馮 奎

（青海省森林草原防火預(yù)警監(jiān)測和物資儲備中心，青海 西寧 810000）

在我國以及世界范圍內(nèi)，發(fā)生過多次森林火災(zāi)，因?yàn)樯謽淠揪哂幸兹夹?，一旦出現(xiàn)火源就會導(dǎo)致火災(zāi)快速蔓延，從而導(dǎo)致樹木大面積死亡，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣同時會對環(huán)境造成很大污染。我國對于森林火災(zāi)的防控管理工作重視程度在不斷提升，多項(xiàng)森林防火技術(shù)正處于創(chuàng)新的過程中，且一些先進(jìn)的森林火災(zāi)防控方案已經(jīng)落地，其中動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，能夠全面提高森林火災(zāi)防控能力，以完善的監(jiān)測技術(shù)對森林整體進(jìn)行監(jiān)控。

1.森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用重要性分析

截至2020年7月28日，澳大利亞叢林大火或已致30億動物死亡。澳大利亞森林大火的發(fā)生，再一次引起世界對森林火災(zāi)的關(guān)注，使人們更加充分認(rèn)識到森林火災(zāi)的破壞性和危害程度。動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)是現(xiàn)代森林防火工程建設(shè)中的重要內(nèi)容，通過采用該防火技術(shù)，能夠有效解決傳統(tǒng)防火技術(shù)中存在的缺陷，其主要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 改善森林環(huán)境

森林對于改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義，但是因?yàn)樯謽淠镜纳L周期較長，如果被火災(zāi)破壞，需要很長的時間才能夠恢復(fù)生態(tài)作用。樹木在進(jìn)行光合作用時，需要吸收空氣中的二氧化碳，通過森林吸收二氧化碳的作用，能夠緩解溫室效應(yīng)，當(dāng)前世界范圍內(nèi)溫室效應(yīng)較為嚴(yán)重，導(dǎo)致人類的生存環(huán)境受到非常嚴(yán)重的破壞。因此保護(hù)森林資源就可以有效減緩溫室效應(yīng)，在改善生態(tài)環(huán)境方面具有重要作用。通過采用森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，能夠有效控制森林火災(zāi)發(fā)生，從而改善森林環(huán)境。

1.2 促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

林業(yè)經(jīng)濟(jì)在當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用，為了保證社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，管理部門必須做好森林火災(zāi)防控管理工作。作為對森林資源破壞最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，通過應(yīng)用森動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，在降低森林火災(zāi)發(fā)生率方面具有重要意義，保證相關(guān)工作的實(shí)效性，可最大程度降低林火發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)對林業(yè)資源的充分保護(hù)。一旦發(fā)生森林火災(zāi)，大量的樹木就會被燒毀，從而無法作為木材創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，不利于我國林業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，所以必須提高森林防火力度。動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對森林火災(zāi)的預(yù)防，從而減少火災(zāi)發(fā)生，同時能夠減少火災(zāi)發(fā)生后造成的經(jīng)濟(jì)損失，從而促進(jìn)我國林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.3 促進(jìn)防火技術(shù)創(chuàng)新

森林防火工程建設(shè)具有復(fù)雜性，整體建設(shè)難度較高，對于防火技術(shù)的要求較為嚴(yán)格。過去我國所采用的森林防火技術(shù)較為落后，基本以人工巡檢為主，且將防火重點(diǎn)集中在森林火災(zāi)的撲救工作中，對于火災(zāi)預(yù)防工作不夠重視。而通過采用動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，能夠促進(jìn)我國森林防火體系全面創(chuàng)新，以動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)作為防火工程建設(shè)的基礎(chǔ)，融合多項(xiàng)信息化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全過程、自動化監(jiān)測，對于我國森林防火工作高質(zhì)量開展具有重要意義，所以必須準(zhǔn)確掌握動態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)，將其全面落實(shí)在森林防火工作中。

2.當(dāng)前我國森林防火存在的主要問題分析

現(xiàn)階段，國家對于森林防火工作的重視程度不斷提升，在森林防火工作中投入大量的資源，但是受到多種因素的影響，當(dāng)前我國森林防火工作中依然還存在著一些問題，主要包括如下幾項(xiàng)：（1）森林管理部門工作存在問題。森林火災(zāi)防控工作對于我國自然環(huán)境保護(hù)以及林業(yè)發(fā)展具有重要作用，但是因?yàn)槿狈?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，森林管理部門當(dāng)前在森林火災(zāi)防控工作中還存在著一些問題，導(dǎo)致森林火災(zāi)多項(xiàng)管理規(guī)定尚未落實(shí)。部分管理人員的森林火災(zāi)防控意識不足，導(dǎo)致其對各項(xiàng)工作內(nèi)容的管理不夠到位，不能保證相關(guān)監(jiān)管工作的實(shí)效性，從而引起森林火災(zāi)防控管理工作過于松懈的問題發(fā)生，無法對森林火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時管理，從而導(dǎo)致森林火災(zāi)問題時有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時對森林管理人員人身安全造成很大威脅。（2）森林火災(zāi)防控工程建設(shè)投入不足。森林火災(zāi)防火是一項(xiàng)規(guī)模較大的工程，需要投入大量的資金、物理資源以及人力資源，但是在我國林業(yè)工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，部分地區(qū)卻沒有投入充足的消防經(jīng)費(fèi)，導(dǎo)致森林防火管理可用經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足，且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不論是火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備還是消防設(shè)備，都需要充足的資金作為保障，但是顯然當(dāng)前許多地區(qū)尚未達(dá)到森林火災(zāi)防控工程建設(shè)投入標(biāo)準(zhǔn)。（3）火災(zāi)防控技術(shù)缺乏創(chuàng)新。當(dāng)前我國一些地區(qū)，在森林火災(zāi)防控管理中，依然采用較為傳統(tǒng)的防控技術(shù)，主要依靠森林防火管理人員對森林進(jìn)行巡查，且因?yàn)楣ぷ餍再|(zhì)的關(guān)系，森林火災(zāi)管理人員普遍年齡較大，缺乏專業(yè)的森林火災(zāi)防控知識，無法有效識別可能引起森林火災(zāi)的危險源。現(xiàn)代化森林火災(zāi)防控工程的建設(shè)，必須采用科學(xué)先進(jìn)的防控技術(shù)，才能夠提高火災(zāi)防控管理工作實(shí)效性，但是顯然當(dāng)前森林火災(zāi)防控管理技術(shù)嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新。

3.森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)所應(yīng)用的森林防火技術(shù)主要包括：（1）衛(wèi)星巡回監(jiān)測技術(shù)。衛(wèi)星巡回監(jiān)測技術(shù)在我國具有廣泛應(yīng)用，但是因?yàn)樾l(wèi)星信息存在15%以上的誤差，在通過衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)時，森林已經(jīng)出現(xiàn)較大的燃燒面積，在森林火災(zāi)的提早發(fā)現(xiàn)和防控中效果較差。（2）護(hù)林飛機(jī)結(jié)合紅外遙感技術(shù)。美國在采用無人機(jī)駕駛森林火災(zāi)預(yù)警的工作中，雖然取得一定效果，但是需要花費(fèi)大量的成本，并且部分衛(wèi)星的運(yùn)行軌道和周期不科學(xué)，導(dǎo)致其在北美上空存在12h以上的空白時間段，在圖像傳回時間以及圖像準(zhǔn)確性方面都存在著一定問題。（3）紅外線成像技術(shù)。加拿大在1975年開始嘗試采用紅外線成像技術(shù)，在其試驗(yàn)過程中，利用AGA750便攜式熱成像儀對火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測，但是因?yàn)閷?shí)用性較差，所以沒有得到推廣；在其他一些國家的試驗(yàn)中，主要采用從地面進(jìn)行監(jiān)測的方式，但是因?yàn)樯种袠淠玖至?，?dǎo)致火源和熱成像儀之間存在較多的樹干遮擋，從而難以及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。（4）陸地?cái)?shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。德國采用的FIRE-WATCH森林火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)，是一種陸地遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)Υ竺娣e的森林實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，與我國的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)相似，但是因?yàn)樵摷夹g(shù)數(shù)字化程度較高，所以系統(tǒng)綜合造價成本較高，不適合大范圍使用。

世界各國雖然都在森林防火技術(shù)中不斷創(chuàng)新，但是當(dāng)前依然沒有產(chǎn)生最佳的方法，受到成本、實(shí)用性以及準(zhǔn)確率等多項(xiàng)因素的限制，世界范圍內(nèi)森林防火技術(shù)始終沒有取得較大實(shí)用性。

4.森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)分析

通過上文的分析可以看出，森林火災(zāi)防控對于我國發(fā)展具有重要意義，但是因?yàn)槿狈茖W(xué)的防護(hù)手段，導(dǎo)致森林火災(zāi)防控工作尚未全面落實(shí)。為了構(gòu)建完善的森林防火機(jī)制，確保森林動態(tài)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在林業(yè)部門改革的大背景下，林業(yè)部門需要做好森林防火工程建設(shè)工作。因此，青海某地區(qū)林業(yè)管理部門協(xié)同其他部門設(shè)計(jì)開發(fā)一套森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，在青海地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，以下是本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的具體情況。

4.1 系統(tǒng)測試地點(diǎn)選擇

本文選擇以青海某高寒地區(qū)森林草原過渡帶為試驗(yàn)研究對象，在該過渡帶內(nèi)選擇2個監(jiān)測點(diǎn)，通過采用GPS定位確定地理坐標(biāo)；前端監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)置在當(dāng)?shù)亓謭龅耐饦侵?，后端設(shè)置在當(dāng)?shù)厣址阑疝k公室，前端監(jiān)測點(diǎn)位到后端監(jiān)控中心的直線距離為30km，前端監(jiān)測點(diǎn)具有高度為35m的鐵塔，能夠滿足監(jiān)測要求。

所選擇的區(qū)域在全球氣候變暖、極端氣候頻繁發(fā)生的背景下，近些年來出現(xiàn)了嚴(yán)重的持續(xù)干旱問題，對于森林火災(zāi)防控工作造成十分不利影響；當(dāng)?shù)孛磕甏焊⒃炝忠约扒锛臼斋@時期，野外用火增加，會提高森林草原火災(zāi)發(fā)生概率；在天氣回暖時，外出踏青休閑的人員增多，野外火源管理工作難度較大，會增加火災(zāi)隱患。在本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)布置前，對該區(qū)域的監(jiān)測、林火阻隔系統(tǒng)以及航空巡護(hù)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對森林火災(zāi)以及其特點(diǎn)進(jìn)行分析。因?yàn)樯只馂?zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警能夠全天候?qū)ι帧⒉菰M(jìn)行監(jiān)測，每日對瞭望塔周圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對林火熱點(diǎn)進(jìn)行分析，從而為復(fù)雜地形情況下森林火災(zāi)的提早發(fā)現(xiàn)提供可行方案。

4.2 系統(tǒng)基本構(gòu)成

本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在攝像機(jī)鏡頭選擇方面，因?yàn)榍岸吮O(jiān)測點(diǎn)位視野較為開闊，所以選擇采用800mm以上的鏡頭；用戶之間溝通采用微波傳輸方式，微波不能通視，需要經(jīng)過一次周轉(zhuǎn)；前端不設(shè)置供電，用戶交流通過風(fēng)光互補(bǔ)設(shè)備供電，蓄電池單次可工作三天。

4.3 森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)分析

所選擇的青海某高寒地區(qū)森林草原過渡帶冬季氣溫極低，該系統(tǒng)測試能夠補(bǔ)充高寒地區(qū)森林火災(zāi)智能預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)中存在的數(shù)據(jù)缺失問題；該區(qū)域云層移動速度較快，對于智能識別會產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，如果能夠妥善解決該問題，則能夠有效補(bǔ)充森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警在這一研究領(lǐng)域中的空白。

4.4 森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成

4.4.1 森林前端監(jiān)控系統(tǒng)

該部分系統(tǒng)包括紅外低照度全天候攝像機(jī)、云臺控制系統(tǒng)、無線發(fā)射前端機(jī)、發(fā)射天線、供電系統(tǒng)以及基塔等工程，固定安裝在森林的制高點(diǎn)中。森林前端監(jiān)控系統(tǒng)主要用于采集森林監(jiān)控點(diǎn)的視頻信息，經(jīng)過數(shù)字化處理和壓縮后通過無線電傳輸?shù)较到y(tǒng)中，且因?yàn)槎鄠€前端設(shè)備安裝在野外的較高處，能夠保證視野范圍，但是存在一定的雷擊事故可能性，所以需要做好防雷工作，同時需要采用一定的防盜措施。

4.4.2 用戶可編程監(jiān)控系統(tǒng)

利用攝像頭和云臺之間的聯(lián)動，后端控制臺能夠?qū)η岸藬z像頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，且采用預(yù)位置技術(shù)能夠提高視頻畫面清晰度；云臺頂部設(shè)計(jì)能夠使其在0°—360°范圍內(nèi)無死角轉(zhuǎn)動，云臺高精準(zhǔn)度旋轉(zhuǎn)能夠捕捉到更多的森林視頻信息，同時能夠提高攝像機(jī)移動率，減少工作周期需要花費(fèi)的時間；本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)超過1020個云臺預(yù)位置，能夠設(shè)置多種不同的掃描模式，從而實(shí)現(xiàn)云臺按照軌跡自動掃描，管理人員能夠按照森林的基本特點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際監(jiān)控需求編程設(shè)置預(yù)位置和掃描軌跡，從而實(shí)現(xiàn)對森林的無縫監(jiān)控；云臺不僅自身能夠?qū)崿F(xiàn)水平轉(zhuǎn)動，同時能夠?qū)︾R頭焦距進(jìn)行控制，從而在很大程度上提高了視頻畫面信息完整性。

4.4.3 森林視頻和參數(shù)采集

利用前端基站的數(shù)字云臺對攝像機(jī)進(jìn)行控制，攝像機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)水平360°、垂直±45°對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行掃描，將掃描后的信息通過微波發(fā)射器傳回控制中心；前端利用視頻處理模塊對視頻圖像進(jìn)行編碼和壓縮，通過微波等方式將信號傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

4.4.4 煙火智能識別技術(shù)

利用前端煙火智能識別處理器，對視頻所捕捉的圖像進(jìn)行實(shí)時分析，從而能夠有效避免視頻畫面經(jīng)過傳輸后到控制中心在分析而引起的圖片精確度較低的問題；煙火在視頻圖像中的最小靶向面積設(shè)計(jì)為10*10像素，通過GIS技術(shù)能夠?qū)ζ鸹瘘c(diǎn)進(jìn)行定位。

4.4.5 前端設(shè)備防盜系統(tǒng)

因?yàn)榍岸嗽O(shè)備安裝在無人值守的森林甚至，所以為了防止設(shè)備被盜，在攝像機(jī)后方安裝一個智能識別處理器，按照安保攝像機(jī)動態(tài)攝像的圖像，設(shè)置丟失類報(bào)警功能，當(dāng)有人靠近或攀爬基塔時，會自動觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，畫面會實(shí)時傳輸?shù)娇刂浦行?，同時啟動現(xiàn)場喇叭播放報(bào)警提示，控制中心還可以通過對講系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場喊話。

4.5 技術(shù)路線分析

本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所采用的技術(shù)路線主要包括：（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控。具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠?qū)⒈O(jiān)控區(qū)域的視頻圖像實(shí)時傳輸?shù)娇刂浦行摹＃?）視頻存儲。針對各個基站上傳到控制中心的報(bào)警視頻圖像能夠?qū)崿F(xiàn)集中存儲，同時滿足三個月圖像回放的最低要求。（3）報(bào)警功能。能夠?qū)崿F(xiàn)全天候無間斷布防，森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警能夠?qū)ι指鲄^(qū)硬盤錄像機(jī)設(shè)置報(bào)警功能，同時能夠接收到林區(qū)發(fā)出的報(bào)警信號，利用GIS技術(shù)顯示具體報(bào)警位置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時能夠第一時間定位火災(zāi)位置同時聯(lián)動相關(guān)工作人員。（4）救火指揮。控制中心能夠按照顯示屏幕呈現(xiàn)的現(xiàn)場火情動態(tài)化圖像，以及GIS技術(shù)對火災(zāi)進(jìn)行推演，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸聯(lián)動具體的救火人員，對森林火災(zāi)的救火工作進(jìn)行指揮。（5）報(bào)警系統(tǒng)自檢。報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示故障發(fā)生的位置，比如線路中斷、設(shè)備死機(jī)等，從而提高系統(tǒng)故障運(yùn)行維護(hù)效率。（6）視頻圖像傳輸。該系統(tǒng)具有視頻前端報(bào)警視頻圖像實(shí)時上傳的功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)診斷后自動連接功能，從而能夠保證視頻圖像實(shí)時傳輸。（7）智能檢索回放功能。本次森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中支持圖像智能檢索功能，用戶能夠按照時間、檢測點(diǎn)位以及報(bào)警類型等對視頻進(jìn)行檢索，同時能夠?qū)σ曨l進(jìn)行回放，能夠幫助管理人員對過往的視頻進(jìn)行調(diào)取，有利于提高森林火災(zāi)分析效果。

結(jié)束語

綜上所述，本文全面闡述森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測的重要意義，并對當(dāng)前我國森林火災(zāi)防控管理工作中存在的問題進(jìn)行分析，最后結(jié)合青海某高寒地區(qū)的森林草原過渡帶位置，設(shè)計(jì)應(yīng)用森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，希望能夠?qū)ξ覈址阑鹣嚓P(guān)工作起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高森林防火技術(shù)水平，保障森林資源安全。