智能森林防火监测预警系统的应用

　　一、应用背景

　　（一）森林防火的重要性

　　森林是整个地球生态环境的一个主要的调节者。林业在国民经济建设、人民生活和自然环境生态平衡中，具有特殊的地位和作用。

　　然而，由于人为、气候干旱或雷击等原因，森林资源每年都在遭受着森林火灾的威胁。森林火灾不仅无情毁灭森林中的各种生物，破坏陆地生态系统，而且其产生的巨大烟尘将严重污染大气环境，直接威胁人类生存条件，而且扑救森林火灾需耗费大量的人力、物力、财力，给国家和人民生命财产带来巨大损失，扰乱所在地区经济社会发展和人民生产、生活秩序，直接影响社会的稳定。据统计，自1950年以来，我国年均发生森林火灾13067起，受害森林面积653019公顷，因灾伤亡580人，火灾带来的危害与损失怵目惊心。

　　森林防火工作已经成为我国防灾减灾工作的重要组成部分，是国家公共应急体系建设的重要内容。加强生态环境建设，维护生态安全，是21世纪需要人类攻克的一个重大课题。

　　目前，我国在森林防火方面还处于人机结合的模式，没有完全实现防火、预警、监测的智能化。智能森林防火系统建设工作，是加强森林火灾预防能力和提高指挥扑救水平的需要，是有效管理林业资源和保持生态平衡的需要。在已往的森林防火、监测工作中，存在着五大缺陷：一是以地面巡护为主，劳动强度大，人力有限，很容易造成预防盲区，即火灾都发生了一段时间后才被发现，到达火场时，已经错过了扑火的最佳时间，增大了灭火的难度；二是知道某个区域发生了森林火灾，但无法确定具体位置，使扑火队伍无法第一时间到达准确地点，贻误火灾扑救的最佳时机，小火已成为大火；三是准确计算过火面积比较困难；四是指挥协调各个队伍困难，不知其各自准确地理位置；五是火灾分析难，难以计算过火面积、蓄积量等。利用智能森林防火监测系统，可以解决上述问题，避免火灾发现迟、报警慢等情况，同时结合GPS可对现场扑火人员进行指挥，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，使森林防火工作迈上一个新的台阶。

　　（二）林业部门对森林防火监控系统的需求

　　1、加快灾情的反应速度

　　快速反应已经成为森林防火工作的发展动力之一。森林火灾的特点是：突发性强、破坏性大、扑救困难，而其首要特点就是较强的突发性。森林火灾的这一特性决定了森林防火工作要突出对火灾发生状况的快速反应。快速的反应机制就是火灾扑救能否成功的关键。因此必须下大力气、千方百计加快现有森林防火系统的快速反应性能，使现有技术尽快升级，满足林业生产和经营维护的需要。

　　2、增强热点、灾害规模判别的准确性

　　目前，我国的森林防火机制主要有：地面巡护、了望台监测、航空巡护和卫星遥感。虽然基本上覆盖防护工作的各个层面，但是不同程度上存在监测误差，对灾情的准确判断、扑救措施的科学部署产生了影响，无形中扩大了灾害带来的影响。

　　3、降低成本，节约财力

　　目前，森林防火工作的代价高昂。无论是人工巡护、了望，都需要耗费大量的人力、财力、物力；航空租用、卫星遥感成本高，费用大。而智能森防监控指挥系统可以基本实现巡护无人或极少人值守，而且能与相关管理系统对接，形成协调联动机制，节省了重复建设信息、管理平台的资金，避免浪费。

　　4、服务的拓展和延伸 

　　林业部门对森林防火监控指挥系统的要求不仅局限在单纯地满足火灾预警、数据采集等森防的需求，还要与既有的管理平台对接，为林业及相关部门提供林政资源管理和生态环境保护等方面的支持，使森防系统成为资源共享的平台。

　　二、应用原理

　　黑龙江省物联网中心立足于黑龙江省林业资源丰富、森林覆盖率高的实际情况，引导系统方案提供商在伊春市友好林业局采用了智能森林防火监测预警系统，并在吉林省长白山、江西省井冈山也应用了智能森林防火监测预警系统。系统根据不同地区的实际，主要采用红外热成像技术，辅之以摄像、云台和软件系统。通过前端实时采集技术和前端实时处理技术实时监测系统。通过在硬件直接处理器前完成数据采集，实现前端实时处理，实时判别热点更快速、直接、稳定、准确，为林业系统提供详细的数据和灾害处理提供精准、高效的服务。

　　三、技术方案及系统构成

　　智能森林防火监测系统立足于在可接受成本的技术方案中，选择尽可能提早发现热点并准确定位的技术方案。所谓智能森林防火监测系统是指在现有森林防火监测系统的资源平台基础上，采用创新技术，使系统智能升级。

　　目前，在黑龙江省，有相当一部分系统提供商致力于智能森林防火监测系统的研发。系统研发的主要突破点是火点识别的精确性和反应机制的迅速、快捷。系统开发主要以森林火灾的发生特点为依据，核心技术是是红外热成像告警识别，同时融合了光、机、电技术于一体。该系统以森林火情监测为主、自然生态保护为辅，综合运用热点识别定位、告警、GIS技术、滤光透雾技术、数字图像处理技术等先进技术。

　　具体案例说明：

　　1、伊春友好林业局：此系统是2010年开始应用于黑龙江省伊春“友好”林业局的一套智能森林防火监测系统。基于红外热成像告警识别，集光、机、电于一体的森林防火系统。该系统以森林火情监测为主、自然生态保护为辅，综合运用热点识别定位、告警、GIS技术、滤光透雾技术、数字图像处理技术等先进技术。适用于各地林区防火的需要，投资小、见效快、收益大，具有较大的实用推广价值。

　　其系统组成如下图： 

　　2、长白山、井冈山：此系统目前已在长白山、井冈山推广应用，反响很好。在视频色谱分析报警、烟雾形态分析报警的基础之上研发的红外热成像森林防火监控报警系统，实现了由人机结合的防火模式向全自动火灾识别自动报警模式质的飞跃。该系统的监控报警功能是按照无人值守方式设计的，其控制方式采用PTZ控制方式、预置位调用方式和极坐标扫描方式，尤其是极坐标扫描方式，可全方位扫瞄，发现火情后自动跟踪，便于直观判断火情发生的方位和距离；发现火情后，系统可在20毫秒之内进行判断，并采用多形式自动报警方式:主控室采用声光和对话框报警方式：对防火值班室和救火分队采用电话和短信报警方式；也可视情对主管领导和上级机关采用无线远程自动呼叫；网络客户端远程报警。报警内容可包括火源发现时间和火源位置的GIS地理信息，其坐标误差可控制在0.05度之内。

　　系统可实现无人值守，即系统工作时可无需任何人操作，系统开关机、报警及巡视实现全自动完成；自动报警：通过电话或短信的方式报警、无线远程自动呼叫，能准确对有火情区域进行分析和报警；前端气象信息自动采集、显示、预警，对不同天气环境做出火险等级预报；全天候自动巡视：通过数字云台可对需要探测区域进行精确扫描，扫描速度、扫描区域可任意设置。