森林防火遠程智能監測系統建設技術方案初探

張明+++++張清

【摘要】：森林防火工作十分關鍵，意義重大。當前智慧地球建設如火如荼，建設森林防火遠程智能監測系統是當前的一大趨勢，如果一旦建成，將取得十分顯著的效果。本文結合相關案例，探索了該系統的技術方案，僅供參考。

【關鍵詞】：森林防火；遠程智能監測；技術方案

現階段在云物大智移技術的支撐下，組建森林防火遠程智能監測系統，將具有實效，是解決傳統監測手段當中所遇到問題的重要方案。

1、項目概況

江蘇省金壇茅山旅游度假區總面積128平方千米，是當地自然景觀的核心區域，人為活動頻繁，地處丘陵山區，森林植被茂盛，日照時間長，全年有150d以上為橙色防火預警等級。目前，金壇茅山森林防火壓力大，火險發生概率高，防火形勢嚴峻，常規森林防火預警監測手段已經不適應當前工作需要。金壇區林業主管部門和茅山管委會決定對景區實施重點預警監控，促進森林防火科技和管理水平，以全天候自動監管模式代替人工巡護，提高森林防火工作效率。

2、功能需求分析

針對項目的實際情況，以及森林防火的實際應用特性，所建設的遠程智能監測系統應具備以下基本功能。

1.1信息采集

從以往針對森林火災的研究經驗來看，發生森林火災時，空氣濕度、煙霧濃度、光強度、大氣壓力、風向風速等將發生顯著變化，系統設計時可考慮這些因素，將它們作為主要的判斷森林火災發展趨勢的主要依據。那么系統功能中就需要至少滿足能夠實時采集上述因素的信息。現階段的視頻圖像技術以及傳感器技術能夠滿足要求。

1.2信息存儲與傳輸

在滿足實時信息采集的同時，還要能夠滿足海量信息的存儲和信息的實時傳輸，因為要實現全天候的自動監管，分布在林區的傳感設備將收集大量的實時信息數據，加之以往的監控系統的數據，這將需要PB級別的信息儲存能力。同時這些信息傳輸對網絡要求高，至少要保證監控智慧中心能夠第一時間接收到來自林區傳感器等設備的信息。尤其是火災初期，要能夠及時讓指揮中心知曉情況，只有這樣才能在第一時間組織林火分析，并出臺有效的撲救方案，以便控制火災發展趨勢，減少損失。當前的網絡通訊技術基本滿足要求，當然需要建立前端基站，組建專用網絡才能保證效果。

1.3火災定位與功耗低

要實現快速反應，關鍵是要實現精確快速的火災定位，同時要能夠預測火災發生時間。目前3S技術可以為這項功能提供技術支撐。此外，森林環境惡劣，系統供電是一個難題，分散在林區的設備，應當具備良好的續航能力，功耗要低，且要具備自供給能力。

3、系統組建

3.1頂層設計

系統基本由前端智能采集站，信息傳輸系統以及后臺監控中心組成，具體而言有四個層次，包括數據集合層、云平臺、網絡層以及感知層。首先，感知層，這是由分散在林區的傳感設備、儀器儀表、視頻采集站等組成。其中的關鍵是物聯網，利用傳感器技術、智能嵌入技術等來構筑森防火遠程智能監測系統的感知層，為系統提供實時信息數據。

其次，云平臺，基于云計算構建云平臺，這種方式可以有效降低成本，因為云平臺可以弱化數據中心的作用，并且能夠比較有效地兼容現有的監控設備。云平臺的分布式異構技術體系是最為可行的方案，也符合今后相當一段時間的技術發展趨勢。

第三，網絡層，系統組網是最為復雜的一個層面，雖然說當前網絡通訊技術已經十分先進，可以運用有線網，也可以利用無線網，但是考慮到林區復雜的環境因素，若單純采用有線網，為保證傳輸效率，當前可采用光纖。但是這樣一來雖然能夠保證信息的實時傳輸，但投資太大，工作量大，工期長。如果利用無線網絡傳輸，需要建立通訊基站或是租借通訊基站，這些都需要投入成本，而且不一定能夠保證信息傳輸效率，所以最好的方式還是有線和無線相結合。前端可以用無線網組網，爭取最大的覆蓋率，信息存儲與分布式前端服務器，然后利用光纖網向指揮中心傳輸數據。

第四，數據集合層，要從大數據的角度，集成歷史數據庫、實時監控數據庫構成數據集合層，這是實現智能監測的關鍵。對于基于大數據的數字平臺來說，目前有很多可行的方案。比如greenplum，它是MPP（大規模并行處理）架構的數據產品，在應對海量數據和整合業務數據方面具有很大優勢，而且它是開源的。

3.2技術方案

3.2.1物聯網實踐

集成物聯網、大數據、互聯網和云計算，突出感知能力、交互體驗、決策能力和體系化，能夠使森林防火工作智慧化運轉，關鍵就是組建物聯網。在森林防火領域，物聯網主要用于林區管理、信息監測和自動化撲救（如果不計成本建設了自動噴淋系統的話）。物聯網組建上，要滿足上文提出的功能需求，至少要配置連續變焦紅外熱成像儀、熱成像超溫檢測系統以及可見光圖像檢測系統。通過建立智慧防火專網和移動互聯網實現相關設備的標定、管理以及監控。

森林防火關鍵點還是要做好組網工作，應當考慮林區地形地貌，盡可能選擇高地勢區域，保證監測站的視野范圍，盡可能地以最小投入達到最大化的監控范圍。可結合GIS定位林區現有的中繼臺、瞭望臺、發射臺等，將它們疊置到林區的火險等級區域，并將其組件成備用網絡。然后利用DEM進行視域、通視及緩沖區分析最后利用分析數據優化組網方案。

3.2.2、智能控制系統

在后臺監控系統中搭建智能控制系統，智能控制感知設備，充分利用專門的分析算法，利用各種感知設備的優勢，有效地降低誤報率。前端超溫探測系統產生火險報警信號，并標注火焰區域坐標，熱成像儀和可見光攝像機，重新映射坐標信息，然后通過網絡提交到智能控制系統，由系統的視域定位算法，將坐標映射至可見光攝像機視域上計算報警點位置，并用可控制攝像機或是熱成像儀詳細觀察疑似火焰區域，在GIS系統標注準確位置，發出報警信號，并通知各關聯用戶終端。

結束語：

綜上所述，建設森林防火遠程智能監測系統，在云物大智移技術的支撐下，是十分可行的。本文所研究的項目雖然尚未完全建立其該系統，但是由已完成的成果來看，極大地提高了防火工作的準確率和效率。當然本文的探討的內容可能有不足，但是具備一定的參考價值，希望可以與業內一同探討進步。

【參考文獻】：

[1]田仲富，王述洋，黃英來.基于無線傳感器的嵌入式森林防火智能監測系統[J].智能系統學報，2014，06：763-768.

[2]陳琳.智能監測指揮系統在區縣森林防火工作上的運用[J].林業建設，2016，06：44-46.

第一作者簡介：張明（1982年11月-），男 ，漢族，湖北石首人，碩士，高級工程師；從事森林資源監測工作.