汪 東 ，周愛(ài)民 ，叢靜華 ，趙明生

（1. 南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023；2. 南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪 東1，2，周愛(ài)民1，叢靜華1，趙明生1

（1. 南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023；2. 南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

大數(shù)據(jù)以其大量、多樣、價(jià)值、高速4個(gè)特點(diǎn)發(fā)揮著重要的作用，滲透到了各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，也對(duì)森林防火帶來(lái)重大影響，這種影響，既源于大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)森林防火管理的推進(jìn)，也來(lái)自大數(shù)據(jù)時(shí)代科技發(fā)展趨勢(shì)對(duì)森林防火管理變革路徑的引領(lǐng)。隨著森林防火所涉及問(wèn)題復(fù)雜性的凸顯，以及防火決策科學(xué)化的需求的提升，對(duì)基于計(jì)算機(jī)的決策的依賴越發(fā)體現(xiàn)出來(lái)。如何利用計(jì)算能力發(fā)揮林區(qū)火險(xiǎn)防控領(lǐng)域的數(shù)據(jù)的力量，借助計(jì)算機(jī)模擬的方式為林火監(jiān)控與撲救決策提供依據(jù)，是森林防火技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)傳統(tǒng)研究方向的新的發(fā)展機(jī)會(huì)。本文總結(jié)了森林防火管理中存在的問(wèn)題，提出了構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了包括多維度感知、大數(shù)據(jù)平臺(tái)和多層級(jí)融合等三層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，采用軟件工程開(kāi)發(fā)中的結(jié)構(gòu)化和原型化相結(jié)合的方法，進(jìn)行功能解析和模塊劃分，開(kāi)發(fā)了具有空間分析、預(yù)警監(jiān)測(cè)、護(hù)林員管理、撲火指揮、火情損失估算、圖形工具等功能的基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)將有利于森林防火管理的智能化和森林可持續(xù)發(fā)展。

森林防火；大數(shù)據(jù)；多維度感知；預(yù)警監(jiān)測(cè)；火情損失估算

森林火災(zāi)極大的影響森林資源安全，不僅引起水土流失現(xiàn)象，造成生態(tài)平衡嚴(yán)重破壞[1]，進(jìn)而引起生態(tài)系統(tǒng)退化問(wèn)題，并威脅生物多樣性，也嚴(yán)重?fù)p害了普通人民生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。保護(hù)森林資源，有效防止森林火災(zāi)、森林有害生物以及人為濫砍盜伐等對(duì)森林資源的破壞，是維護(hù)國(guó)土生態(tài)安全、促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定工作的重要組成部分。將先進(jìn)的信息化技術(shù)融入森林防火工作，創(chuàng)新智慧化、互動(dòng)化、一體化、主動(dòng)化的森林防火管理，是破解森林安全保護(hù)難題、創(chuàng)新森林資源保護(hù)方式的關(guān)鍵和必然要求[3]。因此，傳統(tǒng)的森林防火方式向大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變迫在眉睫，面向森林防火管理的林業(yè)大數(shù)據(jù)處理問(wèn)題也成為了林業(yè)領(lǐng)域一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。

1 森林防火管理中存在的問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，新一代GIS技術(shù)、北斗定位通信等先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，然而，森林防火管理中仍存在著感知能力不足、信息發(fā)布滯后、信息繁雜冗余、共享程度不高、管理框架粗獷、智慧模式簡(jiǎn)單、業(yè)務(wù)體系分散，難以有效協(xié)同存在的問(wèn)題，森林防火領(lǐng)域信息化技術(shù)應(yīng)用仍然存在很大的提升空間。

(1)感知能力不足、信息發(fā)布滯后

及時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)森林火災(zāi)和火行為對(duì)于做好森林火災(zāi)預(yù)防工作和有效控制森林火災(zāi)十分必要[4]，需要根據(jù)天氣、地形和可燃物等因素對(duì)林火蔓延進(jìn)行預(yù)測(cè)[5]。預(yù)警預(yù)測(cè)建立在對(duì)森林及林區(qū)人員活動(dòng)全面、實(shí)時(shí)感知的基礎(chǔ)上，并且由于林區(qū)環(huán)境廣闊復(fù)雜、危害森林事件發(fā)生存在突發(fā)性，需要從衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、航空監(jiān)測(cè)、地面視頻監(jiān)測(cè)、傳感器物聯(lián)監(jiān)測(cè)以及人員巡查等多個(gè)維度對(duì)林區(qū)實(shí)現(xiàn)全面、系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，信息發(fā)布滯后，嚴(yán)重考驗(yàn)林火管理決策部門的應(yīng)急反應(yīng)能力。

(2)信息繁雜冗余、共享程度不高

林業(yè)及其業(yè)務(wù)應(yīng)用中存在海量的多源數(shù)據(jù)：林區(qū)宏觀氣象信息、局域森林環(huán)境氣象信息、可燃物信息、病蟲害信息、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流、衛(wèi)星圖片、林業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、林業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等等[6]，現(xiàn)有的林業(yè)信息系統(tǒng)往往是針對(duì)單種或少數(shù)類型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理。異源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的信息融合共享存在一定壁壘，導(dǎo)致無(wú)法發(fā)現(xiàn)和提取不同類型數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，難以提升對(duì)各個(gè)要素之間相關(guān)性規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

(3)管理框架粗獷、智慧模式簡(jiǎn)單

感知不透徹、異構(gòu)信息難以共享，海量的林業(yè)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的管理分析，難以從中挖掘出有價(jià)值的信息對(duì)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)、積極”的支持，從而難以實(shí)現(xiàn)森林防火業(yè)務(wù)精細(xì)化、科學(xué)化、主動(dòng)化、一體化的管理，框架粗獷，模式簡(jiǎn)單[7]，因此需要構(gòu)建能處理海量林業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，發(fā)展預(yù)警預(yù)測(cè)模型，由“事中事后監(jiān)測(cè)”轉(zhuǎn)向“事前預(yù)測(cè)”、“事初預(yù)警”的更“智慧”的林業(yè)。

(4)業(yè)務(wù)體系分散，難以有效協(xié)同

森林防火、有害生物防治、林政部門在目前的行政架構(gòu)下，面對(duì)同一個(gè)管理客體——森林，仍然存在信息直接互通不足[8]，業(yè)務(wù)體系各自為戰(zhàn)，難以實(shí)現(xiàn)信息共享、業(yè)務(wù)共通、高效協(xié)作，業(yè)務(wù)平臺(tái)多種多樣，在基層的業(yè)務(wù)開(kāi)展中仍然存在大量的手工記錄、統(tǒng)計(jì)的情況，造成數(shù)據(jù)信息多次登記、多次傳遞，存在浪費(fèi)人力、易出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤的情況。

綜上可以看出，目前林業(yè)系統(tǒng)已有的森林防火系統(tǒng)信息化程度參差不齊，對(duì)林區(qū)各類森林資源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)情況、林區(qū)火險(xiǎn)因素（環(huán)境因素、可燃物因素）、林區(qū)人員活動(dòng)（林區(qū)工作人員、其他人員）無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)感知；已有各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間信息繁雜、無(wú)法共享，更難以通過(guò)信息整合、提取信息間關(guān)聯(lián)、挖掘有價(jià)值信息實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)工作協(xié)同、互動(dòng)、智能的支撐。

2 面向森林防火管理的大數(shù)據(jù)內(nèi)容

大數(shù)據(jù)技術(shù)浪潮將數(shù)據(jù)提升到戰(zhàn)略高度重視的同時(shí)[9]，也為森林防火行業(yè)低成本優(yōu)化策略提供更好地解決方案[10-12]?；诖髷?shù)據(jù)思想的森林防火管理系統(tǒng)的總體目標(biāo)就是多年數(shù)字林業(yè)信息化發(fā)展基礎(chǔ)上，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與成熟的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)結(jié)合創(chuàng)新[13]，通過(guò)數(shù)據(jù)集中和系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)森林防火管理系統(tǒng)和IT系統(tǒng)的整合[14]，來(lái)改善防火系統(tǒng)的洞察力，縮小戰(zhàn)略與執(zhí)行之間的差距。

面向森林防火管理的大數(shù)據(jù)是指一切與森林防火相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括滅火劑、滅火器械和防護(hù)裝備等林業(yè)防火物資研發(fā)數(shù)據(jù)，氣象、環(huán)境、樹(shù)木、可燃物、土壤等防火過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)，滅火方式、滅火路線、滅火隊(duì)伍、火險(xiǎn)因子等管理數(shù)據(jù)，災(zāi)害預(yù)測(cè)、損失評(píng)估等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)[15]，貫穿整個(gè)森林防火過(guò)程。面向森林防火管理的大數(shù)據(jù)之所以大而復(fù)雜，是由于森林防火帶有時(shí)間屬性和空間屬性，因而需要考慮多種因素在不同時(shí)間點(diǎn)和不同地域?qū)ι址阑鸬木C合影響。

在系統(tǒng)優(yōu)化架構(gòu)方面，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，以森林防火信息應(yīng)用為主線，以建立森林防火管理信息交互共享系統(tǒng)為切入點(diǎn)，利用VC++語(yǔ)言構(gòu)架基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)平臺(tái)[16]，建立功能完備、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、系統(tǒng)可靠，使用安全、高效便捷的森林防火管理信息化體系，從而通過(guò)數(shù)據(jù)和服務(wù)的共享，實(shí)現(xiàn)森林防火管理、火險(xiǎn)等級(jí)分析與決策支持的交互共享功能三位一體的智能財(cái)務(wù)管理信息平臺(tái)，提高森林防火管理水平、監(jiān)測(cè)預(yù)警能力和宏觀決策能力。

3 基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)融合大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、新一代GIS等先進(jìn)信息技術(shù)，深入研究森林多維感知、林業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)測(cè)、協(xié)同業(yè)務(wù)四大應(yīng)用技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有森林防火業(yè)務(wù)的有力支撐并創(chuàng)新建立科學(xué)高效的森林防火業(yè)務(wù)模式，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示?；诖髷?shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)可見(jiàn)，包含3個(gè)層次，分別是最底層的多維度感知、中間層的大數(shù)據(jù)平臺(tái)和最高層的多層級(jí)融合運(yùn)用，每一層的具體的功能為：

圖1 基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of forest fi re prevention management system based on big data

(1)構(gòu)建空、天、地立體化林區(qū)多維感知體系

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)的最底層是多維度感知，在這一層里，系統(tǒng)主要進(jìn)行全天候、立體化多維度感知。面向森林資源、林區(qū)環(huán)境、人員活動(dòng)，構(gòu)建以移動(dòng)互聯(lián)為核心，融合衛(wèi)星遙感、航空監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)、林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)深度感知，開(kāi)發(fā)林區(qū)空、天、地多維可視化感知體系，發(fā)展多信息融合通信與指揮調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)林區(qū)態(tài)勢(shì)展現(xiàn)一體化與通信指揮跨平臺(tái)高效交互。除了通過(guò)北斗衛(wèi)星采集定位數(shù)據(jù)外，還利用衛(wèi)星定位、航空遙感、氣象雷達(dá)、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)采集火險(xiǎn)要素，形成涵蓋不同尺度和要素的監(jiān)控體系，為森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)提供充分詳實(shí)的數(shù)據(jù)。視覺(jué)智能識(shí)別則通過(guò)紅外-可見(jiàn)光雙模式實(shí)現(xiàn)森林區(qū)域全覆蓋監(jiān)控，在火災(zāi)苗頭階段進(jìn)行早期報(bào)警，有效的遏制重大林火的發(fā)生。

(2)構(gòu)建數(shù)據(jù)統(tǒng)一、高度共享的林業(yè)防火大數(shù)據(jù)平臺(tái)

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)的中間層是大數(shù)據(jù)平臺(tái)，在這一層里，系統(tǒng)主要進(jìn)行智慧化、可視化的大數(shù)據(jù)分析，并實(shí)現(xiàn)林火預(yù)警與預(yù)測(cè)。如果沒(méi)有大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在多維度感知層中快速積累的數(shù)據(jù)，將會(huì)變得十分龐大和復(fù)雜。數(shù)據(jù)本身并不能創(chuàng)造價(jià)值，只有通過(guò)有效分析，才能幫助種植者做出有效決策。因此林業(yè)防火大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心是機(jī)器學(xué)習(xí)，快速、智能化、定制化地幫助用戶獲取數(shù)據(jù)，獲得分析結(jié)果，進(jìn)而做出防火管理決策，提高防火機(jī)械、設(shè)施和人員使用效率。在基礎(chǔ)設(shè)施提供網(wǎng)絡(luò)通信、服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境的基本硬件后，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、主題數(shù)據(jù)庫(kù)、共享數(shù)據(jù)庫(kù)、元數(shù)據(jù)庫(kù)等不斷積累數(shù)據(jù)，林業(yè)防火大數(shù)據(jù)平臺(tái)從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得有價(jià)值信息，完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)交換、視頻接入、地理信息共享等應(yīng)用。

(3)構(gòu)建基于林業(yè)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)預(yù)警、預(yù)測(cè)體系

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)的最頂層是多層級(jí)融合運(yùn)用，在這一層里，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)、多層級(jí)、協(xié)同化應(yīng)用。通過(guò)對(duì)森林火險(xiǎn)、林火行為、林業(yè)有害生物、林業(yè)違法行為與森林資源、森林氣象環(huán)境、時(shí)間等多元素多尺度耦合模型研究，揭示火險(xiǎn)、林火發(fā)展蔓延、潛在火行為與林區(qū)各要素相互作用機(jī)制，發(fā)展火險(xiǎn)、林火、有害生物、違法行為預(yù)警、預(yù)測(cè)模型，優(yōu)化預(yù)警、預(yù)測(cè)方法。基于海量數(shù)據(jù)不斷自我演化的專家模型庫(kù)，通過(guò)專家模型在海量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，利用大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能不斷完善演化，建立各種新的預(yù)警預(yù)測(cè)模型，提高預(yù)警預(yù)測(cè)時(shí)效性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行科學(xué)決策支撐，通過(guò)前端感知、軟件模型、專家?guī)旒皯?yīng)急預(yù)案和各類外部數(shù)據(jù)的支持，通過(guò)多種時(shí)間、空間、視圖進(jìn)行可視化展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)森林防火管理、森林執(zhí)法管理、林火撲救指揮管理等決策功能。

4 基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，采用軟件工程開(kāi)發(fā)中的結(jié)構(gòu)化和原型化相結(jié)合的方法，自上而下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能解析和模塊劃分，主要提供了空間分析、預(yù)警監(jiān)測(cè)、護(hù)林員管理、撲火指揮、火情損失估算、圖形工具等功能，具體功能模塊圖如圖2所示。

圖2 基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Function module of forest fi re management system based on big data

空間分析模塊具有空間查詢和屬性查詢功能，能完成點(diǎn)擊查詢、條件查詢、面積測(cè)量、周長(zhǎng)測(cè)量、防火隔離帶分析等任務(wù)，可以方便地測(cè)量長(zhǎng)度、面積，并進(jìn)行屬性與圖形數(shù)據(jù)的雙向查詢，具有全方位、多角度的直觀性，界面如圖3所示。

預(yù)警監(jiān)測(cè)模塊具有熱點(diǎn)報(bào)警、護(hù)林員報(bào)警、視頻監(jiān)測(cè)報(bào)警等一體化報(bào)警功能以及氣象信息、火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)等輔助功能，將所有報(bào)警源統(tǒng)一到同一界面下瀏覽查詢，減少了林火管理人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)避免了多個(gè)系統(tǒng)的交叉使用，界面如圖4所示。

圖3 空間分析界面Fig.3 Spatial analysis interface

護(hù)林員管理模塊具有護(hù)林員實(shí)時(shí)位置確定、護(hù)林員群?jiǎn)魏?、護(hù)林員軌跡查詢、定位數(shù)據(jù)跟蹤回放、護(hù)林員采集的視頻回傳等功能，能對(duì)護(hù)林員實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的定位跟蹤，查看起來(lái)一目了然，增強(qiáng)了護(hù)林員與林火指揮中心的信息溝通，有助于個(gè)人的安全，界面如圖5所示。

圖4 預(yù)警監(jiān)測(cè)界面Fig.4 Early warning monitoring interface

圖5 護(hù)林員管理界面Fig.5 Ranger management interface

撲火指揮模塊具有火場(chǎng)標(biāo)繪、火場(chǎng)管理和GIS基本用途等功能，能完成包括圖層控制、地圖瀏覽、圖形選擇、圖形標(biāo)注等基礎(chǔ)GIS功能、火場(chǎng)態(tài)勢(shì)分時(shí)段記錄和火行為預(yù)測(cè)等任務(wù)，輔助防火指揮中心突破時(shí)空限制，全面掌握火場(chǎng)信息，有助于撲火輔助指揮和事后總結(jié)，結(jié)合定位功能，能有效掌握撲救人員分布情況，界面如圖6所示。

圖6 撲火指揮界面Fig.6 Fire fi ghting command interface

火情損失估算模塊具有火點(diǎn)快速定位、林木過(guò)火面積估算、火情損失估算等功能，通過(guò)定位、災(zāi)情查詢、北斗衛(wèi)星定位圈定范圍來(lái)完成林火的管理、上報(bào)和森林火災(zāi)損失估計(jì)等任務(wù)，界面如圖7所示。

圖形編輯模塊具有圖層控制、好專題制圖、地圖預(yù)覽、圖形選擇、樹(shù)種分布等各統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，能完成圖層的打開(kāi)、關(guān)閉、移動(dòng)、設(shè)置和過(guò)濾，地圖的放大、縮小、漫游和指定比例尺，自定義專題圖生成、林木信息的生成打印等任務(wù)，界面如圖8所示。

圖7 火情損失估算界面Fig.7 Fire loss estimation interface

圖8 圖形編輯界面Fig.8 Graphical editing interface

基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，有效合理收集和存儲(chǔ)現(xiàn)有森林防火海量數(shù)據(jù)，集科學(xué)、有效、便捷的數(shù)據(jù)診斷、聚合與分析方法，提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)防火滅火數(shù)據(jù)的同時(shí)，更力求挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值并轉(zhuǎn)換為信息?；诖髷?shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)可以通過(guò)主控中心、應(yīng)急發(fā)射車、信號(hào)發(fā)射塔、音頻和視頻終端等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻和聲音信息之間的即時(shí)切換。比如，遇到林火突然爆發(fā)、大面積蔓延等緊急突發(fā)事件，手機(jī)、指揮終端里的可視屏，系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)“應(yīng)急廣播”與“視頻圖像”的“一鍵式切換”，在幾秒內(nèi)發(fā)揮出應(yīng)急指揮功能?；诖髷?shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，通過(guò)空間分析、預(yù)警監(jiān)測(cè)、護(hù)林員管理、撲火指揮、火情損失估算、圖形工具等模塊功能，解決了以下五方面難題：林火信息的發(fā)布時(shí)效性，確?；鹎樾畔⒌募皶r(shí)快速發(fā)布；林火信息的權(quán)威性和安全性，確?；鹎樾畔⒌目茖W(xué)精準(zhǔn)無(wú)誤報(bào)；林火信息的雙向傳達(dá)性，確保指揮中心、流動(dòng)網(wǎng)點(diǎn)和護(hù)林員之間的溝通交流；林火信息的區(qū)域覆蓋性，確保林火撲救效率和能力；林火信息的可利用性，深入挖掘后的信息能提供災(zāi)情損失等深層數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論與討論

本文針對(duì)森林防火管理中多渠道積累獲得的海量數(shù)據(jù)沒(méi)有得到更好的再利用問(wèn)題，提出了基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)將森林防火管理系統(tǒng)的空間分析、預(yù)警監(jiān)測(cè)、護(hù)林員管理、撲火指揮、火情損失估算、圖形工具等功能統(tǒng)一在林業(yè)大數(shù)據(jù)體系之下，使原本各自獨(dú)立的采集、分析、預(yù)測(cè)、管理工作以有效控制森林火災(zāi)為核心聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)引入大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合、分析和挖掘，完成了系統(tǒng)優(yōu)化整合與大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建工作，進(jìn)行了實(shí)時(shí)防火數(shù)據(jù)采集、匯總、分析和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林防火、森林資源保護(hù)業(yè)務(wù)的主動(dòng)、協(xié)同化支撐?；诖髷?shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)對(duì)于充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提高火險(xiǎn)預(yù)報(bào)、火行為預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、加強(qiáng)森林火災(zāi)的管理控制有著積極的作用。建議今后從以下幾方面進(jìn)行相關(guān)深入后續(xù)研究：

(1)常規(guī)的監(jiān)測(cè)火情主要依靠地面人員巡護(hù)、瞭望臺(tái)觀測(cè)、航空巡邏等，存在著造價(jià)高限制，結(jié)合當(dāng)前迅猛發(fā)展的信息技術(shù)，今后應(yīng)利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)空信息、環(huán)境信息、林木信息、火情信息等的采集，監(jiān)測(cè)林區(qū)的溫濕度、煙霧濃度、光亮度、風(fēng)向風(fēng)速、大氣壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)增強(qiáng)森林防火管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集性，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，部分是提前采集錄入數(shù)據(jù)庫(kù)的，今后應(yīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能，確保數(shù)據(jù)無(wú)滯后的同步采集傳輸，如通過(guò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和數(shù)字生理信號(hào)采集滅火救災(zāi)人員的生理參數(shù)、體征狀態(tài)等，有助于確保人身安全。

(3)提高基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)的智能決策性，輔助指揮員進(jìn)行更加精確的滅火科學(xué)決策，利用數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)自動(dòng)補(bǔ)償、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等操作，能夠?qū)τ诨瘘c(diǎn)篩查、林火蔓延方向、潛在火險(xiǎn)、火場(chǎng)安全形勢(shì)評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度、滅火人員緊急避險(xiǎn)等情況進(jìn)行更加智能化、現(xiàn)代化的決策。

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Forest- fi re prevention management system design based on big data processing

WANG Dong1,2, ZHOU Aimin1, CONG Jinghua1, ZHAO Ming-sheng1
(1. Nanjing Forest Police College, Nanjing 210023, Jiangsu, China;2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China)

Recently, big data with the characteristic of volume, variety, velocity and value, has played an important role. More and more attentions have been put into the potential of big data in all fi elds. Big data provides new development opportunities for databased decision-making in the forest- fi re prevention, which has gradually showed great potential and advantages in the wave of modern forest- fi re prevention technology developments. The dependence on the computer to making decision highlights the complexity and the importance of forest- fi re prevention. How to use computer to maximize the potential of big data in the forest- fi re prevention fi elds and how to use computer stimulation to provide evidence for forest- fi re prevention decision making are a urging question in the age of big data and a new development opportunity. This paper analyzed its existing issues in forest- fi re prevention approaches, and introduced big data content of forest- fi re prevention. Based on the characteristics of forest- fi re prevention information, the data structure of forestry big data processing system fell into three layers: multi-dimensionality feeling layer, big data platform layer, and multiple levels fusion layer.By using the combination of structured and prototyping method in software engineering, forestry big data processing system oriented to forest- fi re prevention was developed. It provided powerful functions with assist and supports a broad range of operating systems,including spatial analysis, early warning monitoring, forest management and fi re command, fi re loss estimation, and graphical tools.Using big data technology on forest- fi re prevention can help ensure sustainable development of forests.

forest- fi re prevention; big data; multi-dimensionality feeling; early warning and monitoring; fi re loss estimation

S762.3

A

1673-923X(2017)11-0030-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.11.006

2016-08-22

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201304405）；南京森林警察學(xué)院預(yù)研項(xiàng)目（LGY201507）；江蘇省青藍(lán)工程人才工程項(xiàng)目；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項(xiàng)目（PPZY2015A058）

汪 東，副教授，博士研究生；E-mail：wangdong9931111@163.com

汪 東，周愛(ài)民，叢靜華，等.基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(11): 30-37.

[本文編校：吳 毅]