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    西南卫星林火监测分中心热点核查反馈管理系统建设应用
    信息来源:中国森林防火网  ‖  发稿作者:网站负责人   ‖  发布时间:2014年8月20日  ‖  查看1603次  ‖  

    徐盛基 胡敏锐

    (国家林业局南方航空护林总站,云南昆明650021

     

    摘要:西南卫星林火监测分中心现在可以供森林火险应急管理应用的卫星热点数据管理较为分散,没有数据的支撑就根本谈不上支持决策分析,因此要实现森林火险及应急管理,首先需要建立和完善卫星热点数据的核查和反馈系统;该系统基于卫星定位、三维地理信息系统、卫星遥感影像、数据库管理系统、超短波无线通信电台网络传输技术,具备了卫星热点管理、防火信息管理、现场指挥等多项功能,并在此基础上实现热点数据的分析与共享,为下一步森林防火应急管理提供全面的卫星热点数据决策支持。

    关键词:热点、核查、反馈

     

    1 前言

    根据国家十二五规划,林业信息化建设的总体目标是:到2020年,建立起覆盖全国林业系统的信息化体系,建成国内领先的信息化平台,基础设施明显改善,信息安全保障能力大幅增强,林业信息化发展制度、标准体系基本形成,资源共享和应用水平全面提升,实现林业决策科学化、办公电子化、服务便捷化,为建设现代林业提供强大支撑[1]。在森林防火应急管理中卫星热点数据的及时性在森林防火应用中尤为关键。但现在可以供森林火险应急管理应用的卫星热点数据管理较为分散,没有数据的支撑就根本谈不上支持决策分析,因此要实现森林火险及应急管理,首先需要建立和完善卫星热点数据的核查和反馈系统,并在此基础上实现热点数据的分析与共享,为下一步森林防火应急管理提供全面的卫星热点数据决策支持。

    由于近年西南部分地区连续三年干旱,森林火险等级持续偏高,西南分中心每天24小时都需要分别接收处理20多条卫星轨道,覆盖东南、西南监测区域六次以上,到目前为止西南分中心处理的森林热点已达到84千多个,但现在分中心的热点数据还没能有效的整合起来,尤其在卫星热点数据上下功夫,确实的全面提高中心对热点数据的管理和综合应用能力,为森林火灾的防控和应急提供第一手资料,已经成为西南分中心卫星林火监测建设的当务之急。

    2 热点核查反馈管理系统建设需求

    南方林区是我国森林火灾较为频繁的区域,该区域地形复杂和可燃物类型多样,发生森林火灾的火行为变化多样,难以做到科学的林火管理[2]。目前西南分中心主要工作是:应用卫星数据即时发现森林火源热点,对重大森林火灾进行预报、预警,及林火连续跟踪。卫星热点数据的优点是可以克服火势变化造成的对地面无法了解的弊端,而且还能克服因天气或边境地区对森林火险监测困难的影响,从而可以及时、准确的向各级防火部门提供火场实况。为实现打早、打小、打了提供了可靠的第一手资料。但西南分中心目前使用卫星热点数据对林火监测工作还需要通过信息技术的手段来完善和加强以下几方面的工作:

    1)需要依靠技术手段提高对热点信息的提前发现和核实分析能力,提高处理信息的准确度:不仅要求会使用数据,还要求能快速核实分析结果。利用分析结果为指挥和决策部门对林火的判读、预测预警、分析和考核提供强有力的数据支持。通过热点反馈、地面调查等手段,减少热点误差,提高定位精度。

    2信息传递顺畅:就是要利用技术手段保证接收和报送林火信息的流程顺畅有序,解决数据的实效性和数据共享的问题。这是卫星林火监测的基本工作要求。

    3预警预报:就是要提高卫星林火监测的预警预报能力。这是卫星林火监测的努力方向,为使卫星林火监测更好地服务于监测省区,就必须加强卫星林火监测预警预报研究和应用增强卫星林火监测对森林火灾的预警、预报上的能力,特别是要提高对重点森林防火部位和重大火情的监控能力。

    4协助现场指挥:利用带GPS定位的对讲机在森林中保持联络,并与信息中心传递空间位置信息,便于指挥中心了解各扑火的位置、分布。并在二三维一体化的指挥沙盘上电子展示,利于指挥人员了解扑火相关资源、人员,并快速做出更为完善的扑火任务部署。

    3 热点核查反馈管理系统需求

    通过上面还需要完善和加强的几方面工作重点可以看出,我们需要借助信息系统来实现以下基本建设目标:

    1精心整理所有可获得的数据资源,建设热点数据库:提高分中心对热点数据的分析和共享能力,为其他部门及上级部门在森林消防上提供及时、准确的预警、预测和决策分析数据。

    2建立遥感卫星影像热点管理子系统,建立森林防火信息管理子系统:管理好已知热点、历史林火、以及新发现的热点。依靠GIS系统将专题图同卫星遥感影像信息相结合,建立防火信息管理子系统,对各林区划分火险等级,管理掌握的各类防火资源、扑火联动单位、以及林权信息,为林火救援奠定基础。

    3建立现场指挥子系统:通过相关联动单位对热点进行林火核查、实时反馈,定位最终火点。提供基于地理空间位置的分析功能,如周边水源、道路等,协助相关负责单位指挥林火扑救。

    4建立三维电子沙盘子系统:以二三维一体方式更为直观、真实的展现森林的地形地貌,利于热点核查反馈,防火信息管理,协助现场指挥等。

    4 系统构架

    系统总体架构将充分考虑到将来的可扩展性,将来系统改进时,最大限度地保护已有的数据资源,最大限度地保证总体架构的稳定,在现行系统上增加功能模块不会使系统做大的改动或影响整个系统的结构。系统总体构架图如下:

    根据项目建设的目标,系统设定有如下子系统:

    1)卫星热点管理子系统;(2)防火信息管理子系统(3)现场指挥子系统;(4)三维电子沙盘子系统。

    4.1 卫星热点管理子系统

    4.1.1 已知热点

    已知热点是指在森林中被确认为不是林火、但在影像辨识时为热点的地方。这些已知热点多是森林中的地热、工业、矿山、死火山等人工或天然形成物。系统中必须对这些已知热点管理,便于随时添加、修改、删除、查询、统计相关信息,同时在新热点辨识时排除这些已知热点。已知热点模块能方便的管理各类已知确认的热点信息。

    4.1.2 历史林火

    历史林火是指被辨识为热点火且最终证实发生了林火的地方。历史林火模块不仅要存储最先发现的热点信息,还要存储最终着火的林火面数据集(名称、火场编码、火场人口、所辖林站数量、所属地形、过火面积、火灾原因)等。

    历史林火模块能方便的管理历史林火热点信息。通过该功能模块,可查看历史林火分布、过火面积、发现时间、燃烧时间等基本信息。

    4.1.3 新热点辨识

    该模块通过获取到的影像,在系统提供的影像热点辨识功能、以及人工判读等方法快速找出新的热点,再与已知热点进行比对,排除已知热点,找出疑似林火的热点。系统使用人员对发现疑似林火热点交与现场人员进行核实,并入库记录。

    热点辨识流程如下图:

    4.1.4 热点查询和分析、统计模块

    依托于热点数据中心,通过在客户端对应用进行集成,实现热点追踪、热点分析、热点预警预报和实时监控、综合统计监测等分析功能。客户端用户可以通过自定义条件或设定条件对热点数据以报表或专题图的方式呈现查询结果。

    4.1.5 热点空间定位查询功能

    包括热点信息定位查询,热点信息属性查询显示等功能,实现热点的图查属性和属性查图功能。热点属性查询,点击热点可以查询相关属性。

    4.2 防火信息管理子系统

    4.2.1 火险等级划分

    气象条件是森林火灾能否发生与蔓延的决定因素之一,做好森林火灾发生可能性的气象预报也就是森林火险等级预报,对防范火灾发生具有重要意义。根据森林火灾发生的气象规律,总结出了一套预报方法,并界定五个等级,等级愈高表示发生火灾的可能性愈大。经中国气象局、林业局发布,全国森林火险天气等级从1993年开始实施,主要根据每天气温、湿度、风力、雨后天数等因子来测算,共分为五级,各等级意义如下

    本系统能方便的录入林区防火的火险等级,并在地图上显示各区域内的火险等级分布情况,更易于直观查看辖区的森林火险等级。

    4.2.2 野外火源管理

    对野外容易或可能用火的地点(如坟墓、加工点等)进行登记,输入所在位置的经纬度坐标,在电子沙盘上标注,在相应的属性栏内输入相关信息。该模块包括:野外火源登记、野外火源地图显示、查询、统计。

    4.2.3 阻火隔离带管理

    可根据有阻火隔离带的地区,以自定义的方式进行划分。防火隔离带登记:有GPS跟踪、导入文件和手动绘制三种方式进行阻火隔离带登记方式。防火隔离带统计支持模糊查询。系统将查询内容导出到EXCEL

    4.2.4 防火道路网管理

    可根据有防火道路网的地区,以自定义的方式进行划分。防火道路网统计查询内容后导出到EXCEL

    4.2.5 防火设施管理

    对各林场的防火设施进行登记,如设施名称、坐标、类型、生产厂家、可用/不可用的数量等,并且对扑火设施进行分类的查询和统计。

    4.2.6 联动单位管理

    1联动单位登记管理。对联动单位的基本信息进行登记,如位置、负责人、联系电话、类型(扑火队)、驻地位置、分布、人数、消防装备等。

    2联动单位手持GPS登记管理。对各联动单位所持有的GPS设备进行登记,以便于在发生火灾时,通过GPS设备对其进行统一指挥。

    4.2.7 巡查车管理

    1指挥车登记管理。登记指挥车的型号、装载人数、负责人、车载电台、GPS呼号等信息。

    2指挥车载GPS登记管理。对每个指挥车上GPS的编号进行登记。

    4.2.8 林权管理

    本系统主要以森林消防信息化为目的,和林权子系统主要管理林相图、林权划分图等。为林火后期过火范围圈定所涉及的林权进行叠加分析提供基础数据。

    4.3 现场指挥子系统

    4.3.1 火点定位

    当确认某地发生火情时,指挥中心迅速在三维电子沙盘上定位火点,调度指挥。确定火点的方式有:输入两个方位角定火点、输入经纬度坐标定火点、在电子沙盘上直接定火点、直接获取火场位置的GPS对讲机经纬度定火点四种方式。

    4.3.2 火点校正

    如果现场报告的火点位置需调整,则可以通过火点调校工具进行校正。

    4.3.3现场跟踪

    1)扑火队跟踪。指挥中心可跟踪扑火队行走的航迹并告之其正确的前进方向及路线,确保其在最短的时间内到达火灾现场,最大程度内减少火灾损失。

    2)巡查车跟踪。指挥中心可查找并跟踪指挥车,记录其移动的航迹,告之其正确的前进方向及路线,确保其在最短的时间内到达火灾现场最大程度内减少火灾损失。

    4.3.4 周边分析

    一旦出现火情,指挥中心及相关领导急需了解掌握火场及周围的信息,如:道路、水源、林相、附近的扑火队、火场所在林班等。系统会根据指挥员需要以仿真图像方式逼真的显示火点周围的信息。如显示火点周围的地形图、显示火点附近的道路、各扑救单位与火点的分布图、显示火点附近的水源、显示火点附近的扑火队驻地、显示火点所在的林相图、显示火点所在林班。

    4.3.5 灭火后处理(火点清除)

    火被扑灭后,指挥中心操作人员在系统中将火场状态转变为已灭状态,等待损失评估。

    4.3.6 过火范围圈定

    火场现场人员持GPS对讲机沿火场边界行走,系统可设定一定时间从GPS设备自动采集坐标信息,自动圈出过火范围。可填写记录以便作为历史记录可以查证。

    4.3.7 过火面积计算

    通过系统提供的面积测量工具,自动计算出过火区域的面积。

    4.3.8 受灾林地统计

    受灾林地统计通过叠加林权数据、以及行政区划数据,可快速统计出受灾的林类、林班、所属林权、所属行政区划等,并给出统计报表。

    4.4 三维电子沙盘子系统

    系统通过数字三维地球仪的形式来展现三维地理信息。系统在三维地球仪上添加地形图以及卫星遥感图来构建三维沙盘的基础,在此基础上按照实际场景放置相应的对象,包括如道路、河流、居民区等常规对象,以及热点、防火设施等森林消防相关的对象,并都赋予这些对象相应的属性信息。可以在三维沙盘场景中直接管理这些对象,实现分类显示、统计、查询以及分析功能。可以分别为卫星热点管理子系统、防火信息管理子系统以及现场指挥子系统制作各自的场景,如卫星热点沙盘、防火沙盘和现场指挥沙盘。

    5 小结

    卫星热点核查反馈管理系统是基于卫星定位、三维地理信息系统、卫星遥感影像、数据库管理系统、超短波无线通信电台网络传输技术基础上开发的大型综合信息系统。

       该系统具备了卫星热点管理、防火信息管理、现场指挥等多项功能。该系统的建立,从技术上提升了森林防火工作中的管理能力,实现了森林防火管理的数字化、信息化、现代化,为各级领导的宏观管理决策、指挥调度、协调工作提供了准确、快速、科学的技术信息服务,真正做到了运筹帷幄,决胜千里。

    本系统通过手持GPS对讲机、车载机,利用林业消防系统原有的超短波无线通信网络与指挥中心进行数据连接交换,系统接收通信终端机持有者的数据信号,转换为地理信息的经纬度坐标,并通过3D人物仿真模型,定位在三维地图中(电子沙盘),达到监控和管理的目的;系统通过3S仿真技术可模拟火灾现场的实际场景;指挥中心根据火点周围的地理信息通过对讲机调动火场附近的扑火资源,指挥扑火人员赶赴火场,实现最小路径和最短时间到达火场。系统可根据实际的地理信息添加、修改道路、河流、房屋、防火设施等对象属性,并通过功能接口可实现对森林资源的管理。本系统具有先进、可靠、直观、快捷、可扩展等特点,在森林消防工作中,对这些信息的综合利用,为森林消防指挥决策提供强大的信息和决策支持。

     

    参考文献:

    [1]《全国林业信息化建设纲要》(2008-2020年)

    [2] 陈京弘,田晓瑞,舒立福,2005-2007年西南地区卫星监测热点分析,森林防火,20094

    [3] 陈晓红《决策支持系统理论和应用》,清华大学出版社

    [4]万鲁河,刘万宇,臧淑英,森林防火辅助决策交持系统的设计与实现-管理科学,2003.3

                  
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