同时可以监测各个火点的状况，避免火灾的发生。

系统要求能够综合的展示全市的森林资源，实现发生森林火灾时段的火点快速定位、扑火路径分析，通过叠加空间地理数据库（如道路、水系、居民点、地名、防火路、瞭望台、森林扑火队、小斑森林资源数据库等），利用卫星及高分辨率遥感数据建立三维景观模型，建立全市森林防火电子沙盘，将虚拟现实技术应用于森林防火指挥中，便于及时了解火场情况，为森林火灾的扑救指挥提供科学的辅助决策。

3建设内容

3.1系统架构

森林防火系统构成图示如下：

系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的数字云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的数字云台回传的位置数据，即可实现火点定位功能。

同时，启动后台的短信发布平台第一时间通知防火相关领导和人员。

系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息，相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。

3.2系统组成

3.2.1前端设备

前端由采集系统、无线传输设备、设备防盗监控系统、天线、避雷接地系统、智能太阳能供电系统、智能图像分析系统等组成。

3.2.2中继设备

中继由无线网桥、天线、单晶硅太阳能电池板、电源控制柜、机柜、免维护蓄电池等组成。

3.2.3中心控制设备

终端由地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、无线网桥、监视及投影系统、UPS电源等组成。

3.2.3.1地理信息系统

利用1：

50000地形图进行数字化处理生成电子地图，并依据实际使用情况分层制作。

在GIS地图上，可以对扑救林火进行宏观调控，指挥整个扑火的行动，同时在地图上进行扑火行动标绘，对火情态势进行跟踪，为火场扑救提供辅助决策。

根据不同需要，GIS对数据库资料进行统计分析，生成各类专题图，实现资源管理信息化。

通过地理信息系统，可以在电子地图上数字化显示监测地区林场的归属，林区面积，种植林种、树径、树高、树龄，方便林区部门领导直观的了解林区概况。

此外，利用地理信息系统，还可以进行火灾发生地形地势分析、缓冲区分析、可视域分析、最短路径分析等。

3.2.3.2林火自动识别预警系统

林火自动识别预警系统的主要任务是自动接收来自林火监测子系统的图像，进而根据图像上的信息来自动判断是否起火，并唤醒监测人员进行交互式的林火识别，最后做出确定的林火报警（有或无）。

3.2.3.3防火指挥中心

远程控制与通讯是指挥中心的主要功能，即通过指挥中心可完成对林场各个地区的通讯指挥工作，同时在指挥中心可以实现对火情地区的实时监视、控制功能。

以指挥中心为核心将各个系统进行整合，实现办公的信息化网络化，通过有线、无线调度系统完成对下属部门的命令发布、工作查询、人员调配工作；同时把监控系统与地理信息系统进行无缝结合，完成对林区的监控、以及资源调查工作。

3.3森林防火综合管理系统功能

3.3.1烟火识别

根据摄像机捕捉的图像，采用烟火智能识别算法，对当前火情进行自动识别。

监测到火情后，系统锁定云台，由当前瞭望塔的高度、云台的方位、摄像机的焦距等相关信息，依据公式推算出发生火灾的位置。

根据烟火识别算法的特点，对同一视域的单帧图像的火情识别比较容易，但准确率较差。

通过对火、烟的颜色、形状、颜色分布、轮廓以及纹理等多种因素的分析，并针对森林火灾与烟雾、云等干扰因素在光谱特征、空间几何特征上的差异，综合运用图像处理方法和各种算法并行计算，能够实现对多帧图像的火情识别，准确率较高。

3.3.2人员定位

在扑救指挥管理中，相关部门为实时掌握消防人员的地理位置和行进路线，

可通过该系统进行消防人员及车辆的定位监控，以便快速掌握扑火进程，合理指挥调度，利于扑火工作的顺利、快速开展。

人员定位监控模块由服务器端和手持端两部分组成。

1）扑救车辆配备车载GNSS，扑救人员配备手持GNSS；

2）利用GNSS跟踪系统，实时查询扑救人员的地理位置；

3）利用位置服务平台，综合应用人员定位信息；

4）客户端中大屏幕上实时显示扑救车辆和扑救队伍的行进路线；

5）保存人员定位历史轨迹，利于查询；

6）回放任意时段、任意GNSS的移动轨迹，利于辅助决策。

3.3.3三维动态显示

三维可视化平台软件是一个三维场景的展示平台，提供三维数字地球模型和三维地形模拟模型，支持对海量地形模型和影像进行三维可视化显示，支持三维地物模型的叠加显示及三维漫游操作，显示由林区地形地物组成的场景。

三维主要功能：

1）DEM数据、纹理数据载入；

2）点、线、面矢量叠加显示；

3）添加标注、标签；

4）三维飞行路径设置；

5）植被遥感数据的加载；

6）独特的模型编辑库功能；

7）多种三维分析功能。

8）查询火点周围的河流、道路分布情况及测量河流、道路等相关地物；

9）查询距火点的距离、角度、火点所在位置的高程值及坡度等地形情况；

10）叠加林相图、遥感影像图等，进行综合分析；

11）根据等高线、高程点等矢量数据，生成三维高程模型（DEM）；

12）模拟直升飞机在火场上空飞行，真实地反应火点周围的山形地势；

13）结合资源、气象等信息，预测火情发展趋势。

3.3.4火情动态监测

视频浏览和录像结合，同时显示多个摄像头视频预览，可在平铺模式与放大模式间相互切换。

3.3.5火情蔓延分析

根据各种条件按照燃烧时间在地图上进行林火动态模拟，通过模型动态计算并自动生成火情发展蔓延的预测效果。

通过模型预测效果，对火势利用渐进的红色进行叠加渲染，能够清晰准确的模拟着火区域，对着火过程、着火地形一目了然，使指挥人员在办公室即可看到未来一段时间内林火发展蔓延的趋势和情况，供扑救指挥参考。

3.3.6扑救指挥管理

林业火灾扑救指挥子系统工作在各级防火办内网的客户机上，并连有GNSS信息接收设备，将林业火场和扑火队伍的动态显示，并根据火灾地区的地形、生态、天气情况应用科学的分析模型对火灾蔓延情况做出预测，以实现远程指挥。

1）火点快速定位

2）显示灭火资源

3）最佳路径分析

4）情况标绘

5）远程指挥调度

利用3S技术和视频监控技术进行林火区域定位，并利用其它林火监测系统（如上级防火网络、了望台、地面巡护人员与公众报警等），得到火场详细位置信息，扑火队伍和车辆的位置信息、行进轨迹信息，为林火监测、林火指挥扑救提供决策依据。

3.3.7防火辅助决策

1）防火预案管理：

实现各级各类预案的数字化管理和动态更新维护，方便建立本地区的数字化预案体系，为防火辅助决策提供决策支持。

2）防火资源管理：

森林防火行政区划图管理、林业施业区图管理、森林防火设施图管理和扑火力量分布图管理等，支持防火设施规划建设和宏观管理，利于扑火调度指挥。

3）热点信息的获取与指挥：

接收视频监测、卫星监测、气象监测信息和群众报告等。

4）信息的查询与分析：

查找最近扑火队伍、查找可行路径、最近水源查找等信息。

5）火险等级分析：

生成不同时段森林气象火险区划图，供用户调阅、查询和控制火险区空间和其属性信息。

6）叠加分析：

叠加遥感影像图、矢量图、地形图等进行决策分析。

7）定位分析：

火情定位、GNSS定位跟踪和卫星热点定位。

3.3.8灾损评估管理

系统针对林火后进行损失评估及档案整理，可通过过火范围手动绘制和GNSS点导入绘制，自动计算过火面积、过火日期、过火时间等，并根据林相图计算出森林资源损失，供决策部门参考。

3.3.9实施资源管理

1）防火隔离带管理；

2）防火预备方案；

3）联防区域管理；

4）瞭望台管理；

5）交通道路管理；

6）扑火设备及物资管理；

7）计划烧除管理。

3.3.10气象监控

从气象监测站中获取温度、湿度、气压、风向、风速等气象数据，根据气象

数据、林相数据、基础地理数据生成火险指数图，划分火险等级，并生成火险等级图。

气象监测数据在发生火灾时，为火势蔓延预测提供重要的气象依据。

4智慧能力

系统以数字设备的监控方式，通过无线网络将采集的信息、数据传输到林业监控指挥中心，利用GIS（地理信息系统）对发生的火情、火警区域实现定位，并实时做出分析判断，确定扑救方案，将火险控制在萌芽状态。

同时对大量资料数据进行储存、处理和分析，对今后的森林防火预防工作起到指导和参考决策价值。

1．实时信息获取能力：

利用建立分布在火灾易发区不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视频图像，实现全天候不间断监控；

2．全方位动态监测能力：

在无线数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到区级防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况；

3．智能火灾预警能力：

如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案；

4．智能预报分析能力：

参考林区物候、可燃物特性数据,利用专家数据库模型进行综合分析,预测出相应地区的森林火灾等级数据。

森林防火系统避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。

该系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物和乱砍乱伐等林业活动进行有效监控