淺談森林防火監測系統的設計與實現

黃日升

（上杭縣林業局）

淺談森林防火監測系統的設計與實現

黃日升

（上杭縣林業局）

森林被人類稱之為地球之肺。森林可以起著美化空氣，調節氣候，改善生態環境的作用。由于注重經濟利益，人們大量砍伐樹木，造成了我國森林面積的減少，但是隨著和諧社會和生態社會理念的深入，人們開始注重對森林的保護，亂砍亂伐現象已將有所改善。但是，森林資源的保護，不僅僅在于亂砍亂伐現象的禁止，還要注意到森林火災現象的發生。每年國家會因森林火災而減少的森林面積占全部的1/5。因此，做好森林的防火控制也是很重要的。本文主要是對森林防火檢測系統的設計和實現進行探討，希望為森林防火事業做一份貢獻。

森林防火；檢測系統；系統設計；系統實現

森林是地球的寶貴資源，往往存在著不定的人為因素或是自然因素造成森林火災的發生，給森林生態系統造成破壞，也損害了國家和人民的公共財產安全。森林防火工作是一項長期的、艱巨的任務。傳統的森林防火監測存在著諸多缺陷，比如山地里實時監控太難、數據信息分散也不易歸檔記錄，應急措施不能及時等。隨著科技的進步，人們將科學技術運用到森林防火監測上，比如，3S技術，Agent技術等，都可以大大提高森林火災的監控力度，及時救援，最大限度的避免損失，保護森林資源。

1 森林防火現狀

近幾年，由于全球溫室效應，臭氧層的空洞，厄爾尼諾和拉尼娜的交替發生，使得國內森林火災的發生呈上升趨勢。各處多森林的省市皆致力于森林防火監測系統的設計和開發，像云南昆明麗江就使用的是基于GIS的森林防火信息系統，主要作用在于火災的撲救和指揮。森林防火的技術在不斷向前發展，從人工向信息自動化過度，其中應用最廣的就是3S技術。主要就是利用RS進行森林火災的監測，利用GIS進行火災情況的收集、分析和處理，利用GPS進行火災定位和火災的最佳路線以及測算火災的面積。現代森林防火較傳統森林防火是有不同的，它將保護對象從喬木擴大到整個森林生態系統，改變了防火工作的內容，對于不同的森林，進行不同的防火工作，因地制宜，追求森林防火的整體功能[1]。

2 森林防火監測系統的設計

2.1 需求分析

2.1.1 應用需求

森林防火監測系統的設計，主要就是基于衛星遙感系統和森林當地的地理信息數據庫，采用VB、Acess，使用3S和MapObjects進行再次開發，設計出可以進行自動、全方位、全天候和連續的森林防火監測系統，進行監測和分析，同時發布警報消息。之前僅僅是利用氣象衛星傳感監測森林林火，這樣的話所能得到的數據大多是森林火災區的經緯度，更詳細的位置是無法確定的，但是如果與GIS相結合，那么就可以更準確的進行火點定位。

2.1.2 功能需求

對森林防火監測系統的功能需求，主要是以下幾點，極軌氣象衛星能實時接收數據并掃描衛星云圖進行自動反饋；能自動判定火點的經緯度、火點類型和火點的面積大小等；自動依據經緯度查找火點周邊的城市、地形地貌、最近的消防局和最佳的到達線路并生成圖形以供使用。這樣歸納起來就是8個功能板塊，分別是安全預警板塊、生態安全板塊、應急預案板塊、設施管理板塊、數據中心板塊、技術服務板塊、基礎設置板塊以及人員管理板塊。

2.2 設計原則

森林防火監測系統的設計原則有5個，分別是安全、實用、操作簡便、穩定和使用技術優良原則[2]。

2.3 系統組成和流程

森林防火監測系統的組成分為以下幾部分：①前端基站；②中繼站；③交換機；④服務器；⑤后端的森林防火監測系統操作平臺。其結構圖和流程圖如圖1～2。

圖1 森林防火監測系統的結構圖

2.4 系統功能的詳細設計

上文提到本文所設計的森林防火檢測系統總體有8個系統功能，下面對重要的功能進行詳細介紹。

2.4.1 安全預警

圖2 森林防火監測系統的流程圖

安全預警這塊設計了6個功能，如下：

（1）實時監管指的是對對森林全天候、無間斷的監控，包括當天值班的工作人員、顯示監控數據等。

（2）事件監管指的是對發生火災事件，領導小組所做的行動實時監控，另一面是對往來發生的火災事件進行記錄保存。

（3）預警信息指的是某個監測點所反饋的警告信息，包括有監測點所處的位置、監測點的名稱、監測點報告的時間、監測點所反饋的內容。

（4）預警短信指的是向森林周邊居民所發出的官方名義的火災風險警告，提醒大家注意用火和防火。

（5）移動視頻指的是可以實時查看每個監測點的視頻信息。

（6）聯動信息指的是未發生火災時，各級單位在森林防火中所承擔的職責記錄；發生火災時，各級單位共用一個通信頻道，進行分工，實時報告情況，進行搶險[3]。

2.4.2 生態安全

生態安全這塊有4個功能，分別是：

（1）安全評估，安全評估是指對森林片區進行詳細綜合的評價，按照森林片區的面積，進行定點溫濕度測評，給出火災的預警級別信息。

（2）氣候信息，氣候信息指的是通過專有的信息渠道向當地氣象中心來獲取氣象信息，并在系統首頁上顯示，每15min更新一次。

（3）林區氣候，林區氣候由監測點進行測量，并傳輸到操作中心。

（4）林區空氣，林區空氣也由監測點進行測量，有溫度、濕度等信息，并傳輸到操作中心。

3 系統的實現

3.1 選擇硬件平臺

3.1.1 森林火災基層監測點的硬件平臺

火災基層監測點主要作用就是實時監控所監控的劃分區域，完成預警工作。

首先，可以建立視頻監控系統，確保視頻圖像的采集和攝像實時監控工作。主要的硬件設備可以是重型數字萬向云臺、低照明度的攝像機、視頻服務器、網絡交換機，還有無線網橋和衛星設備。運作過程主要是攝像機所拍攝的圖像通過視頻線連接到視頻編碼的終端，視頻編碼的終端又與云臺相連接，編碼后通過無線網橋與交換機相通，將視頻圖像顯示到總操作監控中心進行信息反饋和處理。詳細就是視頻監控系統將監控區域納入攝像范圍，這需要衛星遙感的幫助。監控中森林各地貌和物種以不同的圖像呈現出來。在圖像上人們以不同的顏色和深淺來辨別不同的事物。如若發生火災，顏色就會出現變化，信息就會即刻報告給監控中心，管理人員就會通過GPS定位馬上確定火災地點，采取撲救措施。

另一面，可以建立基本的瞭望臺。在古代，瞭望臺就是存在的，人們以烽火狼煙傳遞信息。隨著時代的發展，人們在瞭望臺上進行著更迅速的傳遞。瞭望臺的建立起監測和預警雙重作用，它的建立比較簡單，所含高科技不太多，非常適宜在基層的林區遍布[4]。建立位置一定要高，這樣的話一旦發生火災，管理人員就會立刻發現，拉動瞭望臺上的警鈴，或者通過電腦和電話告知搶救人員，展開撲救行動。

3.1.2 森林火災監控中心的硬件平臺

森林火災監控中心的監控系統主要由計算機、GIS、網絡交換機和無線線纜組成，完成一系列的任務和監控。像接收監測點所傳回的視頻信息、數據信息和語音信息的網絡化處理，對圖形進行分析和對比然后決策等[5]。運作過程是監控中心通過無線網橋把數據信息傳送到交換機上，編碼器進行解碼還原最初的圖像并顯示到總臺計算機上。

3.2 系統實現

以重慶森林防火監測系統為例。

圖3

圖4

本文設計的森林防火監測系統實現后可進行監測、預警等多樣功能。所具有的獨特特點在于遠程監控過程中可以直觀的看到森林的狀態，以便能及早的發現火災，另外遠程監測點的建立使得火災現場的圖像及時傳回系統中心，以便系統工作人員及時安排相關事宜，展開撲救工作。同時，森林防火監控中心利用并運用CDMA網絡控制遠程的設備，可以全程記錄下火災的發生狀況，為之后的修復和預防提供了寶貴的資料[6]。

4 結束語

森林于人類的存在而言是不可或缺的，它給予了人類以氧氣、水和生存的力量。而每年因為火災的發生，卻損失了大片的森林面積。所以，為了保護森林，保護我們的生態環境，我們一定要做好森林防火監測工作，使用具有現代化的森林防火系統，及時的發現火災隱患并進行警告和行動，使森林受損面積減到最小。

[1]羅 捷.森林防火監測系統的設計與實現[J].電子科技大學，2012，23（11）：124～125.

[2]許水燕.基于GIS的森林防火監測系統的研究與實現[J].南京農業大學，2013，17（06）：257～258.

[3]曾文英.森林防火監測預警系統的設計與實現[J].江西師范大學，2014，16（03）：162～163.

[4]樸美花.森林防火監測系統的設計與實現[J].科技風，2015，27（08）：297～298.

[5]曾臺盛.基于無線傳感器網絡的森林防火監測系統設計[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2011，14（06）：157～159.

[6]王 展.森林防火監測系統的設計[J].黑龍江科技信息，2014，10（11）：207～208.

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1005-7897（2016）08-0060-03

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