森林防火与林业资源综合解决方案.docx

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森林防火与林业资源综合解决方案

森林防火与林业资源综合解决方案

第一章系统总体设计

森林防火智能可视化系统涵盖林木防盗子系统，巡护管理子系统，林火监测子系统，防盗报警子系统，无线传输子系统，存储子系统，拼接大屏子系统以及应急指挥子系统等。

2.1.系统结构

如下图所示,森林防火智能可视化综合系统。

林木防盗子系统：

通过在林场公路重要节点位置布设卡口或者辅助卡口系统，对进出林场的车辆人员进行抓拍识别，对非法车辆进行重点布控，出现可疑情况进行报警。

林火监测预警子系统：

主要由热成像双目高清云台摄像机实现，对林场区域进行全天候监测，监测林场火情隐患，当有隐患发生时，通过前端摄像机进行火情识别，火点定位，气象信息采集并上传中心进行报警等。

移动巡护子系统：

主要由移动巡护终端和中心平台组成，用于护林员、森林公安、管理人员等对林场进行日常巡护和稽查巡护、监测巡护、武装巡护等，实时掌握林场的现场视频信息和巡护人员的位置，巡护轨迹等，用于指挥中心指挥巡护人员巡护工作（通过音视频对讲来实现），协助巡护人员提高工作效率，同时，采集的现场音视频信息可留作证据使用。

航空巡护子系统：

主要由无人机系统和指挥中心平台组成，利用无人机巡护视野宽、机动性大、速度快等特点，用于林场日常巡护、林火扑救指挥等。

无人机具有对地快速实时巡察 监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。

在对车、人无法到达地带的资  源环境监测、森林火灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优势。

尤其在林火指挥中，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。

防盗报警子系统：

主要负责基站铁塔及铁塔上设备的安全防盗，防止不法人员破坏铁塔或铁塔上林火监测设备装置等。

无线传输子系统：

将林场前端摄像机采集的图像信息，定位数据，气象信息等数据传输至指挥中心，保障数据的实时安全传输。

风光互补供电子系统：

负责对铁塔基站林火监测设备及防盗，通信传输等系统设备进行供电，保障系统安全稳定运行。

铁塔基建子系统：

建设在林场制高点或者其它林场关键点位，覆盖林场林火监测区域，用于搭载林火监测设备及防盗，通信传输设备等。

中心管理子系统：

负责接入林场前端林木防盗设备，林火监测设备，防盗报警设备等，实现林木防盗功能，林火监测，火情识别，火情定位，资源管理（救火资源，瞭望塔，扑火队，村庄等），火情分析，火灾档案管理，控制大屏上墙，媒体转发等功能。

存储子系统：

对前端传回中心的视频报警数据及气象数据等进行存储。

拼接大屏子系统：

实时展示林场各区域监测情况，将现场情况实时在大屏进行展示等。

应急指挥子系统：

当发生火灾隐患或者重要火情发生时，通过各种应急预案与各协作部门进行协同救灾应急处置，可实现电话，手机，对讲机，无线集群，会议终端，应急指挥车辆等设备的接入。

2.2.系统功能

2.2.1.二维电子地图功能

电子地图管理系统提供多套电子地图渲染方案，可供用户自由切换，选择，并支持用户自定义电子地图渲染方案并保存到系统数据库中，支持用户自定义的电子地图向其它用户分享等功能。

系统可以在任何环境，任何操作中进行多个模式（地图模式、地形模式、影像模式）的快速切换。

2.2.2.三维电子沙盘功能

·三维地图浏览

（1）  三维放大：

系统提供导航工具进行三维放大（单击导航视图并使用导航工具向下拖动进行放大）。

（2）  三维缩小：

系统提供导航工具进行三维缩小（单击导航视图并使用导航工具向上拖动进行缩小）。

（3）  三维漫游：

通过三维漫游工具可以一起移动观察点和目标位置，从而允许在三维场景中视图中横向移动，而无需更改相对观测方向。

（4）  三维全图显示：

通过三维全图现实功能使三维场景进行全图显示。

（5）  返回到用户范围：

系统提供了返回到用户范围功能，通过该功能，使用户在使用三维场景时候快速返回到当前用户的范围。

（6）  固定视通线：

绕固定点飞行。

（7）  朝北：

将观察点旋转至朝北。

（8）  环视：

旋转观察点以环视。

（9）  模型翻滚：

系统提供向上，向下翻滚功能，并可设置模型翻滚速度。

（10）模型旋转：

系统提供向左，向右旋转功能，并可设置模型旋转速度。

（11）当前坐标显示：

在三维场景（三维电子沙盘）中显示当前鼠标所在位置的坐标经纬度。

（12）高程显示：

在三维场景（三维电子沙盘）中显示当前鼠标所在位置的高程。

（13）高程垂直扩大系数设置：

系统提供的高程垂直扩大系数，可用于强调表面中的细微变化。

小数值的垂直夸大可用于平滑垂直变化极大的表面或要素。

（14）场景背景设置：

根据用户需要可以更改默认背景颜色和修改环境设置，以包括诸如星空、大气晕圈和雾等选项。

（15）定义照明度设置：

系统提供以环境光照或点光照的形式来应用光。

使用环境光照时，默认情况下是将一致的光应用到整个场景。

使用点光照时，可以调整环境亮度以使地球上位于点光照区域之外的部分变暗或变亮。

（16）指北针：

系统提供在三维场景中添加指北针的功能，三维场景进行旋转变化时，指北针进行同步变化提示。

（17）全屏模式：

当系统三维场景设为全图显示。

·三维飞行模拟

在三维飞行模拟中，系统提供开始飞行，向左转，向右转，提高向前飞行速度，减慢向前飞行速度并反转方向，增加飞行高度，降低飞行高度等功能。

系统还提供使用鼠标和键盘来控制飞行。

见图三维飞行工具。

·二三维地图同步显示，快速生成三维电子沙盘

系统不仅提供全区的三维电子沙盘功能，还提供二维、三维同步功能，如二维、三维地图同步显示（同时更新显示同一区域）、数据同步更新等（在二维系统中添加一个热点/火点，该热点/火点会自动更新添加到三维电子沙盘中）。

系统提供方便快捷的二三维视图快速切换的功能，在任何时候，任何操作中可以实现二三维快速切换。

2.2.3.非防火期

2.2.3.1. 林木防盗

实时掌握进出林场的车辆人员实时视频情况，掌握进出林场的车辆车牌号码，车身颜色，车标等信息，结合部署在林场公路各节点位置的前端系统可最终将进出林场车辆的轨迹进行还原，防止各种林场树木盗窃，乱砍乱伐，乱倒工业或化学废弃物的行为发生。

2.2.3.2. 巡护管理

实时掌握护林员、森林公安、管理人员等对林场进行各种巡护，实时掌握巡护林场的现场视频信息和巡护人员的位置，巡护轨迹等，提高巡护人员提高工作效率，同时，采集的现场音视频信息可留作证据使用，还可以用于指挥中心与巡护员进行音视频通话等。

2.2.3.3. 森林防火资源管理

森林防火资源信息管理提供对森林防火信息的维护与管理，其中包括对防火信息的添加、编辑修改、删除等操作。

森林防火信息图层包括森林防火办公室，森林防火指挥部，半专业森林消防队，专业森林消防队，乡镇扑火应急队，森林防火物资储备库，林区危险及重要设施，林火远程监控点，气象预警监测点，无线电台站，大型警示牌（大型宣传牌），飞机吊桶取水点，森林防火设备设施，卫星地面站，了望台，航空灭火蓄水池，防火线，防火林带。

图森林防火信息编辑维护

2.2.3.4. 监控管理

包括实时视频查看、云台控制、录像回放、视频上墙、语音对讲、卡口资源等管理。

其中卡口安装在林区主要进出干道上，一旦发生林木盗伐等违法事件，卡口记录的车牌数据或视频录像可用于提供给公安部门进行调查取证。

2.2.3.5. 防盗报警

安全守护铁塔及铁塔上设备的安全防盗，防止不法人员破坏铁塔或铁塔上林火监测设备装置等，保障系统的安全。

2.2.4.防火期-火灾发生前期

2.2.4.1. 林火监测预警

在林区各消防瞭望塔制高点架设远程热成像可见光双目全天候摄像机，覆盖大片森林区域，对初发火情，做到及时发现,及时报警，及时救护，使火灾隐患消亡在萌芽状态。

2.2.4.2. 火点定位

系统根据前端数字云台信息及其海拔，塔高，云台水平角、俯仰角信息结合DEM数据，通过森林火灾自动识别与报警功能发现火灾后，系统可以迅速、准确地锁定火点位置，同时获得火点所在的小地名，自动计算出火点周围的危险设备设施、扑救力量（森林防火专业队、半专业队、乡镇扑火应急队等），并快速分析计算出每支扑救力量到火灾现场的最近/最佳路径，进行林火扑救的动态模拟，使扑火指挥人员就近组织扑火队伍、物资展开有效的扑救。

系统使用单个监控塔实现定位，根据DEM数据，监控塔高度，和摄像机（镜头）的水平角、俯仰角，计算摄像机视线与地面的交点。

2.2.4.3. 火灾态势蔓延分析

林火蔓延是通过对火点位置的地形地貌、森林资源分布状况、自然天气状况等，根据森林火蔓延模型动态计算，自动生成林火蔓延的模拟效果，能够快速向决策者提供林火区域、蔓延速度、火场扩展趋势、火线强度等重要火灾行为信息，是满足日常林火管理和预测、扑救，建立面向日常林火管理的计算工具或信息系统。

林火蔓延是一个多相、多组分可燃物在各种气象条件和地形影响下燃烧和运动的极其复杂的现象。

本系统结合惠更斯原理和国际上成熟的林火行为模型（Rothermel的地表火模型，VanWagner的树冠火蔓延模型，McAlpine的林火加速模型），建立了适合特殊地形的林火蔓延动态模型，并开发了相应的动态模拟模块。

图林火蔓延示意图上图展示的是风的因素对林火蔓延的影响效果，对区域影响较大的地形、气温因子都是本系统开发模型的研究重点，火势蔓延分析模块将结合区域影响因子对已知火点进行快速模拟展示，为指挥决策提供必要的决策支持。

2.2.4.4. 资源检索

该功能模块为用户提供方便、快捷的地图信息查询工具。

主要有坐标查询、行政区查询、乡镇查询、居民点查询、山峰查询、湖泊水库查询、热点查询、火灾查询、扑火队伍查询、扑火设施查询、小班查询及防火信息管理、火灾图片及视频管理等。

2.2.5.防火期-火灾发生中期

2.2.5.1. 专家会商

根据系统生成的火灾态势图，在专家会商阶段，系统支持在火情地图上进行态势标绘，添加诸如疏散地、扑火路线等形式的标绘信。

不同区域的林火专家人员在同一个火情图上进行标绘和指导。

2.2.5.2. 救火最佳路径计算

根据火点信息、自动检索的防火物资、扑火队伍等信息，自动将相关的扑火资源与扑火堵截线路关联并建立起到达的最佳路径。

林业部门可以根据系统计算的最佳路径来相应调度相应资源前往支援火灾现场。

2.2.5.3. 应急指挥调度

系统支持调度在网的移动终端设备（巡防人员、灭火队等资源），森林防火指挥中心可通过语音对讲的方式与现场人员进行火情沟通、下达指令并获取关键信息，系统同时支持直接获取现场人员移动终端上传的现场视频等关键视像资料评估扑火方案的有效性。

佩带移动终端的人员会实时上传GPS信息，指挥中心可以通过地图观测现场人员所处的位置，并可以及时提醒现场人员注意人身安全等。

2.2.6.防火期-火灾发生后期

2.2.6.1. 火灾档案管理

可对火灾情况信息进行录入（时间、地点等），生成火灾档案（火灾点信息、火灾损失数据关联、救火措施文字描述和图片等信息），便于后续查阅并支持打印。

2.2.6.2. 火灾损失评估

森林火灾损失评估是森林火灾管理的主要组成部分，是做好森林火灾善后工作的关键。

大火发生后，森林防火的管理人员要对火灾造成的灾损进行评估，本系统利用数学理论、森林防火专业知识、图形图像处理技术、地理信息系统技术、数据库技术等建立森林火灾损失评估各参数理论模型，为森林防火工作的有效管理提供辅助决策。

目前，国内外对森林火灾造成的经济损失主要有两种评估方法。

第一将损失分为4类：

森林资源损失、直接经济损失、间接经济损失、森林环境经济损失。

第二种将经济损失分为直接经济损失与间接经济损失两大类进行评估。

在第一种划分中，直接经济损失、间接经济损失极易与其它两种损失混淆，所以系统选择第二种划分方法。

针对第二种划分方法过于简单、无法包括各种经济损失内容，本系统对该方法进行了进一步的划分，得到适合于本系统的新的评估方法。

火灾灾损类型图

接经济损失：

包括林木资源损失、木材资源损失、林产品损失、固定资产损失、流动资产损失、农牧业产品损失。

其中林木死亡率、林价及各类林木过火面积是影响直接损失及其经济损失评估结果精确性的三个重要参数，其中过火面积直接关系到直接的经济损失，

2.2.6.3. 森林火灾报表管理

·日报表：

将统计当日的热点信息根据区域进行统计。

·月报表：

统计当月所发生火灾信息，完成森林火灾统计月报表，月报表的格式如下图。

·

图月报表

·年报表：

统计一年内的火灾、专题防火信息、组织人员、物质储备库、宣传教务统、专业队伍等信息进行统计，完成统计年报表，下图展示位森林防火组织机构统计年报表。

图年报表统计格式

·八种林火报表：

国界附近的森林火灾、重大或特大森林火灾、造成一人以上亡或者三人以上重伤的森林火灾等八大火灾类型的报表，如下图。

图八种林火报表