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)計森林防火智能可視化系統(tǒng)涵蓋林木防盜子系統(tǒng)，巡護管理子系統(tǒng)，林火監(jiān)測子系統(tǒng)，防盜報警子系統(tǒng)，無線傳輸子系統(tǒng)，存儲子系統(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)：通過在林場公路重要節(jié)點位置布設(shè)卡口或者輔助卡口系統(tǒng),對進出林場的車輛人員進行抓拍識別，對非法車輛進行重點布控，出現(xiàn)可疑情況進行報警。林火監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)：主要由熱成像雙目高清云臺攝像機實現(xiàn)，對林場區(qū)域進行全天候監(jiān)測,監(jiān)測林場火情隱患,當(dāng)有隱患發(fā)生時,通過前端攝像機進行火情識別，火點定位，氣象信息采集并上傳中心進行報警等。移動巡護子系統(tǒng)：主要由移動巡護終端和中心平臺組成,用于護林員、森林公安、管理人員等對林場進行日常巡護和稽查巡護、監(jiān)測巡護、武裝巡護等，實時掌握林場的現(xiàn)場視頻信息和巡護人員的位置,巡護軌跡等,用于指揮中心指揮巡護人員巡護工作（通過音視頻對講來實現(xiàn)）,協(xié)助巡護人員提高工作效率，同時，采集的現(xiàn)場音視頻信息可留作證據(jù)使用。航空巡護子系統(tǒng)：主要由無人機系統(tǒng)和指揮中心平臺組成,利用無人機巡護視野寬、機動性大、速度快等特點,用于林場日常巡護、林火撲救指揮等。無人機具有對地快速實時巡察監(jiān)測能力，是一種新型的中低空實時電視成像和紅外成像快速獲取系統(tǒng)。在對車、人無法到達地帶的資源環(huán)境監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測及救援指揮等方面具有其獨特的優(yōu)勢。尤其在林火指揮中，對火場周圍及火勢發(fā)展能做到全面觀察,可及時采取有效措施。防盜報警子系統(tǒng)：主要負責(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)測設(shè)備裝置等。無線傳輸子系統(tǒng)：將林場前端攝像機采集的圖像信息,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)的實時安全傳輸。風(fēng)光互補供電子系統(tǒng)：負責(zé)對鐵塔基站林火監(jiān)測設(shè)備及防盜，通信傳輸?shù)认到y(tǒng)設(shè)備進行供電，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。鐵塔基建子系統(tǒng)：建設(shè)在林場制高點或者其它林場關(guān)鍵點位，覆蓋林場林火監(jiān)測區(qū)域，用于搭載林火監(jiān)測設(shè)備及防盜,通信傳輸設(shè)備等。中心管理子系統(tǒng)：負責(zé)接入林場前端林木防盜設(shè)備,林火監(jiān)測設(shè)備,防盜報警設(shè)備等,實現(xiàn)林木防盜功能，林火監(jiān)測，火情識別，火情定位，資源管理（救火資源,瞭望塔,撲火隊,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。存儲子系統(tǒng)：對前端傳回中心的視頻報警數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)等進行存儲。拼接大屏子系統(tǒng)：實時展示林場各區(qū)域監(jiān)測情況，將現(xiàn)場情況實時在大屏進行展示等。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，通過各種應(yīng)急預(yù)案與各協(xié)作部門進行協(xié)同救災(zāi)應(yīng)急處置，可實現(xiàn)電話，手機，對講機，無線集群,會議終端，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操作中進行多個模式（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)航工具進行三維放大（單擊導(dǎo)航視圖并使用導(dǎo)航工具向下拖動進行放大）o（2）三維縮?。合到y(tǒng)提供導(dǎo)航工具進行三維縮?。▎螕魧?dǎo)航視圖并使用導(dǎo)航工具向上拖動進行縮?。?。（3）三維漫游：通過三維漫游工具能夠一起移動觀察點和目標(biāo)位置，從而允許在三維場景中視圖中橫向移動，而無需更改相對觀測方向。⑷三維全圖顯示：通過三維全圖現(xiàn)實功能使三維場景進行全圖顯示。（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景時候快速返回到當(dāng)前用戶的范圍。（6）固定視通線：繞固定點飛行。（7）朝北：將觀察點旋轉(zhuǎn)至朝北。（8）環(huán)視：旋轉(zhuǎn)觀察點以環(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）高程垂直擴大系數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)提供的高程垂直擴大系數(shù),可用于強調(diào)表面中的細微變化。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）場景背景設(shè)置：根據(jù)用戶需要能夠更改默認背景顏色和修改環(huán)境設(shè)置，以包括諸如星空、大氣暈圈和霧等選項。（15）定義照明度設(shè)置：系統(tǒng)提供以環(huán)境光照或點光照的形式來應(yīng)用光。使用環(huán)境光照時,默認情況下是將一致的光應(yīng)用到整個場景。使用點光照時，能夠調(diào)整環(huán)境亮度以使地球上位于點光照區(qū)域之外的部分變暗或變亮。（16）指北針：系統(tǒng)提供在三維場景中添加指北針的功能，三維場景進行旋轉(zhuǎn)變化時，指北針進行同步變化提示。（17）全屏模式：當(dāng)系統(tǒng)三維場景設(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)中添加一個熱點/火點,該熱點/火點會自動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.林木防盜實時掌握進岀林場的車輛人員實時視頻情況，掌握進岀林場的車輛車牌號碼，車身顏色，車標(biāo)爭言息,結(jié)合部署在林場公路各節(jié)點位置的前端系統(tǒng)可最終將進岀林場車輛的軌跡進行還原,防止各種林場樹木盜竊,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.巡護管理實時掌握護林員、森林公安、管理人員等對林場進行各種巡護,實時掌握巡護林場的現(xiàn)場視頻信息和巡護人員的位置，巡護軌跡等，提高巡護人員提高工作效率，同時，采集的現(xiàn)場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員進行音視頻通話等。2.2.33.森林防火資源管理森林防火資源信息管理提供對森林防火信息的維護與管理，其中包括對防火信息的添加、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,專業(yè)森林消防隊，鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應(yīng)急隊,森林防火物資儲備庫，林區(qū)危險及重要設(shè)施,林火遠程監(jiān)控點，氣象預(yù)警監(jiān)測點，無線電臺站，大型警示牌（大型宣傳牌），飛機吊桶取水點，森林防火設(shè)備設(shè)施，衛(wèi)星地面站，了望臺，航空滅火蓄水池，防火線，防火林帶。監(jiān)控管理包括實時視頻查看、云臺控制、錄像回放、視頻上墻、語音對講、卡口資源等管理。其中卡口安裝在林區(qū)主要進出干道上,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行調(diào)查取證。防盜報警安全守護鐵塔及鐵塔上設(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)測預(yù)警在林區(qū)各消防瞭望塔制高點架設(shè)遠程熱成像可見光雙目全天候攝像機，覆蓋大片森林區(qū)域，對初發(fā)火情，做到及時發(fā)現(xiàn)，及時報警，及時救護，使火災(zāi)隱患消亡在萌芽狀態(tài)。2.2.4.2.火點定位系統(tǒng)根據(jù)前端數(shù)字云臺信息及其海拔,塔高，云臺水平角、俯仰角信息結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，通過森林火災(zāi)自動識別與報警功能發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確地鎖定火點位置,同時獲得火點所在的小地名,自動計算出火點周圍的危險設(shè)備設(shè)施、撲救力量（森林防火專業(yè)隊、半專業(yè)隊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)撲火應(yīng)急隊等）,并快速分析計算出每支撲救力量到火災(zāi)現(xiàn)場的最近/最佳路徑，進行林火撲救的動態(tài)模擬，使撲火指揮人員就近組織撲火隊伍、物資展開有效的撲救。系統(tǒng)使用單個監(jiān)控塔實現(xiàn)定位，根據(jù)DEM數(shù)據(jù),監(jiān)控塔高度，和攝像機（鏡頭）的水平角、俯仰角，計算攝像機視線與地面的交點。2.2.43.火災(zāi)態(tài)勢蔓延分析林火蔓延是通過對火點位置的地形地貌、森林資源分布狀況、自然天氣狀況等，根據(jù)森林火蔓延模型動態(tài)計算，自動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、火場擴展趨勢、火線強度等重要火災(zāi)行為信息，是滿足日常林火管理和預(yù)測、撲救，建立面向日常林火管理的計算工具或信息系統(tǒng)。林火蔓延是一個多相、多組分可燃物在各種氣象條件和地形影響下燃燒和運動的極其復(fù)雜的現(xiàn)象。本系統(tǒng)結(jié)合惠更斯原理和國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態(tài)模型，并開發(fā)了相對應(yīng)的動態(tài)模擬模塊。

升始模擬二小時三小時升始模擬二小時圖林火蔓延示意圖上圖展示的是風(fēng)的因素對林火蔓延的影響效果，對區(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，火勢蔓延分析模塊將結(jié)合區(qū)域影響因子對已知火點進行快速模擬展示，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、居民點查詢、山峰查詢、湖泊水庫查詢、熱點查詢、火災(zāi)查詢、撲火隊伍查詢、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,專家會商根據(jù)系統(tǒng)生成的火災(zāi)態(tài)勢圖，在專家會商階段，系統(tǒng)支持在火情地圖上進行態(tài)勢標(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火情圖上進行標(biāo)絵和指導(dǎo)。2.2.5.2.救火最麟徑計算根據(jù)火點信息、自動檢索的防火物資、撲火隊伍等信息,自動將相關(guān)的撲火資源與撲火堵截線路關(guān)聯(lián)并建立起到達的最佳路徑。林業(yè)部門能夠根據(jù)系統(tǒng)計算的最佳路徑來相對應(yīng)調(diào)度相對應(yīng)資源前往支援火災(zāi)現(xiàn)場。2.2.53.應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)支持調(diào)度在網(wǎng)的移動終端設(shè)備（巡防人員、滅火隊等資源）,森林防火指揮中心可通過語音對講的方式與現(xiàn)場人員進行火情溝通、下達指令并獲取關(guān)鍵信息，系統(tǒng)同時支持直接獲取現(xiàn)場人員移動終端上傳的現(xiàn)場視頻等關(guān)鍵視像資料評估撲火方案的有效性。佩帶移動終端的人員會實時上傳GPS信息，指揮中心能夠通過地圖觀測現(xiàn)場人員所處的位置，并能夠及時提醒現(xiàn)場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)檔案管理可對火災(zāi)情況信息進行錄入（時間、地點等）,生成火災(zāi)檔案（火災(zāi)點信息、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)損失評估森林火災(zāi)損失評估是森林火災(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火災(zāi)造成的災(zāi)損進行評估,本系統(tǒng)利用數(shù)學(xué)理論、森林防火專業(yè)知識、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，國內(nèi)外對森林火災(zāi)造成的經(jīng)濟損失主要有兩種評估方法。第一將損失分為4類：森林資源損失、直接經(jīng)濟損失、間接經(jīng)濟損失、森林環(huán)境經(jīng)濟損失。第二種將經(jīng)濟損失分為直接經(jīng)濟損失與間接經(jīng)濟損失兩

大類進行評估。在第一種劃分中，直接經(jīng)濟損失、間接經(jīng)濟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。針對第二種劃分方法過于簡單、無法包括各種經(jīng)濟損失內(nèi)容,本系統(tǒng)對該方法進行了進一步的劃分，得到適合于本系統(tǒng)的新的評估方法?；馂?zāi)災(zāi)損類型圖接經(jīng)濟損失：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、流動資產(chǎn)損失、農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品損失。其中林木死亡率、林價及各類林木過火面積是影響直接損失及其經(jīng)濟損失評估結(jié)果精確性的三個重要參數(shù),其中過火面積直接關(guān)系到直接的經(jīng)濟損失,2.2