森林火災動態監測預警技術方案的研究

文/傅珂（青島市即墨區應急管理局）

在當今社會，森林體系作為生態體系中的關鍵性組成部分之一，還能有效確保人類社會的生態發展及自然環境的良性演變[1]。在生活實踐中，森林火災屬于生態環境中很嚴重的一種災害。一旦出現火災，便會從相當大的程度上危及人們的生活。為了及時、有效地預防森林出現火災，對森林火災進行研究、開發了監測預警體系。基于現代化的高新科技、防火部門所給的資源化信息，來實時監測區域森林火災，并有效增強森林火災的直接預警和迅速自動準確定位的功能，以優化森林領域的火災監測預警網，提高實時監測質量，進而指導撲救活動[2]。

一、動態監測森林火災的預警功能

在實際展開森林防火工作時，為了快速地查明、準確定位火情，并且實時監測森林環境中精確的風速風向，就應充分關注森林火災遙感實時監測及預測火險等級的專業技術，并以此來大幅提升監測預警的質量和工作效率[3]。

從森林火災角度上看，動態監測預警體系主要具有幾個功能：（1）定位查詢空間的功能。針對森林火災，定位查詢監測熱點信息，并展開標繪等操作。在以上過程中，一般按衛星監測部門中心監測所獲的信息展開快速檢索，并在數字地圖上加以顯示。另外，按監測所獲信息，還可從地圖上初步標繪出火場狀況圖，幫助人們大致認識火災現場的距離、位置、方位、火災具體大小等，進而促進人們對其及時、有效地予以處理。（2）分析統計功能。一般會基于定位查詢功能，來統計分析森林火災信息。例如，統計防火信息、火災檔案、各種地形信息等。對于以上統計數據信息的事宜，均可經由森林領域火災的實時科學監測預警體系來實現，進而為防治火災打好基礎。（3）分析空間的功能。主要是分析火災出現位置的地形地勢、最短路徑、可視域等。基于以上功能，除了能夠幫助人們更深刻地認識火災情況外，還能夠幫助人們了解整個火災現場和四周各點的位置關系，以提出更好的解決方案。（4）評估火災損失的功能。作為該系統中的重要功能之一，損失評估主要是在森林火災后，統計、分析火災損失，如損失的森林面積、樹種等，以方便人們按損失統計，及時提出預防、改善的方案。

二、動態監測預警森林火災技術方案分析

（一）可編程式監控網

經由攝像頭和云臺動態聯動，賦予后端控制臺準確控制鏡頭焦距的功能。基于獨特的預置位等專業技術，確保了更清晰識別目標物體的效果。基于頂裝的設計，云臺可以從0°旋轉至360°，并且無死角[4]。在該高精度旋轉下，云臺可以捕捉得到很流暢的視頻信息。而變速轉動方式又可提升移動鏡頭的效率，從整體上大幅節約了輪詢周期耗費的時間。在云臺上的預置位，數量高達1024個，能夠設置10種以上的掃描模式，以促進云臺根據預設軌跡來完成自動掃描。也即在監控中心位置的管理人員能夠按各種林區特點，按需設置對應的預置位及整個掃描軌跡，以無縫監控林區，并按需重點監控關鍵區域及遠處山頭[5]。基于云臺，不僅可以遠程控制垂直夾角及水平轉角，而且還可以有機聯動控制各個鏡頭焦距。同時，還能實時從云臺采集到垂直夾角、水平轉角、鏡頭焦距等，再從監控網向監控中心回傳。

（二）前端監控林區體系結構

在構成中主要含有全天候低照度紅外攝像機、前端無線發射機(無線單兵)、云臺控制體系、基塔、供電體系、發射天線等，并且在各林區制高點固定下來。經由前端監控體系，主要采集各林區監控點對應的視頻信息，并數字化壓縮后，再經由無線發射前端設備發射到無線輸送(中繼)體系。此外，一般在野外安裝前端設備，并且在較高處安裝(考慮可視范圍要求)，所以極可能遭受雷擊，要求做好防雷措施，并注意強化防盜措施。在煙火智能識別上，通過前置嵌入式智能煙火體系識別設計，來進一步提升識別效率。

（三）采集林區視頻參數

經由前端基站內部的數字云臺，有效管控長焦攝像機。通過攝像機，能從垂直±45°、水平360°的范圍，掃描整個監控區，并編輯視頻采集卡后，再經過微波發射器向監控中心傳輸回來。從前端用視頻處理模塊來編碼、壓縮、傳送圖像數據，并通過微波等向監控中心輸送信號。

（四）前端設備體系防盜

在前端一般會在無人值守區域的密林深處安裝設備，所以可在安保攝像機后端，統一安裝智能識別分析處理器1個，來按安保攝像機所得動態圖像，設下物品丟失、周界保護等之類的報警網，以保護前端基站體系設備的安全性。如果有人攀爬、靠近基塔，就會啟動報警體系，安保攝像機就會錄像并向監控中心回傳實時錄像，且現場喇叭也會同步播放警示語。自監控中心收到報警信號后，便立刻從語音對講體系向現場警示喊話。此外，還可按林區自然環境，設置相應的預置位及整個花樣掃描軌跡，并與前端報警設備配合聯動，來搭建監控管理聯網平臺。

（五）智能識別煙火

經由前端智能識別煙火的處理器，實時分析攝像所得圖像，以免因圖像數據經壓縮再傳送至監控中心再分析圖像時，會因降低圖像質量而降低識別準確率。針對煙火智能識別體系，需要識別產品具有以下要求的靈敏度：在視頻圖像內，煙火最小靶面具有10mm×10mm象素面積，就能夠用以識別，與GIS體系相配合來定位火點。

（六）方案評述

在本系統的技術方案中，具備了監測預警森林防火體系的各項基本功能，能夠針對森林火災展開實時監測并分析空間、救援，統計火災、及時預測預警等。具體通過視頻圖像采集分析、智能處理林區煙火、智能圖像無縫融合識別、3DGIS技術、監控網絡等現代化專業技術，基于森林防火知識理論，建立起來智能監測林火預警和科學應急指揮體系。一旦火情發生，便可自動識別、及時預警。從火災現場采集到未經壓縮視頻下準確識別林火，以控制煙火識別的整體響應速度及預警準確率，進而展現林區監測預警體系的多功能性。例如，準確識別煙火、自動監控視頻、精確定位火點、推演火情蔓延形勢、輔助撲救決策、科學評估災后等。基于森林防火的一系列業務鏈，解決豐富多樣的個性化需求。但是，在損失評估方面，因為火災往往涉及直接和間接兩種損失，盡管直接損失中容易獲得面積大小，但卻經常缺失或難以得到損失林木蓄積量、人員傷亡、業界市場價格等信息數據，同時還很難確定評估間接損失的具體標準，因此，該部分的功能顯得薄弱一些。

三、結語

總之，針對森林火災，通過實施動態監測預警體系技術方案，能夠從相當大的程度上提供給救助森林火災很有利的條件。所以，應強化該系統研究工作，以便充分發揮該方案的功用，進而更好地救助森林火災，充分降低損失，有效保護生態、自然環境，確保社會的可持續、穩健發展。