森林防火與林業(yè)資源綜合解決方案

森林防火與林業(yè)資源綜合解決方案第一章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)森林防火智能可視化系統(tǒng)涵蓋林木防盜子系統(tǒng)，巡護(hù)管理子系統(tǒng)，林火監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，防盜報(bào)警子系統(tǒng)，無線傳輸子系統(tǒng)，存儲(chǔ)子系統(tǒng)，拼接大屏子系統(tǒng)以及應(yīng)急指揮子系統(tǒng)等。2.1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，森林防火智能可視化綜合系統(tǒng)。林木防盜子系統(tǒng)：通過在林場(chǎng)公路重要節(jié)點(diǎn)位置布設(shè)卡口或者輔助卡口系統(tǒng),對(duì)進(jìn)出林場(chǎng)的車輛人員進(jìn)行抓拍識(shí)別，對(duì)非法車輛進(jìn)行重點(diǎn)布控，出現(xiàn)可疑情況進(jìn)行報(bào)警。林火監(jiān)測(cè)預(yù)警子系統(tǒng)：主要由熱成像雙目高清云臺(tái)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)，對(duì)林場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)林場(chǎng)火情隱患,當(dāng)有隱患發(fā)生時(shí),通過前端攝像機(jī)進(jìn)行火情識(shí)別，火點(diǎn)定位，氣象信息采集并上傳中心進(jìn)行報(bào)警等。移動(dòng)巡護(hù)子系統(tǒng)：主要由移動(dòng)巡護(hù)終端和中心平臺(tái)組成,用于護(hù)林員、森林公安、管理人員等對(duì)林場(chǎng)進(jìn)行日常巡護(hù)和稽查巡護(hù)、監(jiān)測(cè)巡護(hù)、武裝巡護(hù)等，實(shí)時(shí)掌握林場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)視頻信息和巡護(hù)人員的位置,巡護(hù)軌跡等,用于指揮中心指揮巡護(hù)人員巡護(hù)工作（通過音視頻對(duì)講來實(shí)現(xiàn)）,協(xié)助巡護(hù)人員提高工作效率，同時(shí)，采集的現(xiàn)場(chǎng)音視頻信息可留作證據(jù)使用。航空巡護(hù)子系統(tǒng)：主要由無人機(jī)系統(tǒng)和指揮中心平臺(tái)組成,利用無人機(jī)巡護(hù)視野寬、機(jī)動(dòng)性大、速度快等特點(diǎn),用于林場(chǎng)日常巡護(hù)、林火撲救指揮等。無人機(jī)具有對(duì)地快速實(shí)時(shí)巡察監(jiān)測(cè)能力，是一種新型的中低空實(shí)時(shí)電視成像和紅外成像快速獲取系統(tǒng)。在對(duì)車、人無法到達(dá)地帶的資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)及救援指揮等方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。尤其在林火指揮中，對(duì)火場(chǎng)周圍及火勢(shì)發(fā)展能做到全面觀察,可及時(shí)采取有效措施。防盜報(bào)警子系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)基站鐵塔及鐵塔上設(shè)備的安全防盜，防止不法人員破壞鐵塔或鐵塔上林火監(jiān)測(cè)設(shè)備裝置等。無線傳輸子系統(tǒng)：將林場(chǎng)前端攝像機(jī)采集的圖像信息,定位數(shù)據(jù),氣象信息等數(shù)據(jù)傳輸至指揮中心，保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)安全傳輸。風(fēng)光互補(bǔ)供電子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)對(duì)鐵塔基站林火監(jiān)測(cè)設(shè)備及防盜，通信傳輸?shù)认到y(tǒng)設(shè)備進(jìn)行供電，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。鐵塔基建子系統(tǒng)：建設(shè)在林場(chǎng)制高點(diǎn)或者其它林場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)位，覆蓋林場(chǎng)林火監(jiān)測(cè)區(qū)域，用于搭載林火監(jiān)測(cè)設(shè)備及防盜,通信傳輸設(shè)備等。中心管理子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)接入林場(chǎng)前端林木防盜設(shè)備,林火監(jiān)測(cè)設(shè)備,防盜報(bào)警設(shè)備等,實(shí)現(xiàn)林木防盜功能，林火監(jiān)測(cè)，火情識(shí)別，火情定位，資源管理（救火資源,瞭望塔,撲火隊(duì),村莊等），火情分析，火災(zāi)檔案管理,控制大屏上墻，媒體轉(zhuǎn)發(fā)等功能。存儲(chǔ)子系統(tǒng)：對(duì)前端傳回中心的視頻報(bào)警數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)等進(jìn)行存儲(chǔ)。拼接大屏子系統(tǒng)：實(shí)時(shí)展示林場(chǎng)各區(qū)域監(jiān)測(cè)情況，將現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)在大屏進(jìn)行展示等。應(yīng)急指揮子系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)隱患或者重要火情發(fā)生時(shí)，通過各種應(yīng)急預(yù)案與各協(xié)作部門進(jìn)行協(xié)同救災(zāi)應(yīng)急處置，可實(shí)現(xiàn)電話，手機(jī)，對(duì)講機(jī)，無線集群,會(huì)議終端，應(yīng)急指揮車輛等設(shè)備的接入。2.2.系統(tǒng)功能-維電子地圖功能電子地圖管理系統(tǒng)提供多套電子地圖渲染方案，可供用戶自由切換,選擇,并支持用戶自定義電子地圖渲染方案并保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，支持用戶自定義的電子地圖向其它用戶分享等功能。系統(tǒng)能夠在任何環(huán)境，任佢J操作中進(jìn)行多個(gè)模式（地圖模式、地形模式、影像模式）的快速切換。=維電子沙盤功能?三維地圖瀏覽（1）三維放大：系統(tǒng)提供導(dǎo)航工具進(jìn)行三維放大（單擊導(dǎo)航視圖并使用導(dǎo)航工具向下拖動(dòng)進(jìn)行放大）o（2）三維縮?。合到y(tǒng)提供導(dǎo)航工具進(jìn)行三維縮?。▎螕魧?dǎo)航視圖并使用導(dǎo)航工具向上拖動(dòng)進(jìn)行縮?。?。（3）三維漫游：通過三維漫游工具能夠一起移動(dòng)觀察點(diǎn)和目標(biāo)位置，從而允許在三維場(chǎng)景中視圖中橫向移動(dòng)，而無需更改相對(duì)觀測(cè)方向。⑷三維全圖顯示：通過三維全圖現(xiàn)實(shí)功能使三維場(chǎng)景進(jìn)行全圖顯示。（5）返回到用戶范圍：系統(tǒng)提供了返回到用戶范圍功能，通過該功能，使用戶在使用三維場(chǎng)景時(shí)候快速返回到當(dāng)前用戶的范圍。（6）固定視通線：繞固定點(diǎn)飛行。（7）朝北：將觀察點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至朝北。（8）環(huán)視：旋轉(zhuǎn)觀察點(diǎn)以環(huán)視。（9）模型翻滾：系統(tǒng)提供向上，向下翻滾功能，并可設(shè)置模型翻滾速度。（10）模型旋轉(zhuǎn)：系統(tǒng)提供向左，向右旋轉(zhuǎn)功能，并可設(shè)置模型旋轉(zhuǎn)速度。（11）當(dāng)前坐標(biāo)顯示：在三維場(chǎng)景（三維電子沙盤）中顯示當(dāng)前鼠標(biāo)所在位置的坐標(biāo)經(jīng)緯度。（12）高程顯示：在三維場(chǎng)景（三維電子沙盤）中顯示當(dāng)前鼠標(biāo)所在位置的高程。（13）高程垂直擴(kuò)大系數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)提供的高程垂直擴(kuò)大系數(shù),可用于強(qiáng)調(diào)表面中的細(xì)微變化。小數(shù)值的垂直夸大可用于平滑垂直變化極大的表面或要素。（14）場(chǎng)景背景設(shè)置：根據(jù)用戶需要能夠更改默認(rèn)背景顏色和修改環(huán)境設(shè)置，以包括諸如星空、大氣暈圈和霧等選項(xiàng)。（15）定義照明度設(shè)置：系統(tǒng)提供以環(huán)境光照或點(diǎn)光照的形式來應(yīng)用光。使用環(huán)境光照時(shí),默認(rèn)情況下是將一致的光應(yīng)用到整個(gè)場(chǎng)景。使用點(diǎn)光照時(shí)，能夠調(diào)整環(huán)境亮度以使地球上位于點(diǎn)光照區(qū)域之外的部分變暗或變亮。（16）指北針：系統(tǒng)提供在三維場(chǎng)景中添加指北針的功能，三維場(chǎng)景進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變化時(shí)，指北針進(jìn)行同步變化提示。（17）全屏模式：當(dāng)系統(tǒng)三維場(chǎng)景設(shè)為全圖顯示。三維飛行模擬在三維飛行模擬中，系統(tǒng)提供開始飛行,向左轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)，提高向前飛行速度，減慢向前飛行速度并反轉(zhuǎn)方向,增加飛行高度，降彳氐飛行高度等功能。系統(tǒng)還提供使用鼠標(biāo)和鍵盤來控制飛行。見圖三維飛行工具。?二三維地圖同步顯示，快速生成三維電子沙盤系統(tǒng)不但提供全區(qū)的三維電子沙盤功能,還提供二維、三維同步功能,如二維、三維地圖同步顯示（同時(shí)更新顯示同_區(qū)域）、數(shù)據(jù)同步更新等（在二維系統(tǒng)中添加一個(gè)熱點(diǎn)/火點(diǎn),該熱點(diǎn)/火點(diǎn)會(huì)自動(dòng)更新添加到三維電子沙盤中）O系統(tǒng)提供方便快捷的二三維視圖快速切換的功能，在任何時(shí)候,任何操作中能夠?qū)崿F(xiàn)二三維快速切換。2.2.3.非防火期2.2.3.1.林木防盜實(shí)時(shí)掌握進(jìn)岀林場(chǎng)的車輛人員實(shí)時(shí)視頻情況，掌握進(jìn)岀林場(chǎng)的車輛車牌號(hào)碼，車身顏色，車標(biāo)爭(zhēng)言息,結(jié)合部署在林場(chǎng)公路各節(jié)點(diǎn)位置的前端系統(tǒng)可最終將進(jìn)岀林場(chǎng)車輛的軌跡進(jìn)行還原,防止各種林場(chǎng)樹木盜竊,亂砍亂伐,舌L倒工業(yè)或化學(xué)廢棄物的行為發(fā)生。2.23.2.巡護(hù)管理實(shí)時(shí)掌握護(hù)林員、森林公安、管理人員等對(duì)林場(chǎng)進(jìn)行各種巡護(hù),實(shí)時(shí)掌握巡護(hù)林場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)視頻信息和巡護(hù)人員的位置，巡護(hù)軌跡等，提高巡護(hù)人員提高工作效率，同時(shí)，采集的現(xiàn)場(chǎng)音視頻信息可留作證據(jù)使用，還能夠用于指揮中心與巡護(hù)員進(jìn)行音視頻通話等。2.2.33.森林防火資源管理森林防火資源信息管理提供對(duì)森林防火信息的維護(hù)與管理，其中包括對(duì)防火信息的添加、編輯修改、刪除等操作。森林防火信息圖層包括森林防火辦公室,森林防火指揮部,半專業(yè)森林消防隊(duì),專業(yè)森林消防隊(duì)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應(yīng)急隊(duì),森林防火物資儲(chǔ)備庫，林區(qū)危險(xiǎn)及重要設(shè)施,林火遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)，氣象預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)，無線電臺(tái)站，大型警示牌（大型宣傳牌），飛機(jī)吊桶取水點(diǎn)，森林防火設(shè)備設(shè)施，衛(wèi)星地面站，了望臺(tái)，航空滅火蓄水池，防火線，防火林帶。監(jiān)控管理包括實(shí)時(shí)視頻查看、云臺(tái)控制、錄像回放、視頻上墻、語音對(duì)講、卡口資源等管理。其中卡口安裝在林區(qū)主要進(jìn)出干道上,一旦發(fā)生林木盜伐等違法事件，卡口記錄的車牌數(shù)據(jù)或視頻錄像可用于提供給公安部門進(jìn)行調(diào)查取證。防盜報(bào)警安全守護(hù)鐵塔及鐵塔上設(shè)備的安全防盜，防止不法人員破壞鐵塔或鐵塔上林火監(jiān)測(cè)設(shè)備裝置等，保障系統(tǒng)的安全。2.2.4.防火期火災(zāi)發(fā)生前期2.2.4.1.林火監(jiān)測(cè)預(yù)警在林區(qū)各消防瞭望塔制高點(diǎn)架設(shè)遠(yuǎn)程熱成像可見光雙目全天候攝像機(jī)，覆蓋大片森林區(qū)域，對(duì)初發(fā)火情，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)報(bào)警，及時(shí)救護(hù)，使火災(zāi)隱患消亡在萌芽狀態(tài)。2.2.4.2.火點(diǎn)定位系統(tǒng)根據(jù)前端數(shù)字云臺(tái)信息及其海拔,塔高，云臺(tái)水平角、俯仰角信息結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，通過森林火災(zāi)自動(dòng)識(shí)別與報(bào)警功能發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確地鎖定火點(diǎn)位置,同時(shí)獲得火點(diǎn)所在的小地名,自動(dòng)計(jì)算出火點(diǎn)周圍的危險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施、撲救力量（森林防火專業(yè)隊(duì)、半專業(yè)隊(duì)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應(yīng)急隊(duì)等）,并快速分析計(jì)算出每支撲救力量到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的最近/最佳路徑，進(jìn)行林火撲救的動(dòng)態(tài)模擬，使撲火指揮人員就近組織撲火隊(duì)伍、物資展開有效的撲救。系統(tǒng)使用單個(gè)監(jiān)控塔實(shí)現(xiàn)定位，根據(jù)DEM數(shù)據(jù),監(jiān)控塔高度，和攝像機(jī)（鏡頭）的水平角、俯仰角，計(jì)算攝像機(jī)視線與地面的交點(diǎn)。2.2.43.火災(zāi)態(tài)勢(shì)蔓延分析林火蔓延是通過對(duì)火點(diǎn)位置的地形地貌、森林資源分布狀況、自然天氣狀況等，根據(jù)森林火蔓延模型動(dòng)態(tài)計(jì)算，自動(dòng)生成林火蔓延的模擬效果,能夠快速向決策者提供林火區(qū)域、蔓延速度、火場(chǎng)擴(kuò)展趨勢(shì)、火線強(qiáng)度等重要火災(zāi)行為信息，是滿足日常林火管理和預(yù)測(cè)、撲救，建立面向日常林火管理的計(jì)算工具或信息系統(tǒng)。林火蔓延是一個(gè)多相、多組分可燃物在各種氣象條件和地形影響下燃燒和運(yùn)動(dòng)的極其復(fù)雜的現(xiàn)象。本系統(tǒng)結(jié)合惠更斯原理和國(guó)際上成熟的林火行為模型（Rothermel的地表火模型，VanWagner的樹冠火蔓延模型,McAlpine的林火加速模型），建立了適合特殊地形的林火蔓延動(dòng)態(tài)模型，并開發(fā)了相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模擬模塊。

升始模擬二小時(shí)三小時(shí)升始模擬二小時(shí)圖林火蔓延示意圖上圖展示的是風(fēng)的因素對(duì)林火蔓延的影響效果，對(duì)區(qū)域影響較大的地形、氣溫因子都是本系統(tǒng)開發(fā)模型的研究重點(diǎn)，火勢(shì)蔓延分析模塊將結(jié)合區(qū)域影響因子對(duì)已知火點(diǎn)進(jìn)行快速模擬展示，為指揮決策提供必要的決策支持。2.2.4.4.資源檢索該功能模塊為用戶提供方便、快捷的地圖信息查詢工具。主要有坐標(biāo)查詢、行政區(qū)查詢、鄉(xiāng)鎮(zhèn)查詢、居民點(diǎn)查詢、山峰查詢、湖泊水庫查詢、熱點(diǎn)查詢、火災(zāi)查詢、撲火隊(duì)伍查詢、撲火設(shè)施查詢、小班查詢及防火信息管理、火災(zāi)圖片及視頻管理等。2.2.5.防火期火災(zāi)發(fā)生中期2.2.5.1,專家會(huì)商根據(jù)系統(tǒng)生成的火災(zāi)態(tài)勢(shì)圖，在專家會(huì)商階段，系統(tǒng)支持在火情地圖上進(jìn)行態(tài)勢(shì)標(biāo)繪，添加諸如疏散地、撲火路線等形式的標(biāo)繪信。不同區(qū)域的林火專家人員在同一個(gè)火情圖上進(jìn)行標(biāo)絵和指導(dǎo)。2.2.5.2.救火最麟徑計(jì)算根據(jù)火點(diǎn)信息、自動(dòng)檢索的防火物資、撲火隊(duì)伍等信息,自動(dòng)將相關(guān)的撲火資源與撲火堵截線路關(guān)聯(lián)并建立起到達(dá)的最佳路徑。林業(yè)部門能夠根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算的最佳路徑來相對(duì)應(yīng)調(diào)度相對(duì)應(yīng)資源前往支援火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。2.2.53.應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)支持調(diào)度在網(wǎng)的移動(dòng)終端設(shè)備（巡防人員、滅火隊(duì)等資源）,森林防火指揮中心可通過語音對(duì)講的方式與現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行火情溝通、下達(dá)指令并獲取關(guān)鍵信息，系統(tǒng)同時(shí)支持直接獲取現(xiàn)場(chǎng)人員移動(dòng)終端上傳的現(xiàn)場(chǎng)視頻等關(guān)鍵視像資料評(píng)估撲火方案的有效性。佩帶移動(dòng)終端的人員會(huì)實(shí)時(shí)上傳GPS信息，指揮中心能夠通過地圖觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)人員所處的位置，并能夠及時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)人員注意人身安全等。2.2.6.防火期-火災(zāi)發(fā)生后期火災(zāi)檔案管理可對(duì)火災(zāi)情況信息進(jìn)行錄入（時(shí)間、地點(diǎn)等）,生成火災(zāi)檔案（火災(zāi)點(diǎn)信息、火災(zāi)損失數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、救火措施文字描述和圖片等信息）,便于后續(xù)査閱并支持打印?；馂?zāi)損失評(píng)估森林火災(zāi)損失評(píng)估是森林火災(zāi)管理的主要組成部分,是做好森林火災(zāi)善后工作的關(guān)鍵。大火發(fā)生后，森林防火的管理人員要對(duì)火災(zāi)造成的災(zāi)損進(jìn)行評(píng)估,本系統(tǒng)利用數(shù)學(xué)理論、森林防火專業(yè)知識(shí)、圖形圖像處理技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等建立森林火災(zāi)損失評(píng)估各參數(shù)理論模型，為森林防火工作的有效管理提供輔助決策。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)森林火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失主要有兩種評(píng)估方法。第一將損失分為4類：森林資源損失、直接經(jīng)濟(jì)損失、間接經(jīng)濟(jì)損失、森林環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失。第二種將經(jīng)濟(jì)損失分為直接經(jīng)濟(jì)損失與間接經(jīng)濟(jì)損失兩

大類進(jìn)行評(píng)估。在第一種劃分中，直接經(jīng)濟(jì)損失、間接經(jīng)濟(jì)損失極易與其它兩種損失混淆，所以系統(tǒng)選擇第二種劃分方法。針對(duì)第二種劃分方法過于簡(jiǎn)單、無法包括各種經(jīng)濟(jì)損失內(nèi)容,本系統(tǒng)對(duì)該方法進(jìn)行了進(jìn)一步的劃分，得到適合于本系統(tǒng)的新的評(píng)估方法?；馂?zāi)災(zāi)損類型圖接經(jīng)濟(jì)損失：包括林木資源損失、木材資源損失、林產(chǎn)品損失、固定資產(chǎn)損失、流動(dòng)資產(chǎn)損失、農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品損失。其中林木死亡率、林價(jià)及各類林木過火面積是影響直接損失及其經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估結(jié)果精確性的三個(gè)重要參數(shù),其中過火面積直接關(guān)系到直接的經(jīng)濟(jì)損失,2.2