智慧林業森林防火方案探討

謝冬梅 宋欣慰

摘要：森林火災因為具有意外性大、高危險、破壞性強、不確定因素較多等因素，是沒處置難度最大，危害最嚴重的自然災害之一，發生頻繁，對森林資源安全和生態文明建設構成了及大的威脅。依據國家林業局《全國林業信息化“十三五”發展規劃》，全面支撐引領林業現代化數字建設，緊貼林業改革發展、森林資源保護等各項事業，推動“互聯網+”數字林業建設。基于此，本文主要通過側重林業信息化管理中的新技術運用和建設中的智慧森林防火系統解決方案進行探討。

關鍵詞：智慧林業;視頻聯動系統;森林巡護系統

Abstract：Forest fires are unexpected， destructive， dangerous and uncertain. They are one of the most frequent， difficult to deal with and most harmful natural disasters in various countries and regions. They are the greatest threat to the achievements of ecological civilization construction and the security of forest resources， and even lead to ecological disasters and social crises. According to the "13th Five-Year Development Plan of National Forestry Informatization" issued by the State Forestry Administration， we will fully support and lead the digital construction of forestry modernization， closely follow the forestry reform and development， resource protection， ecological restoration and other undertakings， and vigorously promote the forestry construction of "internet plus". Based on this， this paper mainly discusses the application of new technology in forestry information management and the solution of intelligent forest fire prevention system in construction.

Key words：Wisdom forestry;Video linkage system;Forest patrol system

隨著信息技術的應用，信息資源逐步成為智慧林業發展的重要因素，信息技術在發展和應用中，也起到重要的凸顯作業[1]。

1 智慧林業森林防火介紹

1.1 森林防火背景

2009～2018年我國森林火災發生頻度整體呈下降趨勢，2011年以后我國的森林火災特征存在一個顯著的轉折，即由重轉輕。2018年我國共發生森林火災2478起，較2009年降低了6381起，森林火災次數大幅下降。

1.2 森林防火現狀和問題

1.2.1 黑龍江森林資源豐富

森林火災危險性高、持續時間長、處置難度大，危及人民生命財產嚴重、森林資源破壞性強，極易引發生態災難[2]。

1.2.2落后的傳統防火指揮手段問題日益突出。

一是林內可燃物多，冬春季節風大物燥，極易引發大的森林火災。二是森林旅游已成為人們回歸自然的一種時尚，野外生產生活用火頻繁，火災隱患增多，管理難度大。三是一些地方農村基層矛盾突出，引發的森林火災案件增多，故意縱火案時有發生。

2 智慧林業森林防火架構與管理

以利用全新的現代信息技術為核心，搭建一種智慧化發展的長效機制，實現林業高效發展[3]。

2.1 智慧林業森林防火的架構

2.1.1 信號采集

通過高空瞭望系統、一體化云臺攝像機、煙溫感攝像機、高清球機等采集設備進行信息收集。

2.1.2 數據傳輸

可利用微波傳輸、5G無線傳輸、光纖傳輸等方式搭建傳輸平臺。

2.1.3 設備供電

采用就近接取市電、風力發電、太陽能供電等多種方式。

2.1.4 數據應用

通過對采集圖片等數據的合成，GIS應用等，觸發聯動報警，及時采用應急、救護手段。同時可以進行智能化分析，在火災發生之前進行預警。

2.2 智慧林業森林防火系統平臺結構

森林防火三級網絡視頻監控系統支持省、市、縣三級聯網功能，可以設定權限，上級具有優先控制權限，本級只允許查看轄區內的視頻圖像。

最高權限：具備權限管理、林火預警管理、MSS管理、云存儲管理、鏡頭控制、流媒體轉發、錄像管理、視頻預覽管理、視頻分組管理、區塊鏈存儲技術、AI視頻管理、巡航管理、防火事件管理、氣象管理、應急響應管理等功能;

包含本級及區縣級權限：包含網絡視頻監控軟件（市級）、森林火情熱點反饋及統計系統、護林員信息管理系統、空間基礎（矢量）數據、衛星遙感影像、數據處理與入庫、三維Web-GIS平臺、數據庫企業版、森林防火綜合管理平臺;

具備本地管理權限：可查看轄區內整體的資源狀況以及轄區內下各個級別的數據，也可細化到小班級別，各區縣根據平臺權限，可添加、刪除、以及更新轄區內防火資源數據。

2.3 智慧林業森林防火目標和建設步驟

2.3.1 制定標準要求高起點、高標準、高規格、高回報、低投入;

2.3.2 方案論證要求多重驗證、樣板測試、效果評估;

2.3.3 設備選型要求統一型號、統一標準、設備成熟、服務保障完善;

2.3.4 系統招標要求建設標準、預算分析、產出評估;

2.3.5 分布實施要求階段驗證、管控演練、客戶服務;

2.3.6 效果評估要求數據情況、應收占比、社會評估。

2.4 智慧林業森林防火管理架構

以一個中心，三層平臺進行搭建，一個中心指林業指揮中心，三層平臺為智慧應用平臺、智慧林業平臺、基礎設施平臺，來實現更深入的分析和管理，更全面的互聯互通，更透徹的感知。

3 ?智慧林業森林防火解決方案

3.1 智慧林業森林防火面臨的問題

3.1.1無法聯動

視頻監控系統、報警系統、電子地圖定位沒有形成聯動，無法形成報警、視頻監控和城市地圖定位的聯動系統。

3.1.2 缺少多級平臺管理

無法實現基層單位使用的基礎平臺與總部使用的指揮平臺聯動，形成實時出警和指揮的預案機制，避免惡性事件發生。

3.1.3 基礎報警布局不完善

基礎監控布局日益完善，但是基礎報警觸發點布局嚴重缺乏，沒有形成實時報警、實時定位、實時視頻聯動、實時調度指揮。

3.2 智慧林業森林防火設計理念

3.2.1 業界領先

領先的智慧林業防火安全指揮平臺設計理念，基于云計算、物聯網、互聯網技術，采用模塊化架構，進行統一的平臺管理[4]。

3.2.2 智慧林業防火安全指揮系統實現

城市級平臺和基層平臺級聯綜合管理、防火安全指揮、大數據分析、監控報警聯動、智能分析應用、日常管理、值班管理等業務應用[6]。

3.3 智慧林業森林防火子系統

3.3.1火災緊急報警系統

根據地理位置，設置緊急報警裝置，一旦觸動緊急報警點，周邊攝像機開啟聯動，進行視頻抓拍/錄像/實時監控等應用。智慧林業防火安全指揮系統平臺可以報警點實時定位聯動各子系統進行及時響應。

3.3.2 視頻巡檢系統

視頻巡檢系統是新研發的管理功能，源于智慧林業安全防火指揮系統的創新升級。

應用視頻監控系統，巡查電子地圖上的項目重點目標。遠程巡檢是通過巡檢人員定時、定點在電子地圖上的巡邏點位標志，以電子地圖為基礎應用平臺，時時查閱現場視頻、圖像。

3.3.3報警視頻聯動監控系統

可通過攝像頭監控畫面，對監控畫面進行截屏，存儲臨時圖像文件，后臺服務器自動處理這些臨時文件[5]。

也可通過熱成像、GPS精確定位發生火情的位置，聯動就近氣象站分析風速、風向、溫濕度等有效數據，為架設隔離帶和火情蔓延趨勢輔助決策。通過指揮平臺綜合分析植被信息、水源地、滅火設施設備、人員、道路等情況，為滅火提供支撐。

報警視頻監控系統從其結構及日常功能需求綜合考慮，完善下述三個方面建設：

①林業基礎報警觸發點布局建設，如在重要場合安裝緊急求助聲光報警器等。

②完善報警點視頻設備的建設，實現報警視頻聯動。

③多級平臺的建設，實現實時報警，實時出警，實時指揮，多級聯動的預案式實時處警方式。

該系統的特點：智慧林業防火安全指揮系統可自動實時調取視頻監控的畫面或視頻錄像，實現電子巡查功能;智慧林業防火安全指揮系統也可傳達多個指令將，使各個子系統與視頻系統進行聯動。

3.3.4 森林巡護系統

森林巡護系統的建設可大大提高了護林員日常巡護工作效率，責任區劃分，人員實時調度，現場情況實時反饋。

3.3.5 無人機系統

無人機系統是借助無人機搭載高清航拍攝像技術，結合無人機控制軟件實現對森林管護區域的自動巡航，自動懸停多角度拍照，并且掛在紅外熱成像監測傳感器，實時對森林管護區域進行全方位的掃描監測，發現潛在火源點，及時鎖定隱患并且抓取隱患點的視頻畫面，同時實時發出隱患報警至指揮中心。同時可實現周邊林業資源觀測、病蟲害觀察與其他觀察功能。

該系統的特點：通過無人機拍攝建模，三位模型可全面把控全局資源及快速核查林區面積及周長等數據，加強濫砍濫伐的執法管理;客服地理環境的限制，快速抵達火災現場，在森林滅火，災害救援方面，最大程度的提升了救援的速度;配合地面管控，形成立體監控網絡，全面視角提升巡檢的效率以及重點區域的針對性。

3.4 防火信息邊緣計算

依托邊緣計算，將傳統的后臺數據處理、計算功能下放在邊緣域，在邊緣域實現火情預警、火點識別等功能，降低傳統模式下后臺數據處理壓力。

3.4.1 邊緣匯聚：氣象信息、熱成像數據、人流量、車流量等多維度數據在邊緣域匯總、存儲;

3.4.2 邊緣計算：通過設置監控范圍、氣象數據閾值等規則，識別范圍內溫濕度、風速、火點識別等;

3.4.3 邊緣應用：利用邊緣計算處理結果，實現人車流預警、火情告警、火點監測及撲救等應用。

3.5 災后評估

根據火情發生位置、性質、過火面積統計、經濟/環境/生態災后影響評估形成報告，上報并按時間格式備份存儲，及時總結防火工作中的經驗，為森林防火平臺后續升級提供基礎數據支撐。

4 ?結束語

通過智慧化、信息化技術，可以實現相應的社會效益。

4.1 可及時掌握森林火災的現場情況、火情動態，預計發展趨勢，進行綜合分析與評價，為指揮中心提供決策手段和處理方法，提高對突發、應急事件的處理能力。

4.2 監控指揮中心的互聯互通，滿足防火值班、信息匯總、綜合協調指揮調度等森林火災的應急管理業務需要，具有火災監控、綜合預測預警、信息接報與發布、綜合研判、輔助決策、指揮調度、應急保障等[7] 。

4.3 森林防火撲救，應遵循“打早、打小、打了”原則，從源頭保障森林資源;可大幅減輕林區防護人員工作強度，進一步提高森林防火工作效率;森林管護工作由單一依靠人員防護向人員和科技防護結合，進一步提高森林管護成效、保證天然林資源安全。

參考文獻：

[1] 余茂源.國內智慧林業研究綜述，黑龍江省生態工程職業學院學報，2017（30）

[2] 徐毅仁，張嘉龍，王一淋，等. 以大數據為主的智慧林業防火工作建設策略[J].現代農業科技，2020（20）：143-145.

[3] 施云龍. 物聯網在智慧林業建設中應用，電子技術與軟件工程，2019（13）

[4] 李小春，陳煜文. 智慧林業的概念及在工作中的應用[J].現代園藝，2019（24）：135-136.

[5] 袁向兵.基于視頻監控的圖像精確識別與分析，數字化用戶，2017（26）

[6]黃思明. 聚焦信息現代化實現智慧化林業[J].林業勘察設計，2019（04）：3.

[7] 左家哺.林業發展新模式：智慧林業的評述，湖南生態科學學報，2014（06）

作者簡介：謝冬梅（1983-），女，山東昌邑人，大學，助理工程師.從事林業技術研究

通訊作者：宋欣慰（1989-），女，山東德州人，大學，助理工程師.從事林業技術研究