北斗在森林防火應急中的應用研究

曾小龍，明 園，宋 宇，趙壽濤，何 潤，吳 羨

（成都振芯科技股份有限公司，成都 610041）

技術研究

北斗在森林防火應急中的應用研究

曾小龍，明 園，宋 宇，趙壽濤，何 潤，吳 羨

（成都振芯科技股份有限公司，成都 610041）

本文主要探討北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在森林防火中的應用，從技術實現(xiàn)角度出發(fā)，深入研究用戶需求，將北斗與其他系統(tǒng)結(jié)合，設計并初步實現(xiàn)了森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)。可實現(xiàn)定位、通信、查詢、監(jiān)控、報警、調(diào)度管理等功能，為森林防火應急指揮提供了高效、全面并行之有效的信息化管理思路。最后，針對本系統(tǒng)的應用前景進行了分析和展望。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；森林防火；指揮調(diào)度

1 引言

森林防火是林業(yè)安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，在信息時代的今天，如何利用科技手段做到在火災發(fā)生前，能夠不斷提供火災發(fā)生背景和條件的大量信息，確定火災可能發(fā)生的地區(qū)、時段及危險程度，采取必要的防范措施，減輕火災造成的損失；在火災發(fā)生發(fā)展過程中，能夠不斷監(jiān)測火災的進程和勢態(tài)，及時把信息傳到防火撲救指揮中心，以便有效地組織救助活動；火災之后，可以在大范圍內(nèi)實施快速反應，迅速準確地查明受損狀況而做出較為準確的評估，并且利用各種科技手段組織、協(xié)調(diào)相關部門、人員，以及救災資源進行救災減災，已經(jīng)成為管理部門的迫切需求。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)和完善的信息安全性，實現(xiàn)了通信與導航的集成[1]。隨著我國自主研發(fā)的北斗一號衛(wèi)星導航系統(tǒng)在諸多領域發(fā)展運用及北斗二代的投入使用，具有全天時、全天候高精度定位導航、精確授時和雙向通信的新一代北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，無疑為森林防火應急指揮調(diào)度提供了非常有效的技術手段。

2 基于北斗的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)

針對森林防火應急管理部門需求，結(jié)合北斗系統(tǒng)特點，本文重點研究并實現(xiàn)了一個基于北斗的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)，以提高森林防火應急管理部門對所轄林區(qū)的監(jiān)控、預警、撲救能力以及信息化管理水平。平臺以計算機網(wǎng)絡技術為基礎、以北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為核心，以地理空間數(shù)據(jù)為依托，融合GIS技術、RS技術、數(shù)據(jù)庫等手段，綜合各項森林防火應急資源，統(tǒng)一指揮、聯(lián)合行動，為國家林業(yè)安全提供強有力的保障。

2.1 森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)、指揮中心、相關聯(lián)動單位組成。應急車和撲救人員通過北斗系統(tǒng)上報，指揮中心通過北斗系統(tǒng)發(fā)布作戰(zhàn)指令。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)關鍵技術

（1）北斗通信。北斗特有的短報文通信通過北斗衛(wèi)星鏈路實現(xiàn)，完全不依賴于移動網(wǎng)絡和因特網(wǎng)絡，特別適用于偏遠林區(qū)和移動網(wǎng)絡中斷情況下應急搶險指揮調(diào)度。北斗森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)在北斗短報文雙向通信的基礎上，通過制定北斗森林防火應急指揮調(diào)度通信協(xié)議，實現(xiàn)了派單、報警等業(yè)務功能。

（2）數(shù)據(jù)采集算法和排隊策略。北斗森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)采用北斗二代定位，北斗一代通信。由于北斗一代通信帶寬限制，采用頻度計時通信機制，因此北斗二代定位數(shù)據(jù)不能完全上報到中心平臺；同時，北斗終端設備和中心平臺可能會進行比較緊急的通信，如派單回執(zhí)、報警求救和通信申請等，在顯控終端設計實現(xiàn)了優(yōu)秀的定位數(shù)據(jù)采集算法和基于優(yōu)先級的通信排隊策略算法。該算法既保證了緊急通信不會阻塞，又滿足了定位軌跡的實時性和連續(xù)性。

（3）離線導航技術。離線導航技術的實現(xiàn)使得北斗森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)完全不依賴于移動網(wǎng)絡和因特網(wǎng)。與在線地圖相比，離線導航技術提供更豐富的地圖功能，更快捷的地圖加載速度，優(yōu)異的導航路徑規(guī)劃算法，基于語音的導航提示和小巧輕便的地圖引擎和地圖資源庫。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（4）標準協(xié)議。制定了《北斗森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)通信協(xié)議》，成為北斗在森林防火行業(yè)應用的通信標準，為項目的后期推廣奠定了技術基礎。

2.3 系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

通過研究國內(nèi)外已有的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)并結(jié)合我國森林防火應急指揮特點，設計平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺結(jié)構(gòu)

為提高系統(tǒng)的可移植性，加快系統(tǒng)開發(fā)進程，結(jié)合軟件復用思想和面向?qū)ο蠓椒ǎ址阑饝敝笓]調(diào)度系統(tǒng)采用構(gòu)件化方法進行建設。將各個業(yè)務功能分為不同的模塊，分別開發(fā)，最后加以“組裝”，形成最終的監(jiān)控系統(tǒng)。此外，為滿足多用戶并行訪問需求，系統(tǒng)用戶通過WebService訪問數(shù)據(jù)庫，可避免數(shù)據(jù)誤操作，提高數(shù)據(jù)存儲安全性；同時，系統(tǒng)借助WebService支持數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡發(fā)布，可提高數(shù)據(jù)訪問效率，從而為平臺擴展和互操作打下基礎。

基于北斗的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)主要包括六個功能模塊：接警/處警模塊、導航定位模塊、資源調(diào)度模塊、智能預案模塊、信息發(fā)布模塊、信息上報模塊。

基于北斗的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)，可對所有安裝與使用北斗衛(wèi)星導航終端的應急車輛和撲救人員實施智能調(diào)度監(jiān)控，能夠提供各種信息增值服務，系統(tǒng)可對車輛的行駛速度、方位、狀態(tài)進行監(jiān)控，為用戶提供位置查詢、導航以及相關地理信息服務，為森林防火應急管理部門進行遠程調(diào)度指揮提供信息支持。系統(tǒng)可通過北斗鏈路向車載終端設備發(fā)布指令并利用北斗集群指揮功能對網(wǎng)內(nèi)用戶進行指揮管理。此外，系統(tǒng)具備智能預案功能，輔助森林防火應急管理部門決策指揮。

基于以上目的及要求，我們設計并實現(xiàn)了一個基于北斗的森林防火應急指揮調(diào)度原型系統(tǒng)，系統(tǒng)運行界面如圖3所示。

圖3 北斗森林防火系統(tǒng)運行界面

系統(tǒng)可實時顯示終端用戶定位、通信、報警等各種信息，對平臺接收及發(fā)布的信息統(tǒng)一顯示，可實現(xiàn)對屏幕顯示目標的監(jiān)控管理以及報警區(qū)域的設置。系統(tǒng)可進行報警區(qū)域規(guī)劃，并可選擇用戶進入報警區(qū)或離開報警區(qū)報警。系統(tǒng)與監(jiān)控目標間可進行北斗短信或手機電文互通，并可通過指令發(fā)送相關菜單項，發(fā)送參數(shù)修改指令消息，實現(xiàn)對監(jiān)控終端的指揮控制。

系統(tǒng)可根據(jù)管控需要為車載終端設定位置報告參數(shù)，包括設置終端位置回報拍頻率及回報個數(shù)等。此外，系統(tǒng)支持在線監(jiān)測、報警統(tǒng)計、短信統(tǒng)計、智能預案等功能，可輔助決策，提高森林防火應急管理部門的決策指揮能力。

3 結(jié)束語

本文研究的森林防火應急指揮調(diào)度系統(tǒng)是一種對各種分離的信息與通信資源進行了完整的系統(tǒng)集成，通過專門部門統(tǒng)一的指揮調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)跨部門之間的統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)一致，使高效應急、聯(lián)合行動成為現(xiàn)實，在更好服務林業(yè)安全生產(chǎn)的同時，幫助林業(yè)管理部門改進對林業(yè)重大突發(fā)事件的快速反應能力和科學決策水平。同時本系統(tǒng)還可以將森林資源管理、營林管理、森林調(diào)查設計等集成，使本系統(tǒng)能滿足多個部門的應用。因此，本系統(tǒng)的研制與應用，具有很強的實用價值和現(xiàn)實意義。

[1]譚述森.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展與思考[J].宇航學報，2008,(02):391-396.doi:10.3873/j.issn.1000-1328.2008.02.001

Research on Application of BeiDou in Emergency Rescue of Forest Fire Prevention

Zeng Xiaolong, Ming Yuan, Song Yu, Zhao Shoutao, He Run, Wu Xian
(Chengdu CORPRO Technology Co., Ltd., Chengdu, 610041)

This article mainly discusses the application of Beidou satellite navigation system in the forest fire prevention, from a technical standpoint, in-depth study of users’ demands, to combine Beidou with other systems, designed and initial implemented the commanding and dispatching system of emergency rescue to forest fire prevention. The system could realize positioning, communication, inquiry, monitoring, alarm, command and management, This system could provide efficient and comprehensive parallel effective informationalized management ideas for emergency rescue to forest fire prevention. Finally, We analyzed and prospected application prospect of the system.

BeiDou navigation satellite system; forest fire prevention; Command and dispatch

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.08.002

TN96文獻標示碼：A

1672-7274（2015）08-0005-04