茅山驱邪符手抄本图:用于防范森林防火的监控预警系统

早期的监视系统只是单一的图面回传，伴随着数字化技术与工业自动化控制的发展，当今的监视系统已发展成一套全面的数字化监视控制系统。由于森林防火具有传输距离远、监控范围大、系统需准确定位等特迭性，普通的监控系统已无法达到要求，则必须应用到特殊的设备及系统集成。

　　 森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。森林防火必须贯彻“预防为主，积极扑救”的方针，真正做到早发现，早解决。目前，基于无线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控领域。

      森林防火远程无线监控系统，由林区监控中心、无线传输系统，以及前端监控点构成。前端监控点，一般设置在林区各消防隙望塔制高点上，包括红外低照度全天候摄像机、云台控制系统、视频服务器；各监控点通过无线传输系统，将图像传输到监控中心，无线网络基站由无线网桥和天馈系统构成；监控中心通过无线监控系统，不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，而且还可以对前端摄像机焦距和云台运动进行操作和控制，通过云台的实时角度数据回传，结合GIS 系统可以实现火灾发生点的精确定位，满足当前森林防火的各种要求。

      通过远程无线监控系统，森林防火管理中心能实时监控林区火情实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的；火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失；该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。

一， 国内常用监测方法

地面巡护

　　 地面巡护，主要任务是宣传群众控制人为火源，深入了望台观测的死角进行巡逻；对来往人员及车辆、野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄，确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，只能用视频监测方法来弥补。

了望台监测

    了望台监测，是通过了望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足是无生活条件的偏远林区不能设了望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白；对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察。了望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。另外了望员人身安全受雷电、野生动物等的威胁。{jospagebreak_scroll}
 

航空巡护

      航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。但也存在着不足，如夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞；同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000 元川、时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。

卫星遥感

　　 卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火，能够发现热点，监测火场蔓延的情况，及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。它探测范围广，搜集数据快，能得到反映火动态变化的连续性资料，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。

　　 存在的不足是准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。在接到热点监测报告2 ／」、时内应反馈核查情况和结果；热点达到3 个像素时，火已基本成灾；从卫星探测到核查通知扑火队伍时间过长，起不到“打早、打小、打了”的作用。

二．数字化监控预警系统

　　 “森林防火”系统是以森林火情监测为主，将GIS 技术、纳米波滤光技术、数字图像处理技术等高新技术综合应用于森林资源管理中的高科技产品。本系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物等进行有效监控。

      系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的数字云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的数字云台回传的位置数据，即可实现火点定位功能。同时，启动后台的短信发布平台第一时间通知防火相关领导和人员。系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息，相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。

      系统以数字设备的监控方式，通过无线网络将采集的信息、数据传输到林业监控指挥中I 合，利用GIS （地理信息系统）对发生的火情、火警区域实现定位，并实时做出分析判断，确定扑救方案，将火险控制在萌芽状态。同时对大量资料数据进行储存、处理和分析，对今后的森林防火预防工作起到指导和参考决策价值。{jospagebreak_scroll}
 

      获取信息：利用建立分布在火灾易发区不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视频图像，实现全天候不间断监控；

      动态监测：在无线数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到区级防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况；火灾预警：如有火情，利用GIS 地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案；

　　 预报分析：参考林区物候、可燃物特性数据，利用专家数据库模型进行综合分析，预测出相应地区的森林火灾等级数据。

1 ．系统特点

　　 森林防火数字化监控预警系统避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化．大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。该系统特点主要有：数字云台结合G 侣，火点精确定位；

　　 林火自动识别系统，实现火I 情自动报警；

　　 纳米波滤光技术穿透烟雾，清晰成像；

　　 短信发布火火情信息，及时迅速；

　　 野外设备防盗报警系统，有效防止设备丢失和人为破坏；远距离微波传输，避免野外架线；

　　 智能太阳能供电，满足系统能源消耗。

　　 2 实现的主要功能监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像；所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放；采用野外重载数字云台，具有实时回显位置信息功能；同时配备电动三可变长焦距镜头和低照度高清晰摄像机；可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台和镜头；

　　 通过现有设置的监测点，实现整个有林面积的监视范围达到95 ％以上；

      系统安全性高，采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式保证系统安全可靠；查询简便性：采用时间流设计，可由时间、日期、前端采集点完成资料检索；微波传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接；
 

防盗告警，在监控点装置红外探头，有盗窃入侵时监控中心告警，保护用户投资，或将损失降低；

火情识别报警：当监控摄像机扑捉到林火时．由值班人员确认火情及火点位置，通过短信平台发布报警信息；

      GIS 管理系统：以电子地图为基础，实现地图基本操作功能；火灾定位功能：利用前端采集系统中的数字云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能；辅助决策功能：GIS 信息系统提供最近扑火队前往火情点 最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信自．

电源系统：电源供给在全天候的环境下，保证系统不间断供电；

防雷接地系统：系统要有安全的防雷接地保障措施，确保系统能够安全运行。

3 前端设备

前端由采集定位系统、无线网桥、设备防盗监控系统、天线、避雷接地系统、智能太阳能供电系统等组成。

4 ．中继设备

中继由无线网桥、天线、单晶硅太阳能电池板、电源控制柜、机柜、免维护蓄电池等组成。

5 中心控制设备

终端由地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、无线网桥、监视及投影系统、U 尸S 电源等组成。

5 . 1 地理信息系统

现在的视频监控系统正在向数字化方向发展，并且与地理信息系统（Gls ）结合也是其发展的必然方向。

      经过与地理信息开发部门的合作，应用数字云台与地理信息系统无缝连接，将数字云台所返回数据送入地理信息系统，并在林业地理信息系统上进行精确坐标定位。
 

5 . 2 GIS 系统实现的功能利用150000 地形图进行数字化处理生成电子地图，并依据实际使用情况分层制作。

      在地理信息系统上，可以对扑救林火进行宏观调控，指挥整个扑火的行动，同时在地图上进行扑火行动标绘，对火情态势进行跟踪，为火场扑救提供辅助决策。根据不同需要，GIS 对数据库资料进行统计分析，生成各类专题图，实现资源管理信息化。通过地理信息系统，可以在电子地图上数字化显示监测地区林场的归属，林区面积，种植林种、树径、树高、树龄，方便林区部门领导直观的了解林区概况。

此外，利用地理信息系统，还可以进行火灾发生地形地势分析、缓冲区分析、可视域分析、最短路径分析等。

6 ．防火指挥中心

　　 远程控制与通讯是指挥中心的主要功能，即通过指挥中心可完成对林场各个地区的通讯指挥工作，同时在指挥中心可以实现对火情地区的实时监视、控制功能。以指挥中心为核心将各个系统进行整合，实现办公的信息化和网络化，通过有线、无线调度系统完成对下属部门的命令发布、工作查询、人员调配工作；同时把监控系统与地理信息系统进行无缝结合，完成对林区的监控以及资源调查工作。

三．地理信息系统地理信息系统

　　 具有集信息分析、信息处理／管理、信息应用于一身，能够满足林业行业信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度，可满足定量化分析的要求。因此，在林业行业通过这些技术的综合集成应用，可以实现林业资源信息的快速采集和处理，为林业决策提供强有力的基础信息资料和决策支持。

1 ．系统原则

( 1 ）实用性和可靠性原则

　　 本系统的研制和建设是一项应用目标十分明确、工程性很强的系统建设，因此系统建设必须从实际应用出发，注重实效，全面满足林业局管理部门、森林防火区居民、普通公众等各个层次用户的需要；同时尽量采用成熟的、经过实践检验的先进技术，所建系统充分考虑冗余和容错能力，保证系统的可靠性。

( 2 ）方便性和高效性原则
 

　 考虑到本系统面向技术管理层面上的C / S （客房／服务器）、应用层面上的B / S （浏览器／服务器）两种体系结构，并且兼容在移动用户的单机运行模式中，系统必须向用户提供简捷和易于掌握的检索、查询、浏览、维护和管理等工具，以及友好的用户界面；此外，考虑到系统将在网络环境下运行，其体系结构与软件设计必须强调高效率，保证在任何情况下都可以迅速地满足森林防火应用的需要。

( 3 ）安全性和保密性原则

　　 本系统涉及的基础GIS 数据、遥感数据和其它与森林防火有关的各种信息均是保密性很强的资料，系统的安全性十分重要。因此系统应具备完善的安全防护体系，可以阻止各种非法网络行为，具备有效的系统恢复能力。

( 4 ）系统性和整体性原则

　　 从总体设计到关键技术的解决，再到各子系统的建设的各个环节，都应该依据系统性和整体性的原则，遵循从总体到局部、从顶层到底层的技术流程，分层次地完成系统的研制。这是结构化思想的核心。

( 5 ）先进性和前瞻性原则

　　 本系统是采用GIS 、数据库、计算机网络等高新技术建立起来的空间信息系统。在保证系统安全、可靠的前提下，应充分考虑最新的研究成果和技术进展，以保证系统优异的性能。系统设计必须具有前瞻性，充分考虑空间信息系统技术、网络技术以及计算机软硬件系统等近期发展和未来趋势，考虑系统未来的发展，为今后系统的扩充和升级留有余地。

( 6 ）经济性和可持续原则

      本系统的研制和建设是一项规模很大的系统，在工程建设过程中应精打细算，充分利用已有的资源（G I S 数据和森林防火信息，以及已有相关系统），使系统的性能／价格比达到最佳。此外，还要考虑到系统今后的长期运行和不断完善、扩充，使其具有可持续发展的能力。

2 主要任务

　　　 GIS 管理系统：以电子地图为基础，实现地图基本操作功能，通过各类空间操作和分析方法，采用三维电子沙盘功能查看山形地势，实现对森林火灾的分析预报，森林防火工作的动态管理，为防火提供直观的规划和决策支持。

       火灾定位功能：利用前端采集系统中的数字云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码．同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能；辅助决策功能：G ! S 信息系统提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息。系统配置设备网络管理系统，实现对各类设备的综合网络管理。完全数字化传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接。

      森林防火数字地理信息系统结合35 技术（地理信息系统GIS 、全球定位系统GPS 、遥感RS ）、计算机技术、网络技术，通过对森林资源信息及森林防火信息进行数字化，在林业数据空间平台上建立防火林班、基础设施、森林资源信息等数据库。

3 ．主要功能

　　 地图管理、查询及量算：管理各种比例尺的矢量图，能对不同比例尺的矢量图进行各类地理信息和属性信息的查询，能根据图名、行政区划、地名、地理坐标等信息查询，能对矢量地图上的任意两点之间的距离进行量算，计算任意区域的面积。火险预测：森林火灾预测预报模块与数据库结合，并参考相应地区的气象数据和林区物候、可燃物特性数据，利用专家数据库模型进行综合分析，预测出相应地区的森林火灾等级数据。热点管理：能准确定位火点，并将火点周边的相关信息显示在地图上以便用户查阅。扑火最佳路径分析：扑火队员在赶赴火场的过程中，实时返回的位置信息叠加在火场扑救专题地图中，便于实时监控和指挥。同时，系统可根据矢量地图上的地理信息，选择最佳路径，引导扑火车队及队员在最短时间内抵达火场。

　　 结语

　　 综上所述，结合最新的设备及GIS 系统平台，让成熟的设备与最新的科技达到了一个完美的结合，人性化的系统设计，为林火的预防节省了人力物力；准确的火点定位技术，为林火的扑救提供了最简便的路线缩短了扑救时间；优越实时图像传输及雾气穿透功能让管理者不管天睛下雨都能实时的掌握整个森林情况，不让盗伐者有机可乘。同时也为国家的财产及森林资损失比例降到了最低点。