森林防火系统（精选12篇）
森林防火系统 篇1
目前我国的森林防火通信系统主要以有线通信和无线通信两种基本的通信方式为主。有线通信主要是通过数据网络来传输音频﹑视频等数据信息, 无线通信主要是通过无线电波的发送来实现信息的传送。加强当前我国森林防火通信系统标准化﹑现代化﹑信息化和科学化的建设, 是目前实现森林防护的需求。目前森林防火受到各级政府的重视, 将其放在了政府建设事业中非常重要的位置上。
1 森林防火通信系统概述
森林防火是指森林﹑林木和林地火灾的预防﹑监督和扑救等工作。森林火灾具有突发性强﹑危害大等特点, 因此加强森林防火通信系统的建设是保护我国森林资源安全的一项非常重要的基础性工作。目前我国形成了以有线通信和无线通信为主, 辅以卫星通信﹑图像通信和计算机通信的防火通信系统, 对森林火灾的预防﹑监督和扑救工作发挥了非常重要的作用, 同时大大减少了森林火灾对我国生态系统和物种多样性的破坏[1]。
2 森林防火通信系统建设和完善的必要性
森林火灾不仅会大大减少我国有限的森林资源面积, 同时其自身对生态系统的稳定性﹑物种多样性和生态系统的破坏都是非常恶劣的。森林防火通信系统的建设通过在火灾前对森林火灾的预防和监测有助于大大降低森林火灾的发生几率, 同时在火灾发生时能够及时的做出应对举措和扑救工作, 可遏制火灾对生态环境所造成的破坏, 同时有助于保护森林内的物种资源, 维护生态系统的协调。
目前我国的生态系统建设虽得到了各级政府的重视, 但由于森林资源多分布在偏远的山区, 地势复杂多变, 这些地区往往经济欠发达, 交通和通讯等基础设施不完善, 政府给予的财政支撑有限, 设备陈旧等问题导致信息防火系统的信息滞后﹑监测率低等问题, 防火通信系统无法充分的发挥其应有的作用[2]。
3 如何来完善我国目前森林防火通信系统的建设
在原有通信系统的基础上积极的做出改善, 是提高系统利用效率的关键性因素。
3.1 对原有超短波网络通信系统进行升级改造
基于我国地域分布广的前提, 林区分布范围广泛。火灾多发生在交通不便, 通讯环境恶劣的山区环境中, 这些地区的基础设施相对落后, 可用于火灾现象的通信资源有限。因此, 在原有短波通信基础之上, 构建以县级为单位的超短波无线通讯网, 增加通信网络在森林中的覆盖率和通信率。
3.2 实现县际之间的超短波衔接
在以县级为单位建立超短波通信设施的基础上, 实现县与县之间的网络衔接, 增强信息的覆盖率, 同时实现信息资源的共享, 增加信息的畅通性。同时组织较落后的县对发达县级通信系统布置的观摩学习, 组织研讨班子的成立, 相互学习经验。
3.3 对专业技术人员进行防火知识培训
通过对消防工作人员森林防火基本知识﹑火场组织指挥﹑火情判断﹑灭火基本方法等理论知识的强化, 同时与实际操作相结合的课程的展开, 增强工作人员对理论知识学习与实际应用的能力。同时强化工作人员对工作过程中所使用的设备如通信塔﹑网络和服务器等的定期维护与保养, 优化火灾现场的运行环境。
3.4 成立本地区森林防火通信专家组
通信专家组通过对当地独特的地势条件﹑道路建设状况所进行的勘探与调查, 建立地区资源信息库, 将所得信息进行记录分析, 以便根据现存应有条件进行资源的最大化配置。
3.5 对消防过程中的通信装备进行优化
消防过程不存在预设性, 因此对于消防人员的劳动强度方面, 可通过消防设备的优化来进行精简。对通信过程中所使用的车载台﹑对讲机﹑发电机等常规设备进行优化, 尽可能实现其机动性强﹑重量轻﹑功率大﹑距离远兼容性强等特点。通过设备的增加和优化, 可大大降低消防工作人员在灭火中体力的消耗, 同时还能够增加整个消防运作过程的畅通性[3]。
4 结束语
森林防火通信系统的建设与完善是我国现代化建设的需求。森林资源在生态环境的建设与保护中发挥着无可替代的作用, 保护森林资源是当务之急, 是造福于子孙后代的伟大事业。充分发挥森林防火系统的作用, 可大大降低森林火灾的发生频率;同时在森林火灾发生的时候能够在最佳时机进行救治, 增加救治工作的可行性, 不仅能够保护现存的森林资源, 同时还有助于保护物种的多样性。同时可大大节省人力﹑财力﹑物力, 在实现生态效益的同时, 保证经济效益的实现。建立标准化﹑规范化﹑信息化﹑科学化的森林防火体系, 是政府工作中不容忽视的问题。
摘要：我国是森林火灾多发的国家。森林火灾的发生使我国本身就稀缺的森林资源大幅减少, 同时也给国家和人民带来了严重的经济损失和人身安全危害。森林防火通信系统的建设有助于及时、有效地预防森林火灾的发生, 同时还有助于火灾救助工作的及时开展, 将森林火灾的危害降至最低。
关键词：森林防火,通信系统,建设
参考文献
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森林防火系统 篇2
王先琳 原创 | 2013-09-27 08:49 | 收藏 | 投票 关键字：系统 建设 统一通信 聚焦 森林防火
聚焦森林防火统一通信系统的建设
我国森林防火应急通信的特点
我国是一个森林资源较少的国家，森林覆盖率和人均占有量远低于国际平均水平，与此同时我国又是一个火灾高发区，建国以来年均发生森林火灾1.2万起，受害森林面积为70多万公顷。保护森林、保护社会生态环境已经成为当今社会的共同心声。
我国的森林资源大多位于偏远的山区，并且具有集中性强和单位面积广袤的特点，加上很多地方的通信基础设施几乎空白，不仅没有地面的有线通信系统，同时也没有可供利用的无线通信系统，这将导致一旦发生灾害性事故，无法在第一时间排查危险源并对危险区域进行定位。长期以来，建立火灾扑救前线指挥部和各级森林防火指挥机关一直是困扰森林防火工作的一个难题。
森林火灾的发生和蔓延，与天气、地形、森林可燃物类型等诸多因素有着密切关系。影响森林火灾发生和蔓延的要素有：
1、高温干旱：连续高温干旱天气，增加地面水分蒸发，植物含水率相对降低，晴天时发生火灾，火蔓延速度更快，烧的更旺，说明大火多在睛、干天气发生。
2、大风：风助火势，火能生风。风能补充燃烧所需氧气，火势能够加热局部空气，形成对流，加大风热，所谓的火借风势，风助火威就是这个道理。
3、可燃物：可燃物也是影响火灾发生和蔓延的主要方面。绿油油的针叶树更易着大火；茂密的灌丛着火，火强度非常大。
4、地形：主要是坡度，坡度越大，火向上燃烧的速度越快，相反，燃烧速度减缓。
有鉴于此，迫切需要建立林业应急指挥调度系统，并集成语音、视频、数据调度功能，实现跨地区、跨部门之间的统一指挥协调，快速反应、统一应急、联合行动，真正有效应对突发性森林火灾事件。森林防火应急指挥调度系统为林业应急构建了一张全面的应急预警和处理“安全网”，并完善了各省市级森林防火部门对突发事件的应急反应机制。
当遇到突发火灾时，公用的通信系统有可能遭到破坏已经无法满足处理紧急事件的要求。针对此问题还要有一套便携式前方指挥系统，该系统能在紧急情况下快速抵达事发地点，建立无阻塞的应急通信网络和快速有效的指挥调度网络，保证快速、及时、准确收集现场信息，为指挥中心提供实时的决策信息。系统具有快速机动和广泛通信能力，具备可部署性、高灵敏性、多功能性，对实施现场紧急救援和指挥调度工作起着不可缺少的重要作用。
我国森林防火应急通信的现状
目前，我国森林防火应急指挥调度系统主要由计算机网络系统、大屏幕显示系统、地理信息系统、视频指挥系统、定位跟踪系统、火场图像传输系统、林火了望监测系统和移动应急平台等系统组成。简言之就是通信调度、视频调度和移动应急平台。
通信调度系统：系统包括有线电话系统、无线通信系统、热线呼叫中心系统、短信系统、多路传真系统、数字录音系统等；硬件部分由主备的IP多媒体调度主机、多媒体触摸屏调度台、调度坐席以及各种网关、终端组成。
视频调度系统：视频调度系统是利用宽带广域网建立的视频指挥系统，集视频指挥调度、视频会议、图片分发等功能于一体，可实现全网覆盖范围内的网络视频指挥功能。能够实时传输视频图像、声音。在发生火情后，指挥中心可以同当地防火机构召开快速的视频会议，研究扑火方案，实现出现火情后的快速反应，避免了由于距离产生的种种指挥和沟通的不便。
移动应急平台：系统作为前方现场临时指挥调度中心既可独立使用，又可在具备3G/卫星网络的条件的情况下与上级指挥中心互联使用。
上述系统由于采用数字化集成，支持多种类型的终端接入：通过接入普通话机、无线集群对讲机、卫星电话、短波电台等各种通信终端，实现不同通信终端互联互通；支持音视频联动：可以把前端的摄像头跟某个语音终端绑定，实现音视频联动功能，当前端某个语音终端发来报警时，监控中心可立即弹出相应的视频画面；支持IP扩音广播：通过在各个岗哨、采集站和林场安装扩音广播话机，方便调度员下达各种指令；支持多级组网：实现省、市、区指挥中心以及林场指挥中心、移动指挥车的多级调度；调度员可对巡林员实现各种通信调度（单呼、组呼、强插、强拆、代接、监听、禁话、转接）和应急指挥车调度：通过单兵视频回传，可更加准确的了解现场状况，提高指挥决策的准确度；提供与视频监控等业务系统集成的接口，实现报警联动等功能。
我国森林防火应急通信的发展趋势
为建立完善、高效一体化的森林防火通信系统，提高我国森林防火指挥体系的通信保障能力，由中国林科院资源信息研究所等单位承担完成的“森林防火统一通信系统研究与试点示范”（201004030）项目，将在开展林区通信资源整合与互连互通技术方面取得重要突破。
一是研制成功两种统一通信网关设备（固定式和机动式），实现了基于IP网络的互通互联，即不同通信工具之间能够相互通讯。通过示范应用，构建了基于统一通信技术的林火通信示范网络，使现有森林防火通信系统具备了灵活组网能力和各类通信终端能够互联互通，直接实现跨区域通讯，且相互之间的语音通讯不受终端设备类型的限制。
二是实现了多网有效融合，由网络资源管理系统、用户调度平台、位置信息服务平台等软件和统一通信网关、专网通信基站、各类手持终端、林区物联网设备（野外数据传输、各类传感器）等硬件设备，以及系统供电、避雷等辅助设施构成的无线宽带网络系统，实现了针对我国林区多种异构通信系统的跨平台整合与统一通信，能快速组网和综合调度指挥。采用无线宽带接入（BWA）技术，实现林区宽带无线覆盖；结合林区统一通信网关，实现了宽带数据与窄带语音业务的融合，基于一个网络同时实现语音通讯、视频传送、数据传输、网络服务、双向位置服务等多种业务。
三是开发宽带无线接入技术与产品，实现高带宽高速率通讯。采用国际领先的、具有完全自主知识产权的SCDMA宽带无线接入技术与产品，建成无线宽带网络系统，其系统总体性能体现出覆盖范围广、带宽高、保密性强、非视距传输、支持跨网通讯、支持宽带数据等先进优势，远远优于现有的宽带无线通信技术，包括WiFi、微波以及WiMAX技术。四是研发成功实时采集器与管理软件，实现了基于北斗卫星系统对森林火场环境因子进行实时采集，实现了林区无地面通信覆盖情况下火场信息的自动采集与传送。实时采集器同时具有数据上行和下行传输能力。在应急情况下，指挥中心通过北斗指挥机，进行短报文通信，对所辖范围内传感器节点及人员播发指挥信息；在知道传输口令的情况下，无线信号区域内的设备可通过森林防火系统将求救信息发送出去，获得救援。
森林防火系统 篇3
关键词：智能；监控；森林防火
前言
森林面临极其严峻的问题之一，就是火灾的发生，很多时候森林防护工作的重点就是防火。因此，森林防火工作必须狠抓。春季是森林火警火灾多发的季节，造成的人力、物力、财力的损失也是最大的。森林火灾事故一旦发生后果将极其严重，几年、几十年经营的森林资源因一场大火就全部的被烧毁损害，严重的可能会威胁附近居民的人身和财产安全。由于森林防火的影响巨大，仅仅依靠增强森林防火意识，加强森林防火教育，是不够的，还要在技术手段上加强，将森林火险降到最低。
1 森林火灾预警监控的重要性
目前，世界上每年发生森林火灾22万次以上，烧毁森林面积640多万hm2，约占世界森林覆盖率的2.3‰以上，是20世纪70年代的2倍。
因此，必须加强对高火险区、自然保护区等的巡护瞭望和预警监控，及时发现和排除隐患，加快森林火险预警监控系统、通信指挥系统建设，全面提升森林火灾预警能力。目前视频监控技术发展迅猛，技术成熟，性能可靠。森林防火视频监控系统就是将摄像机分布安装在各林区，实现对整个林区的全面覆盖，能够尽早发现森林火灾，降低森林火灾损失。
森林火灾高发时段多集中在3-5月份，火灾发生地点也很广泛，不仅集中在村屯的森林火灾高发区，还陆续出现在主要公路沿线。
传统的森林防火监控工作主要以人工瞭望和实地巡查为主。监控方式比较原始，效率不高，时效性差。事实证明，传统的森林防火监控管理方法已经不能适应现代森林防火工作的需求，建立高科技的森林防火视频监控系统已经势在必行。
2 智能视频监控系统
智能视频监控系统是在传统视频监控系统的基础之上，通过在前端使用可编程三维精确定位摄像技术和烟火智能识别技术，在后端使用3DGIS技术和联网监控技术，并针对森林防火的实际需要在3DGIS平台之上开发了森林防火辅助决策及应急指挥平台。为及时扑救争取了宝贵时间，避免了重大火灾的发生。
智能视频监控系统利用地理信息、（GIS）、遥感（GPS）等信息技术、大型集中监控技术，结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立林业防火指挥系统。从而实现各级林业防火办信息的快速流转、森林防火安全的实时管理、森林气候动态变化的实时监测和数据更新、林业火灾预防、火灾扑救指挥的辅助决策、林业火灾的灾后评估等多方面功能，实现林业防火业务的数字化、网络化、可视化和智能化，实现信息的规范管理和共享利用。
智能视频监控系统由前端基站和后端主控2个部分组成。前端基站包括全天候摄像机、前端烟火识别智能处理器、云台控制系统、无线发射前端机、发射天线和供电系统、避雷系统，固定安装在林火监控区的高点位置。
视频可视域是指在一定区域的表面，在某一时刻被视频监控设备监控的地域范围在三维地形上的可视性表达；视频可视域同步跟踪是基于GIS的视频可视域实时同步显示。视频可视域同步跟踪分析算法的研究还处于初级阶段，而相关的基于三维地形的可视性分析无论在算法与表达上均已经达到较为成熟的阶段，并应用在森林中火灾测点的设定，观察哨所的設定，无线发射塔的设定等方面。
优点：（1）实现监控自动智能化，平常状态下不需要人工值守，极大降低人力成本；（2）自动识别监控区域烟火情况、自动触发报警，可及时发现火情；（3）可极大提高火点定位的精确度，将误差降低到最小；（4）管理员可根据坐标、名称、范围等，动态查询各类资源信息。（5）林火发生后，系统能对受灾面积、灾害损失做出相对准确的评估。
防火GIS能够提供详细的基础数据，但是单纯的防火GIS不能对森林达到实时全天候监控，基于RS的防火GIS虽然能达到实时监控森林火灾但也存在着不足：（1）卫星遥感成本高；（2）重复覆盖地面时间间隔长；（3）对小面积林火的监测效果不是很明显。然而智能视频监控系统的应用完全符合我国的森林防火的实际需要和国情，是森林防火技术发展趋势。
智能视频监控系统符合森林防火工作的实际需求，是在森林防火工作中可以完成从发现到灾后处理全过程工作的全面解决方案。林业防火管理工作人员可通过系统进行日常防火工作的自动化办公，并能根据相应权限对系统信息进行管理和维护。因此，加强基层林业信息化建设，提高森林防火监控指挥决策能力，逐步实现与森林资源管理、数字化办公等系统无缝对接，必须把智能视频监控系统应用到森林防火中，这才是现代林业建设的必要途径，森林才会真正地发挥出生态效益、经济效益和社会效益，为全面实现小康社会的目标做出应有的贡献。
3 结语
目前在森林防火方面视频监控技术发展迅猛，技术成熟，效果显著，性能可靠。视频监控系统被公认为是森林防火监控未来发展的趋势，是前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化和管理智能化的体现。而智能视频监控系统就是这一技术的完美体现，实现对林区的全面覆盖，实现了尽早发现森林火灾，尽早开展扑救工作，降低了森林火灾造成的损失。
参考文献
森林防火系统 篇4
中国是多森林的国家,而森林又是火灾的重灾区,近年来森林火灾频发,给国家和人民带来了巨大的损失。因此,对森林火险进行早期预警是降低森林火灾损失的一个有效途径,而森林火险预警的重要手段之一就是对森林现场的直接观测,随着图像处理技术的日益成熟和数据传输网络的高效快捷,实现森林地区全天候图像监测和火情分析也必将是森林防火发展的必然趋势,我们都知道,森林燃烧物在开始燃烧直至出现火苗的过程中都会伴随有烟的产生,如果我们提前能检测到烟雾的产生,那么我们就可以准确做出预警和防备措施,从而降低发生重大损失的可能性。
1 研究现状
目前的森林火情图像检测方法主要分为三大类:基于卫星图像检测方法、基于红外图像检测方法、基于地面塔台可见光图像检测方法。为了提高烟雾检测的可靠性和实时性,美国的McNamara Donna等人开发了用于环境卫星上的多传感器的火灾和烟雾检测系统;日本的Fujiwara等人利用分形编码的方法,根据烟雾的自相似性来提取和识别烟雾区域;清华大学和中国科学技术大学的疏学明、方俊等人分析了火灾烟雾颗粒的凝并分形特征,通过扫描电镜获取烟雾图像,对不同的烟雾粒子分形维数、分形系数等特征分析,从而判断烟雾区域[1]。而这些检测方法都有比较特定的适用范围,利用卫星图像检测代价高昂,其他检测方法对检测仪器的准确性和精密度都有比较严格的要求,且成本比较高。对于森林面积广袤的中国来说实施起来不是很实际。本文介绍的基于视频的烟雾检测主要利用可见光波段 CCD摄像机架设于较高的观察塔顶,对场景进行监控,通过对捕捉到的场景空间可疑图像进行提取检测,进而进行火灾发生的前期判断。根据火灾发生规律可以得出,火情烟雾的出现早于明火的出现,且烟雾不容易被遮挡,因此基于地面塔台的视频图像烟雾检测方法是森林火情检测领域的一个重要研究方向,而且整套检测设备的成本不高,且检测效果比较好,具有较高的实际应用性。
2 烟雾图像特征
我们要检测烟雾、分析烟雾图像,首先要了解烟雾的图像特征。烟雾作为一种物体,必然存在一些独特的特征。最常见的图像特征具有如下三个方面[2]:
(1) 烟雾图像的背景区域纹理变模糊的特征 由于烟雾是由微小的颗粒状物质构成,因此当烟雾散布在空气中,浓度大于一定值时,背景开始变得模糊。
(2) 烟雾的扩散特征 由于烟雾的密度要小于空气的密度,烟雾的出现会从根部点不断向空间各个方向膨胀,在图像上来看就是它的光流场是不断发散的。
(3) 烟雾的主相角特征 在一些空气不流通的环境内,出现的烟雾经常是向空间的上部扩散,并且扩散的方向几乎在一定范围内,于是把满足这一范围内的烟雾的主向角作为一个特征。
从以上三个特征来看,应用较广、较重要的是前两个特征,本文也是基于前两个特征来进行图像识别和检测的。
3 烟雾检测预警系统流程图
根据以上图像特征的分析,我们可以得出整个预警系统的设计流程图[3],如图1所示。
4 烟雾图像的提取
4.1 基于颜色特征的烟雾图像提取
烟雾在颜色空间中也具有颜色特征,但其颜色与背景反差较小, 因此将背景中的非烟雾区域判定为烟雾区域的概率也较大[4]。针对这一特征, 对烟雾的图像提取(图2(a)为原始图像,图2(b)为提取后的图像)可以使用RGB 彩色向量进行颜色聚类算法的分割。
它通过确定图像中小波系数变化范围最大的区域, 在此区域内选取一组彩色样本点, 获得一个“平均”的颜色估计。然后根据这个颜色估计对图像中的每一个RGB 像素进行分类, 判断每一个像素是否与样本相似。这就需要一个相似性度量。本研究中采用的聚类算法的相似性度量的距离取自马氏(Mahalanobis)距离[5],实验中在样本点周围区域取点, 取点的轨迹可描述为一个实心三维椭球体, 椭球体主轴取在最大的数据扩展方向上。在扩展三维彩色数据时,使用椭球会比使用圆球匹配得更好, 烟雾图像提取效果更佳。
4.2 基于帧间变化信息的烟雾图像提取
在获取的视频图像序列中,烟雾的产生阶段也会有很明显的动态特征,有其特定的变化频率,故可使用帧间的变化信息来进行烟雾场景的提取[6]。事实上,由于分辨率的原因,视频图像获取近处的物体比远处物体在像素灰度级上表现出更高的变化率,根据这个事实,可以通过存储若干幅烟雾序列图像计算图像中的像素在每个时间段内灰度值的线性组合方法来实现对烟雾的提取。如图3、图4所示。
我们可以设定在任意时刻T,任意像素X,计算出该像素的任意动态量P(T,X),具体表达式如式(1):
其中f(X,T)是像素X在时刻T的灰度值,ΔT是视频图像的采样时间,N是视频图像连续存储的帧数, ∂ij成为可调系数,∂ij和N的选择主要是考虑到采样频率、系统内存的大小和保证实时性所需的时间大小。因为实验中系统的采样周期是一定的,进而ΔT也是不变的。但在采样过程中如果ΔT越小,捕捉快速运动的物体也就越强,进而需要N的值要足够大,才可以顺利捕捉到变化比较缓慢的烟雾[6]。但现实中的图像采集容易受到电子干扰,为了保证数据的准确性,我们在处理过程中要进行去噪操作,其中去噪后的表达式为:
P(X,T)=|f(X,T)-f(X,T-NΔT)|-
(|f(X,T)-f(X,T-ΔT)|+|f(X,T-
(N-1)ΔT)-f(X,T-NΔT)|) (2)
其中,|f(X,T)-f(X,T-NΔT)|表示烟雾的变化,(|f(X,T)-f(X,T-ΔT)|+|f(X,T-(N-1)ΔT)-f(X,T-NΔT)|)表示噪声。而实际生活中火灾烟雾的上升过程中会产生持续的运动轨迹,我们结合这一特点,可以计算累积运动数据的方法估计出烟雾的运动轨迹,进而得到烟雾的大致轮廓。求累积数据的表达式如下:
PC(X,T)=(1-ρ)P(X,T-ΔT)+ρP(X,T) (3)
其中ρ=1/N表示存储容量的一个常数,通过上边的P(X,T)可以计算得到PC(X,T),最终我们可以实现对烟雾的准确定位。
5 烟雾图像的特征检测
5.1 烟雾图像背景模糊度特征分析
随着烟雾的不断扩散,使得获取到的视频图像中背景纹理和边缘变得更加模糊。由于这些边缘和纹理对应图像中的高频信息,因此与之相对应的是小波图像的能量值的减少[5]。根据以上事实,通过监控图像中背景边缘像素小波系数在一段时间内的减少情况来检测在该区域是否有火灾烟雾产生,如图5所示。
首先将视频烟雾图像分解为一幅低分辨率图像和三幅高频分量子图像,分别包含水平方向 ( SF ) 、垂直方向( HF)和对角方向(DF)的边缘信息。当烟雾产生一段时间后,会变得越来越浓,边缘信息将会逐渐消失,对应子图像的能量值也会减少[7]。将子图像分成大小为(K1,K2)的小块,则每块的能量 E(l1,l2)按照以下公式计算:
Wn(x,y)=|SFn(x,y)|2+|DFn(x,y)|2+|HFn(x,y)|2 (5)
其中Wn(x,y) 表示包含高频信息的图像,Ri 表示小波子图像中大小为(k1,k2)的子块。在实验过程中,如果某个子块的能量值E(l1,l2)减少,则说明该场景或边缘区域不再像先前一样锐利,则该区域可能产生了烟雾。
通过对实验结果图5的(b)和(d)比较,烟雾图像由于自身的模糊特征,经二维离散小波变换后提取出的背景模糊模型区域的像素面积,要远远大于非烟雾图像所提取的背景模糊模型,因此,背景模糊模型作为烟雾图像区分非烟雾图像的一个标志,是比较明显的。由图5的图像对比可以看出,对于非烟雾图像的背景模糊模型得到的像素块往往是孤立的,当对它们进行形态学处理后,将这些孤立的小块滤除掉,得到的图像与原图像基本相同。
5.2 烟雾面积扩散性特征分析
在火灾发生的早期阶段,随着燃烧的进行,烟雾不仅会有整体的缓慢移动,而且也会向四周扩散在空气中占据了越来越大的空间。由于烟雾有颜色、浓度提高、烟雾的透明度降低,可见度也随之提高,使得烟雾在视频中的面积随着时间的推移逐渐变大[8]。我们可以用以下公式来定义烟雾区域面积的相对增长变化率:
由于烟雾区域的面积经常会受到空气流动的影响,为得到一个更加准确的增长率,有必要通过平均值来衡量,这里将采用平均增长率来判断,公式如下:
式中
当视频序列同时满足文中提出的烟雾区域提取算法,烟雾图像特征检测算法之后,就可以准确确定该区域有烟雾产生。图6中是一些视频序列的烟雾检测结果图。
6 结 语
本文提出了一种针对森林区域自然环境下进行火灾识别方法和基于实时视频图像的烟雾预警系统设计的具体流程,主要通过对视频烟雾图像的提取和特征检测,来判断火灾发生的可能性,并针对识别流程中的每一步骤的算法进行了较为详细的说明, 整个判断方法遵循由简到繁的原则, 在保证准确度的前提下,最大限度地减少了对实时图像的大量运算。对视频中的烟雾图像特征进行检测时,既有静态特征的检测,也增加了动态特征的检测,大大提高了烟雾检测的准确性,有效地增强了对烟雾的识别率,为森林火情的准确判断提供了可靠的依据。
摘要：运用数字图像处理技术,提出利用烟雾来识别森林火灾的思想,给出森林烟雾监测预警系统的设计方法。该方法对获取到的图像进行处理,处理后再提取可疑区域并对可疑区域火灾发生时烟雾的特征进行识别,主要包括烟雾的背景模糊度特征和扩散性特征,针对烟雾的这些特征设计了相应的检测算法,实现对视频中的烟雾图像的提取、检测并自动报警。分析结果表明,结合烟雾特征设计的烟雾检测预警系统具有较好的识别效果,在森林防火预警中有很强的实用性。
关键词：烟雾提取,特征检测,相似性度量,背景模糊度,小波分析,累积的动态数据
参考文献
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森林防火系统 篇5
12月5日中午，甘孜州道孚县发生草原火灾，在处理余火时突起大风，导致火灾加剧，据初步了解，包括15名战士、5名群众、2名林业职工在内共22人遇难。12月2日，以色列北部山区同样发生了严重的森林火灾，大火造成至少41人死亡，13000人被迫逃离家园。而在此之前，俄罗斯受持续高温和干旱天气影响，发生森林火灾，森林大火迅速蔓延，过火面积超7000公顷，50人死亡。突如其来的森林大火以沉痛的代价警示人们，加强森林防火工作已经成为现在面临的重大问题。
随着造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火工作已成为首要任务。森林防火关键在于预防、在于险情发生后各部门能够及时了解信息，迅速找到一个应急措施，快速有效的处置森林火灾。信息化时代的到来，森林防火更需要先进的技术应用。借助先进的科技设备（如视频会议系统），在火灾发生时做到应急处置，及时决策，抓住最佳有利战机，消灭火灾。利用视频会议系统开展远程森林防火教育培训工作及相关学术交流与合作，开设防火的战略，常用防火的战术，扑火时安全措施等知识培训，防火员工也可以即时沟通交流经验和教训。火灾发生时，训练有素的扑火队伍运用有效、科学的方法及先进的扑火设备，能够大幅减少火灾损失，森林防火视频会议系统以视频会议系统为基础，通过语音、视频、文档的交互功能实现森林防火中心与地方林业局、农牧局、森林武警、气象局、森林医院等多部门之间的实时联动。在发生森林火灾时，能将现场实时视频传输到指挥中心，为领导总揽全局、正确指挥和科学决策提供科学合理且行之有效的扑救决策信息，做到实时、快速、有效应对突发事件。森林防火视频会议系统还可以和GPS定位系统、气象传感系统、地理信息系统、遥感系统、视频监控系统相融合，进一步提高森林防火的科技含量与综合防控水平。
森林生态系统对水质的影响 篇6
关键词：森林 水质 病原体 泥沙 养分
森林与水质的研究是森林水文学的一个重要内容，森林生态系统是地球上最活跃的生态系统之一，森林不仅能过滤和吸附水中的污染物质，还向水体释放一些元素，研究森林与降水、径流间的物质交换，对人们保护和合理利用水资源具有重要意义。
1 国内外森林与水质研究进展
从20世纪60年代中期开始，水文学家、环境学家、森林生态学家就开始了森林对水质影响的研究工作，尽管这种研究的最初目的是土壤稳定性问题[1]。美国、前苏联、英国、加拿大、芬兰、日本等国，相继建立了一些森林生态系统定位研究站，对森林生态系统的结构、功能、动态，外界干扰及环境污染进行综合研究，其中也对森林与水质的关系进行了长期和系统的监测和研究[2]。这一时期，美国的Coweeta观测站开始进行森林生态和水文的研究。在70年代，整地、除草剂以及林火对森林水质的影响是Coweeta森林生态和水文研究站主要研究内容之一[3]。70～80年代酸雨成为影响河流水质和森林生态系统健康的主要环境问题，特别是欧洲中部严重的酸雨污染，引起土壤严重的酸化，导致了森林的严重破坏，进而使得流域径流受到不利影响。为了定量评价大气污染对森林流域水文循环、化学物质转移的影响，森林水质的研究受到了广泛的重视[4]。近数十年来，世界上许多国家和地区极力关注着水源枯减、水源污染及水质恶化等问题，较多地开展了森林与水质关系的研究，诸如欧美、日本等一些国家，通过小集水区技术以及定位观测、对比试验等方法，大量研究不同的森林经营方式和程度对流域水质的影响，揭示森林在河流及湖泊的盐碱化、富营养化形成过程中的防治效益[5]。
我国大约从20世纪50年代开始关注森林对水质的影响[6]，当时国内绝大多数的研究着重于森林对河流悬移泥沙含量的影响[7]。从60年代到90年代先后在湖南、广东、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、江苏、江西、山西、北京、西藏、内蒙古、新疆、福建、贵州、河南等省、市、自治区建站。开展热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带，以及西部高山地带的森林生态系统进行定位研究[8]。我国自70年代后期开展森林与水质的测定，论述森林生态系统对水质元素的调节、吸附、过滤及贮存功能[5]。大约从80年代开始，一些定位站也开始了森林与水质的研究。如湖南会同杉木林生态系统定位站对杉木林净化水质的作用进行了研究，取得了显著成果，为进一步研究森林对水质的净化作用打下了良好的基础。
2 森林对水质的影响
2.1 对水化学成分的影响
森林生态系统的林冠层、枯枝落叶层和土壤层具有特殊的结构和性质，可以改变降水和径流的化学成分。陶豫萍等（2006）研究了四川乐山市沙湾区德胜钢铁公司附近的马尾松林、香樟林这两种森林生态系统的大气降水、穿透雨和树干径流以及土壤渗透水的污染物离子浓度并和裸地相对比，结果显示马尾松、香樟林群落的穿透雨和树干径流中污染物质含量显著高于大气降水，表明森林对大气污染物具有显著的截留作用[9]。
美国俄勒冈州立大学在新罕布什尔的Hubbard河的实验林的大面积养分释放研究表明，砍伐后第一年硝酸根含量比未处理的流域高41倍，第二年高56倍。其它阳离子中，Ca2+增加4.2倍，Mg2+增加4.1倍，K+增加15.6倍，Na+增加1.8倍[10]。
2.2 对水中病原体的影响
水中含有大量的微生物，其中一些是对人类有害的病原体，而森林生态系统结构复杂、功能多样，降水或径流经过森林的过滤，其中的病原体数量会发生变化。不同的森林结构，其这个方面的作用也是不同的。
研究表明，流经松树林的每1L水的细菌含量是流经农田水的2%，流经橡树、榆树林的是其含量的1%，流经相思树和榆树林的水细菌含量是其含量的10%[11]。
Seidler在俄勒冈州西部进行了研究，流域上游是森林，下游有农民居住，发现溪流穿过居民区后，总杆菌量增加了10倍。他还测定了水样中沙门氏菌，发现这些生物体仅在林区水样出现一次，但却在林区以下地带水样中占75-100％[12]。
2.3 对河流泥沙含量的影响
河流的泥沙主要来源于雨水和地表径流对流域坡面的侵蚀，而森林生态系统能通过林冠和枯枝落叶层降低雨滴对土壤的冲击力，还通过根系对土壤的固持作用来缓解水土流失，进而减少河流泥沙含量。
在欧洲，特别是在英国，土壤侵蚀主要是地貌学家所关注的问题，而在美国又是农学家关注的热点。近年来，欧美地貌学家在探求生物在地貌发育过程的作用中，开创生物地貌学的研究，它强调在地貌发育过程中对侵蚀、搬运、沉积、风化等物理化学过程在景观尺度和时间尺度上的影响，最具代表性的是利用植被参数和土地利用参数来模拟流域产沙[13]。
美国森林生态学家在对森林采伐与演替引起森林生态系统各种过程与格局变化的研究中，以生态系统为单元，研究森林植被变化对土壤侵蚀以及采伐对河川径流泥沙含量的影响，结果表明，生物量积累过程是控制土壤侵蚀的主要生物学机制[14]。
海南岛热带雨林，1950年以来，由于不断乱砍盗伐，毁林植胶，森林覆盖率由25.3%下降到12.3%，年平均河流含沙量增加1-2倍。再如云南省西双版纳的测定，刀耕火种地区表土流失量较有林地增加149倍[6]。
2.4 人为活动对水质的影响
人为活动，如采伐、放牧、施用化学药剂和旅游活动等都会对森林区域水质产生影响。
加拿大的M.C.Feller等(1984)报道，局部森林流域被采伐或火烧后，各种化学元素均呈增加趋势，增加最明显的是K和N。其他养分的损失量分别为N、P、K、Mg不足10kg/hm2·a；Na、Cl不足20kg/hm2·a；Ca不足30kg/hm2·a。挪威的O.Haveraaen(1981)报道，采伐使N的损失量由伐前的1.5kg/hm2增至7-8kg/hm2(NO3--N约6kg/hm2):K由2kg/hm2增至12-13kg/hm2；SO42--S由18kg/hm2增至24kg/hm2；Cl由16kg/hm2增至35kg/hm2[15]。
Parkling和Coltharp对比尤他州Bear河区三个山地溪流的总杆菌、大肠杆菌、粪便链球菌进行比较，发现放1500头牛和放1000只羊的两个山地溪流中的总杆菌、大肠杆菌、粪便链球菌比未放牧的溪流高4-17倍[16]。
2.5 森林生态系统养分随降水径流的输入输出
森林生态系统养分输入的一个重要途径是大气降水过程中的营养物质输入。大气降水一方面携带化学物质进入森林生态系统；另一方面淋洗或淋溶植物体枝叶和树干上的分泌物质，促进森林生态系统生物物质循环[17]。近年来，国内外对森林降水养分输入及其化学特性的研究己经成为森林水文学和森林生态学研究的一个重点。
周光益（1998）研究了台风暴雨对海南尖峰岭热带山地雨林生态系统地球化学循环的影响，结果表明：台风暴雨对热带林生态系统地球化学循环的影响主要体现在：一方而是对大气降水养分的影响，特别是对降水中的K、Ca影响最大；另一方面对养分的地质输出影响，暴雨能加快森林生态系统中养分流失(尤其是P和Al)。养分元素的输入输出变化表现为N、Mg、Ca和K的输入大于输出，P、Al、Si的输出大于输入[18]。甘健民等（1995）以滇西南中山湿性常绿阔叶林为对象，研究了大气降雨对该森林生态系统养分输入和输出的影响。结果表明，该地区在大气降雨过程中养分输入：N以大气降雨为主；P、K、Mg以穿透雨为主，它们分别占总输入量的69.85%、77.33%、98.19%和80.40%；Ca养分输入，大气降雨和穿透雨约各占总输入量的一半，分别是45.35%和54.38%。养分输出以地下土壤渗漏为主，N、P、K、Ca、Mg分別占总输出量的96.52%、86.79%、69.13%、98.17%和97.21%在养分循环中N、P、K、Ca分别增加了15.941kg/ha·a、0.353kg/ha·a、3.83kg/ha·a和1.264kg/ha·a.，而Mg则减少了0.654kg/ha·a[19]。Sebastian等（2000）对加拿大东部Boreal Shield流域森林砍伐和火烧迹地进行了研究，结果表明：砍伐和火烧迹地的K、总磷、总氮的输出速率都增加了；砍伐迹地的DOC输出速率大于火烧迹地；火烧迹地的Mg2+、NO3-和SO42-输出速率大于砍伐迹地[20]。
3. 结语
森林在保持水土、涵养水源方面具有重要作用，人们对此已经有了比较深入的认识。随着环境污染的日益严重，人们对森林对水质的改善作用越来越重视，今后，这方面的研究将逐渐深入，成为森林水文的一个研究热点。因此，应该在研究森林改善水质的机理的基础上，明确研究森林与水质问题的技术路线，将水样采集、检测、评价和模型的建立标准化。另外还应该坚持长期的定位观测，以及对不同流域的对比研究，建立研究网络和数据库，加强交流，方便研究。随着人们对森林生态系统养分随降水径流的输入输出的研究的发展，森林径流中化学物质的变化也不仅仅局限于水质评价，因为所涉及的化学物质有些是森林生长所必需的营养元素，应该与污染物质区别看待。近年来，对一些污染流域的治理较多的采用了植物措施（如人工湿地），一方面恢复原有生态系统，一方面利用植物的净化和吸污功能对径流进行净化，而植物也能够利用径流中的一些化学元素。因此，在研究中应该注意把水质与养分循环结合起来，筛选出净化能力较强的树种，进行造林。
角注：项目基金：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAD03A1802）；国家自然科学基金项目(30671661)；“948”国家林业局引进项目（2007-4-14）
参考文献：
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森林防火系统 篇7
森林防火辅助决策支持系统的设计主要依托数据库系统来完成, 其主体结构由GIS数据库和其它子系统组成。GIS系统由空间数据库和属性数据库构成, 内部数据包括基本图形、遥感影像等。属性数据库由历史火灾资料、居民区信息、防火机构和设施等数据构成。其它子系统有损失评估、火险预报、区域定位、实时指挥等功能模块。
2 系统功能
2.1 信息采集
在森林防火决策中会需要多样化的数据和信息。这些数据信息包括地形图像、气象观测数据、统计数据、林业规划等, 并且其形式是多种多样的。通过遥感技术能够有效地收集到这些信息并传输到控制指挥中心。
2.2 森林火情监测
根据卫星对相关区域的监测, 可以得到火灾发生的实际情况, 并将相关信息进行分析, 对潜在火点或者火点进行准确定位, 进而找出火点的位置。综合分析遥感卫星图像、森林资源调查报告、林地利用状况等信息, 对造成火灾的原因和可能的危害进行分析预测。在实际的火灾发生过程中, 由于温度、湿度、风速大小、风向等因素都会影响到火灾蔓延的情况, 所以要对火情进行必要的模拟分析, 根据分析出的结果才能采取切实有效的救援方案。
2.3 远程监控
2.3.1 实时监控。
通过现代化的智能监控平台, 可以对林区情况进行全方位的实时视频监控, 监控室工作人员能够通过电子屏幕对现场的情况进行清楚的把握, 及时地发现火灾或者可能存在的安全隐患, 在监测的过程中, 要加强对于火灾高发地区的监管和控制。
2.3.2 火情识别。
在系统中应该设定不同的火灾级别, 系统接收到监测数据后会及时的发出警报, 提醒监测人员启动交互识别系统, 对火点位置进行确定, 开展灭火行动。同时, 由于火情存在着蔓延发展的趋势, 对该地点的实时监测不可中断, 要将信息源源不断的传回指挥中心, 以便相关对策的制定。
2.3.3 火灾定位。
根据监控部位以及摄像机观测角度的调整, 分析出模拟地形, 进而找到火灾发生的具体位置。为了便于指挥中心与现场人员交流, 保障灭火工作进行, 双方之间可实现无线通讯或者在监测点安装扩音器实现远程指挥。
2.4 林火扑救指挥
通过系统定位, 可以得出火点位置, 根据火情模拟系统提供的火灾蔓延分析确定最为合适有效的扑救方案, 及时将方案送交消防指挥部门, 对现场的火灾扑救工作进行指挥。为了保障周边居民安全, 防止火势蔓延, 要根据火灾的地形地貌以及相关资源分布的状况布设防火隔离带, 通过系统进行三维可视化分析, 确定最优隔离带位置。针对火灾发生的具体情况和现有的人员、设施情况, 进行合理的调配, 保证各项资源的优化配置。为了保证各方人员和设备能够以最快的速度进入火场, 系统可以根据发回的实地图像计算出最优的行进路线和需要的时间, 并以表格或者图形的形式发给指挥中心。
2.5 火损评估
利用遥感技术和卫星成像技术获取最新的火场影像和地形图片, 在模拟地图上划出火场范围, 进过GPS连续性定位轨迹数据导入, 对火场范围进行准确的圈定。之后根据火灾发生的范围、程度、森林资源、土地利用现状等因素的综合分析对各方面的损失进行快速的评估, 并将评估结果发回中心系统。
3 系统的集成开发
当前应用比较普遍的系统开发技术有SQL数据库、Visual basic等, 由于整个系统涉及到数据库、GIS系统和计算机等各项技术, 所在这是一个复杂的应用系统。虽然在设计之初会综合考虑各种因素, 力求各项模块及相关设计的准确性和科学性, 但是在实际应用过程中受各项变化因素的影响会存在一些问题, 对系统的使用和森林防火工作造成了一定的影响, 设计方和使用方要及时地进行这方面的沟通交流, 不断地对系统进行完善和改进, 以便充分发挥森林防火辅助决策支持系统的效用。
4 结语
森林防火辅助决策支持系统具有一定的科学性和系统性, 近年来受到林业管理部门的重视。但是由于该系统涉及的范围和知识面比较广, 技术研发和设备投入比较大, 影响了系统使用的广泛性, 目前仅限于经济发达地区和林业资源丰富地区。在系统使用的过程中, 不能盲目的依赖系统, 而应采用系统与科学人工管理相结合的方式, 共同保护森林安全, 推动森林防火工作的进一步发展。
参考文献
[1]马胜利.基于3S技术的森林防火辅助决策系统研建[J].西北林学院学报, 2010 (05)
森林防火系统 篇8
1 森林防火监测预警系统的监测功能
在设计森林防火监测预警系统的过程中, 第一步就是要对森林进行全方位的监测工作。在进行监测的过程中, 包括了四个方面的手段, 即地面的巡护, 瞭望台监测, 航空巡护以及卫星遥感技术, 下面对这四个方面分别论述。
1.1 做好地面巡护工作
地面巡护是派出森林管理人员定时不定地点的对森林进行全方面的巡视, 在这过程中, 如果发现一些可燃物品要及时进行摧毁, 杜绝火灾兴起的苗头。但是由于森林面积比较大, 所以可能需要的森林管理人员就比较多, 在经费上开支就比较多, 而且由于森林中存在着许多的未知危险, 对于巡视人员来说也是一个极大的挑战。因此在地面巡视的过程中, 要几个人组成一个小组进行作业, 千万不能够单独行动, 否则个人的人身安全就会受到威胁。
1.2 实行瞭望台监测
在瞭望台上进行监测, 视野辽阔, 获得的资讯就比较丰富, 而且在监测范围上也比地面巡视大很多, 但是也存在着不足之处。首先建设瞭望台就需要大笔的资金, 而且每个瞭望台之间不可避免会有一定的距离, 这其中存在着不少盲点, 就会造成在监测过程中的低效。而且瞭望台监测受自然天气的影响很大, 不能做到实时监测。因此可以将地面巡视和瞭望台监测结合起来, 取长补短, 共显优势。
1.3 做好航空巡护工作
航空巡视是让管理人员在空中飞行的过程中, 观测森林的发展状态。由于在空中, 因此获得了比瞭望台更大的视野, 监测的范围更广, 但是在飞机的使用上也是美中不足:首先在资金上花费比较大, 其次由于在空中飞行, 就无法监测地面细微的变化;然后航空飞行受天气的影响也很大, 如果在暴雨中进行监测, 监测效果不好, 而且可能发生安全事故。所以也不能单独采取航空巡护的工作。
1.4 利用卫星遥感技术
对森林进行监测的过程中, 采用卫星遥感技术显得先进许多。卫星遥感利用卫星的定位系统, 使得在办公室内就能够实时掌握整个森林的动态, 一旦发生了火灾, 可以立即知道火灾发生的地点并进行扑救, 减少损失。但是卫星遥感技术的应用要通过国家各部门的比准, 部门众多, 人员繁杂, 在实际情况中, 实有许多的不便之处。因此在利用卫星遥感技术的过程中, 要多征求国家的大力支持, 以此作为坚强后盾。
从上面可以看出, 四种监测方法各有其优缺点, 在级别上卫星遥感技术要比其他三种技术显得高级一些, 但是在实际情况中, 要进行取长补短, 综合利用这四种监测方法, 要发挥他们的长处, 实现对森林的全方位监测, 为预警工作的开展打下良好的基础。
2 森林防火监测预警系统的预警功能
在设计森林防火监测预警系统的过程中, 第二步就是要对森林进行预警工作。如果某个地方发生了火灾, 那么要及时发现并立即扑灭, 这就是预警工作的职责所在。在预警工作, 要做好三个方面的工作, 即建立瞭望台, 建立视频监控系统以及建立智能预警系统。
2.1 建立瞭望台
瞭望台的建立不仅可以进行监测工作, 还可以进行预警工作。由于瞭望台的地势比较高, 一旦发现某个地方发生了火灾, 那么就可以拉响瞭望台上的警铃, 告知其他森林管理人员进行扑救行动。在古代, 人们利用烽火传递信息, 随着时代的发展, 人们可以通过更加先进的方法进行预警工作, 比如打电话, 发传真, 燃放信号灯等等。
2.2 建立视频监控系统
视频监控系统是将所要观察的森林全部纳入摄像的范围 (因此在这其中会应用到卫星遥感技术) , 并将整个画面在视频上呈现出来。在图像上人们可以根据不同的颜色来区别事物。一旦发生了火灾, 那么那个地方的色差就比较明显, 管理人员可以通过经纬仪定位立即确定火灾发生的地点, 进行扑救。视频监测系统比瞭望台级别上高一级, 因为所含的技术含量更多。
2.3 建立智能预警系统
智能预警系统与视频监控系统相似, 同样采取高科技来进行监测, 不同的是智能预警系统更加高级, 在工作过程中无需人工操作, 智能预警系统自己可以调节。在智能预警系统中, 也是应用了图像分析的方法, 利用每个地方颜色的区别来确定是否发生了异常。如果发生了火灾, 那个地方的色差就会显示异常, 那么智能预警系统会自动发出警报, 告知管理人员采取扑救行动。这样看来, 智能预警系统比视频监控系统在级别上高一级, 因为所含的技术含量更多。
三种监测方法虽然在级别上有高下之分, 但是在实际情况中, 是进行综合利用, 不存在完全采取某个预警方法的现象, 三种预警方法联合使用才能发挥最大的功能。
3 结语
森林防火监测预警系统的设计要根据现实的情况而定, 不能纸上谈兵, 在监测和预警的方法上要多样化, 综合利用各种方法, 争取实现监测预警系统功能的最大化, 这样才能让森林防火的工作趋向完美。
摘要：我国的森林覆盖率近年呈下降的趋势, 其中人工采伐是重要的原因, 但是也不能忽略火灾对森林造成的影响。为了降低火灾对森林的破坏, 有必要建立起一个森林防火监测预警系统, 以此来保证森林的安全。
森林防火系统 篇9
1 森林防火辅助决策系统的功能
1.1 信息收集功能
任何防火系统都需要收集大量的数据信息, 例如统计数据、气象遥感数据、地区图形数据、国家林业规划数据、气象观测数据等, 这些数据不仅包括CAD格式, 也包括MAPINFO格式, 这些格式都可以利用ARCGIS导入到森林防火辅助决策支持系统中。同时, 该系统还可以将检测地区的GPS坐标与经纬度坐标转换成为图形数据, 表格、文字等属性数据可以直接输入到建好的数据库, 并在SQL2000中进行储存。最后, 该系统还能够直接读取.XLS、.DBF与.XLS格式的经纬度数据。
1.2 综合数据库的设计功能
由于森林防火辅助决策支持系统的建立基础为属性数据库和图形数据, 因此数据库的建设成为该系统在建设初的关键内容。系统的应用功能可以根据其业务的变化而进行重组, 但必须能够继续使用相关的数据, 因此, 数据成为信息系统最有价值的部分, 同时也是数据库在设计的过程中应坚持的原则。综合数据库主要包括两个部分, 即基础数据与专业数据。
基础数据主要包括道路、河流、社会信息、重要单位、基础设施、行政区域、DEM、社会信息与居民区等。基础图形数据主要包括1:20万的DEM数字高程、1:25万的是TM影像、1:20万的地形属性数据、1:100万的地形数据、1:20万的专题防火数据库与1:8万的林相数据。
专业数据是指与防火工作有密切关系的图层信息, 例如行政区域、直升机起降点、直升机加油站、扑火队、中继台、望塔、固定短波电台、防火机构、储备库、火灾历史统计信息、直升机固定巡航现等。
在综合数据库管理的过程中, 应将功能主题作为系统开发的中心, 对数据仓库技术的时态性、集成性与面向主题性特点进行模仿, 从而建立TM和DEM数据库, 模拟三维数据库、防火方案规划决策数据库、火灾历史处理数据库、预测评估火灾损失数据库、专题森林防火数据库、日常信息管理维护数据库、控制监测火点数据库等。同时, 利用分级显示的方式, 根据视野内范围, 将采集到的数据全部储存于同一工作空间之中, 并且不同比例尺、类型的数据还需放在不同数据源中, 系统可以根据接收到的命令, 加载对应的数据。
1.3 空间定位功能与其他功能
空间定位功能是为了满足用户对基础数据与专业数据的查询要求而设计的, 具有属性、位置、空间关系与空间范围多种查询功能, 能够实现属性、图片、文字的交互查询。
此外, 森林防火辅助决策支持系统还应该具有评定火险等级、评估火灾损失的功能, 通过不同功能的相互结合, 有效的预防、控制森林火灾。
2 森林防火辅助决策支持系统的结构组成
森林防火辅助决策支持系统主要由GIS数据库、模型系统与输入系统组成的。GIS数据库主要包括数据数据库与空间数据库两部分, 其中在数据数据库中, 包括防火设施与防火机构、居民区域信息, 与火灾历史信息, 空间数据库由防火专题数据、影像资料和基本图形组成。模型系统包括位置定位、预报火灾损失、评估火灾等级、读取遥感信息等模块。输入系统主要是利用录入、扫描等方式进行数据的输入。通常而言, 系统完善与否关键在于模型数据库的建设, 因此系统的模型数据库必须独立于GIS系统, 通过计算可以获得图层信息, 并将计算结果通过可视化软件表现在图层的属性中, 便于系统的发展扩充。
森林防火辅助决策支持系统结构的设计应从其具有的功能出发, 保证结构设计能够节省系统资源, 提高系统的显示速度与运行速度。
3 森林防火辅助决策支持系统的集成开发
随着科技的发展与时代的要求, 传统的GIS软件由于不能实现系统的无缝集成, 难以满足森林防火系统的要求, 因此必须采取新型技术, ARCOBJECTS技术应运而生。
ARCOBJECTS技术是构成ARCINFO8的主体, 由于任何COM组件都能够嵌入到ARCOBJECTS上, 因此, 技术开发人员可以根据此技术, 建立VB、VC等开发平台, 从而创建独立的应用程序。GIS系统根据这种系统进行改造, 可以实行通用环境的开发与专业模型的分析与控制。
该系统为了保证专业模型和GIS的无缝集成, 使用MAPCON-TRL模块作为GIS的核心, 并利用VB5.0作为可视化工具, 从而实现图形数据库的分析功能, 空间数据库的检索功能与不同比例数据的无缝集成。
通过实践操作得出, 由于GIS系统根据ARCOBJECTS技术与可视化工具进行改造, 实现了GIS系统与专业模型的无缝集成, 同时, 开发出的森林防火辅助决策支持系统还具有独立性强、灵活性高, 易于扩展补充的特点, 是数据库系统实现图片、文字一体化发展的重要途径。此外, 通过开发对应程序, 还能够强化该系统的数据处理与缝隙功能, 建立符合用户要求的信息系统软件。
结束语
森林防火辅助决策系统根据COM技术, 将VB5.0作为可视化工具, 成功视线了防火应用模型与GIS分析与定位功能的集成, 从而有定位火点、预报火险等级与评估损失的功能, 同时还有效发展了森林防火模型与防火理论, 属于较为复杂的GIS应用系统, 为我国的防火决策提供了科学、及时、真实的依据, 在实际应用过程中起到了良好的效果。
摘要：我国属于森林火灾多发的国家, 每年出现的森林火灾对我国造成严重的经济损失, 并对我国现有的森林资源产生极大的破坏, 因此, 减少森林火灾的发生, 并对出现的火灾险情进行及时的扑救十分重要。为了提高森林防火工作的有效性, 必须加强防火系统的信息化程度, 当前我国广泛利用ARCOBJECTS技术设计森林防火辅助系统, 成功实现了林火预测模型、林火损失评估模型与GIS技术的无缝集成, 为我国的森林防火管理提供了可靠的信息保障。
关键词：森林防火,ARCOBJECTS技术,信息系统
参考文献
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森林防火系统 篇10
1 无人机系统概况
首先,要了解无人机系统的工作原理,才能更好地开展无人机系统在森林防火方面的应用工作。
1.1 简介
无人机就是没有驾驶人员的飞行器,传统的定义上把这样的飞行器称作靶机,无人机是其俗称。无人机由无人靶机、无人驾驶飞机和遥控飞行器三部分组成,能够在脱离人员的驾驶情况下,依据实际情况,自主控制或和地控人员合作的半自控模式完成任务。无人机系统包括一个或多个地面控制系统或控制站、飞行器、有效载荷及数据链路、有效载荷、发射及回收系统、地面处理和维护系统等。
1.2 工作原理
无人机在监测森林火灾的系统可以归纳为三大部分,即机载飞行系统、机载控制系统、地面处理系统,这三个系统有机结合、相互配合,协调地完成无人机系统在森林防火方面的工作[1]。
1.2.1 机载飞行系统
机载飞行平台包括机体、控制器、传感器、执行器、CCD和无限通信等单元部件。在森林防火中,其主要任务是确保整个无人机森林火灾监测系统的正常运行,是无人机森林防火系统的基础。而地面监测控制平台负责记录无人机飞行轨迹、飞行位置和姿态的信息,存储和输出无人机拍摄传回地面的图像数据,上传由地面控制平台发出的指令,变更无人机的飞行轨迹或方向。它的主要单元部件有:监测计算机、遥控器和无线通讯系统等[2]。
1.2.2 机载控制系统
机载飞行平台的设计受机载控制系统的影响,就森林防火系统中的无人机来说,其机身的载重量很轻,它不但要承载机载控制系统,还要承载无线通讯设备和监测仪器等,这就要求相关的硬件要具备体积小、重量轻、能耗低等特点。此外,设计还应考虑抗干扰能力、系统升级等问题。应用于森林防火系统的无人机的机载控制系统,除了要有传感器、执行器、控制器外,还要有具有CCD摄像头以及配件的图像模块来向地面发回图像或相关的数据。
1.2.3 地面处理系统
地面处理系统的主要组成部分为数传、图传电台,遥控发射器、数据处理器和计算机。数传、图传电台的作用是接收机载电台发出的图像数据;遥控发射器负责对机载飞行系统发射控制指令;计算机则是用来显示接收到的图像信息和飞行参数数据等方面。
2 无人机系统在森林防火的应用
得益于图像传输数字化、GPS技术、遥感技术和视频实时传输技术等的快速发展,无人机系统在森林防火方面的应用得以实现,且无人机系统以其绝对的优势,弥补了传统的森林防火方式的不足[3]。它能够广泛应用于森林火灾发生前的火灾监测、预报,火灾发生时的预测、扑救和火灾后的评估等方面的工作中,有效提高了森林防火信息获取的速度和精确度,大大缩短森林火灾扑救的过程,节约人力资源的投入。
2.1 无人机对森林防火区域监测巡视
无人机系统在森林防火方面的设备非常先进,它包括了摄像机、前视红外线仪器、高分辨率相机和图像传输的等,它能方便快捷、高效地实施和完成森林防火区域的空中监测巡视工作;并且完成高清图像拍摄、存储和图像视频实时传输,使森林防火人员对火灾迅速作出反应,采取相应措施。此外,前置红外仪器能执行夜间巡视任务。无人机运用的手抛发射、伞降回收方法,决定了它能在许多复杂的场地环境轻松投入使用。
2.2 无人机可以火灾上空作业
森林火灾发生时,若使用载人飞机,观测人员不但不能清楚观察掌握火势蔓延情况,还对飞行带来极大的危险。无人机则没有这方面的顾虑,它利用其搭载的摄像和影像传输设备探测和侦查森林火灾,并利用微波信号实时传送到地面工作者,使他们能够及时掌握火势发展的动向来监测扑救森林火灾。最大限度减少森林火灾造成的损失。
2.3 无人机能够24 h不间断监测火情
在火灾上空,无人机可以24 h不间断地对火势情况进行监测,对火情预警迅速,报告精准的起火点,有利于森林火灾初始阶段的扑救工作[4]。无人机在巡查时,会根据预设好的飞行轨迹飞行,通过影像传输技术实时把在空中作业所获得的影像资料传送给地面的监测站点,再使用网络经由站点把资料传给防火办公室的值班人。根据影像资料,工作人员就可以发现火灾发生的疑似区域,然后用遥控设备由地面向空中发出指令来改变无人机飞行轨迹或方向,执行进一步的探测任务,再利用无人机的无线链路将最新的探测结果传输回地面。
2.4 无人机辅助科学扑救指挥
无人机能监测火场上空的火情动态,扑救指挥部门利用无人机反馈回来的资料信息,迅速高效组织和部署扑救工作,及时通知消防人员,合理有效地制定人员撤离火场的路线,最大限度保障扑救人员的安全,使扑救指挥工作及时、有序、合理、科学地进行。
3 无人机系统在森林防火中发展
当今社会是一个信息高速发展的新时代,世界各国都对无人机研究、发展和应用也越来越重视。我国在重视无人机在军事领域发展的同时,还坚持无人机军民结合的发展道路,带动民用无人机的发展,尤其是在森林防火方面,无人机以其独具的优势得到一定程度的推动和发展。但我国无人机系统在森林防火方面,还处在初始阶段,没有形成规模,其中还存在着无人机升级技术不够完善、抗风能力差、监测图像精度有待提高等方面的技术问题。但相信随着相关科研的投入不断加大,研究的不断深入,无人机不但在森林防火方面的应用会更加广泛,技术更加成熟;还会在我国资源保护、农业发展、科技发明等领域得到很好的开发应用,发展前景相当乐观。
参考文献
[1]赵莹,王小平.无人机遥感在抗震救灾中的应用[J].西部探矿工程,2014,(12):113-115.
[2]王根铎,韩婷娜,郭国明,等.无人机航空遥感系统在灾害应急救援中的应用探讨[J].科技传播,2014(14):197-198.
[3]邹明普,邹磊.无人机飞行管控系统的设计与实现[J].北京测绘,2015(1):75-79.
构建平原地区完善的森林湿地系统 篇11
农田防护林网：基于农业生态保护前提下的生物多样性保护网络形态。君山区所处的两湖平原腹地是全国平原绿化建设的重点区域。《全国造林绿化规划纲要（2011～2020）》将“构建平原农区生态屏障”、“构筑维护国土生态安全保障体系”规划为本区域建设重点，《全国平原绿化三期工程规划（2011～2020）》将“建设自然式农田防护林体系”作为本区域的主攻方向，并提出到2020年基本农田林网控制率要达到95%以上的奋斗目标。建区近20年来，随着城镇化迅速发展，原有农田防护林网逐渐被市政基础设施挤占空间而出现局部破碎化。但基于国家级农产品主产区的功能定位，要在城镇化进程中强化农田生态保护、可持续保障粮食和重要农产品的有效供给，林业无疑是一项非常重要的生态措施和途径，符合长江中下游平原“以交通主干线、……江河岸线为主体，农田为重点，村镇为补充，建立布局合理、结构完善、景观优美、防护功能强大的平原防护林体系”的平原绿化三期工程的建设布局。让农田防护林网真正成为“生态绿网”，今后的重要任务，则宜将纵横交错的河渠水网、公路铁路交通网、村镇居民点网与市政绿地系统有机联系起来，并混然一体。树种选择上着眼于打造有滨湖平原农区特色的可持续生态景观效应，坚持因地制宜、生物多样性和较强防护功能等原则，充分考虑冬、夏候鸟栖息环境营造和改善因素，形成林、鸟、人和谐共生的生态景观。也就是说，今后营造林生产目标将从“量”变迈向“质”变，着力打造立体的、动态的且可持续的生态景观将是当前单纯营造林生产的提质方向。
“绿色通道”或“生态廊道”：平原农区农田防护林网的基本骨架形态。以农田防护林带、护路林带、护岸（渠）林带等为主的防护林是构建农田防护林网的基本骨架，防护林建设历来是平原绿化各林种布局的重中之重，也是湖南省林业建设“四大主题”之——“绿色通道”建设所承载的主要形式。同时，“绿线”已成为近年来城乡规划“三区四线”严格管理的重要对象之一，是绿色城镇、生态城镇化建设的重要要求。根据湖南省的建设目标，2016年绿色通道须完成乡级以上已通车通道沿线造林绿化达标任务，湖区绿色生态廊道比例达到80%；2018年实现连绵山体、主要江河两岸及交通主干线两侧等重点区域生态廊道全覆盖。按照省委、省政府《洞庭湖生态经济区行动计划》关于交通干线、平原区主要江河湖库沿线（岸）的绿化带建设要求，君山区“绿线”建设任务繁重，需新建、完善的“绿线”总长度达1300余千米，其中交通主干线总里程1058千米，在建铁路、高速公路近80千米；江、湖大堤254千米（一线大堤202千米）。“十三五”期间，君山区主要抓好“绿色通道”绿化提质工作，基于生物多样性原则，突出林相整齐优良、季相分明多变、物种丰富多样的生态景观带的营造。具体来说，垸区防护林带要改变当前以欧美黑杨为主要建群树种的现状，以“三杉”、香樟及其它适生树种构建复层混交林带，并纳入公益林实行永久性保护；一线大堤垸外护岸林地，修复以旱柳为主要建群种的护岸林带，挽救性发展本地区已近濒危状态的川三蕊柳（成片川三蕊柳林除防浪作用外，还可为洞庭湖区日益增多的麋鹿种群提供良好隐蔽环境），适度发展欧美黑杨。去年5月，洞庭湖区农村综合改革研究院的专家提出在君山区沿洞庭湖岸一线大堤内侧建设宽度1千米左右的“百里湿地生态林走廊”的建议，期冀打造集湖光山色、飞鸟林景于一体的我省最大的湿地森林主题公园。这一建议符合本区“生态立区”定位和“打造洞庭生态明珠”的战略发展目标，虽然牵涉到诸多现实困难，但可以逐步从大堤内侧200公顷三级压浸平台开始实施。
成片林或“秀美村庄”：为滨湖平原野生动植物留下一片生存乐土。随着城镇化进程加速，城乡硬质景观与绿地占地的矛盾不断呈现。在生态文明旗帜下，“森林城市”、“海绵城市”的主张和呼声日益突出并逐渐影响到城市规划，过去城市“硬件”建设的无限扩张在“三区四线”管控下得到有效约束。在农田防护林网格中适度布局和重建有平湖特色的成片林、建设“秀美村庄”等“生态斑块”，正是建设“森林城市”、“海绵城市”的重要措施。平湖区成片林应以“三杉”、香樟等大乔木树种为主，其它树种为辅，营造有利于候鸟（如池鹭、夜鹭等高小鸟禽）栖息的优良环境，为湖区日益鲜见的雉、鼬、刺猬、粗毛兔等野生动物和珊瑚樱、各类林下蕨类和草本植物提供安全的栖身之所，在林沿湿地可为粗梗水蕨（国家二级重点保护植物）等濒危野生植物创造适宜的自然繁衍环境。宜将平湖区每一块成片林斑块，都作为一个活生生的生态文明科普教育基地来打造。“秀美村庄”又是一个生态文明的重要承载地。君山区从2003年开始将村庄绿化纳入每年度为民办实事项目，经过lO余年建设，全区111个村（居委会）基本实现绿化，但在美化、亮化上还有很长的路要走。今年岳阳市委、市政府提出“一极三宜”战略发展目标，其“宜”之一便是“宜居”：“建设山青水秀、生活便利、平安文明、适宜健康养生、可以惬意深呼吸的民生福地。”民生福地首先是生态福地。12年村庄绿化已结出良好的生态硕果，如在许市镇每个村屯的房前星后的大树上，处处鸟巢扎堆醒目，常常吸引热心人驻足。这就是林业生态建设蓝图变成现实生态美景的生动写照。
生态文化：生态安全和生态文明传承的思想载体。“君山文化”是岳阳市四大重要特征文化之一（其它三者是龙舟文化、山水文化、端午文化）。君山文化根植于湿地、产生于湿地。因此，君山文化究其实质便是湿地文化、秉承“鱼米之乡”的农业文化，其精神高度，源于明朝人所赋予的“楚南独秀”。君山地区同垦近60年来，在轰轰烈烈的大地园林化运动以及此后主要通过项目推动的甲原绿化工程，广大民众生态保护意识越来越强。特别是建区以来近20年间，设于君山区的国家级和省级生态科研站点已达5处（另岳阳市重点建设项目洞庭湖湿地博物馆在建），天井山省级森林公园、天井山河麂自然保护小区先后设立，生态基础设施不断完善，生态安全保障基础不断夯实，为中美碳联盟第九届年会、英国国家生态水文中心（CEH）等多个国内外科研平台或机构提供了考察现场。2015年，君山区结合国际湿地日、第八届洞庭湖（岳阳）国际观鸟节暨首届洞庭湖生态经济区发展论坛等节庆、赛事或会务活动，先后开展大规模的“爱鸟护鸟，从我做起”万人网络签名、“保护湿地、关爱野生动物”主题宣传活动。君山区湿地保护联合会等社会团体也多次深入社区、学校组织相关主题活动，生态保护群众基础不断巩固。
2016年，洞庭湖区生态红线将基本划定，“实行最严格的林地、湿地保护制度”，力争全区“林地、湿地、公益林保有量和森林覆盖率只增不降”的努力，以及构建山水相依、林城相融的现代城市森林和湿地生态系统、城乡一，本化优质生态圈的低碳建设任务，规划到“十三五”期末，初步建成山清水秀的生态环境体系、优美舒适的人居环境体系、和谐共生的生态文化体系和高效运行的林业管理体系，全面增强林业可持续发展能力，到2020年建成全国生态文明建设示范区。（作者系岳阳市君山区林业局局长）
森林防火系统 篇12
我国对森林生态环境的管理与西方先进国家相比, 处于起步较晚的现状, 因此森林抚育工作上较为滞后。随着当下我国林业的发展, 森林抚育工作也随之不断精进提升, 逐步形成更为完善的体系, 并且确定了相关管理规程等有一定规范性的法律规定。
一、森林抚育可以保证植被多样性
森林抚育在森林生态系统的影响上, 首先可以有效地改善植被多样性。森林抚育从宏观层面上来看, 属于一种森林生态系统的人工干预方式, 可以有效地改善森林生态结构, 减少树种密度, 提升树冠间隙, 促进植被更好生长。在抚育间伐操作后, 植被多样化可以有效提升。
抚育间伐对林下灌木与植被会产生生物多样性的影响, 一般大部分人认为可以有效地提升其多样性。不同的抚育间伐干扰程度, 其植物种类会相较于没有间伐处理的区域, 可以得到200%至400%的提升效果, 因此人为的干预可以有效地促进林下植被生长与形成, 在一定范围内, 会随着干扰的程度越强, 植物种类增加效果越显著。有专家认为, 在强度的抚育间伐处理后会导致植物种类的减少, 因此一般以提倡轻度或者中度的抚育处理, 避免过度抚育而造成效果不良问题。
二、森林抚育可以保证改善土壤特性
森林抚育的合意处理可以改善土壤特性。抚育间伐可以改善土壤营养, 土壤肥力提升, 土壤容重、微生物含量、速效养分和总孔隙度都得到显著改善。土壤中的养分水平与土壤干扰强度有密切关系, 一般情况下, 土壤干扰强度越高, 土壤N、 P、C、K等养分流失越多, 而土壤中的Ca、Mg和酸碱值、土壤密度与土壤干扰强度成正比。一般情况下, 间伐后的土壤微生物数量、酶活性、总孔度和速效养分等情况提升, 而土壤容重水平下降。同时在择伐处理中, 强度择伐处理无法提升土壤质量, 而进行轻度和中度责罚处理, 土壤中的水分、孔隙、养分和土壤结构稳定性情况均有显著好转。同时择伐处理中需要依据不同月份情况来看展, 需要依据以往择伐情况作有效观察, 一般8月份择伐的土壤呼吸速率相对更高。因此, 在择伐处理中, 应该控制干预强度和时间, 避免过度干预或者不合意干预而导致土壤特性的恶化。
三、森林抚育可以改善林分结构与植被生长
由于抚育间伐可以减少有限植被生长资源的浪费, 从而可以改善林分结构与植被生长。在抚育间伐后可以在总体上缩减林木株数, 减少林分生物量, 提升植被的养分空间, 同时还可以改善林内气候, 提升林分质量。在间伐处理后, 空间环境得到改善, 光照更强, 促进了林木下草木、地面植被和灌木的生长, 从而生物量显著提升。同时间伐可以有效地清除枯木、朽木和不良生长林木, 为优良林木提供更优质的营养生长空间, 促进林木加速生长, 林木生长周期有效缩减, 林木利用率有效提升。
四、森林抚育可以改善林分碳储量
间伐可以移去林内部分木材蓄积量, 有效的缩减植被碳储量。随着间伐强度的提升, 将来森林生态系统中的碳储量会相对降低。不同的林木情况和间伐干预强度, 其碳储量降低速率有一定差异, 具体情况需要以碳储量降低速度和森林发展规划做有效设计, 从而让碳储量缩减速度满足实际森林运营效果。
结束语
森林抚育需要有效的协调各部门工作, 制定有效森林生态系统规划方案, 让森林抚育工作在相关评价体系中科学合理地进行。再具体的操作中, 根据工程区森林分布特点, 结合自然和社会状况, 针对工程具体情况, 采用分级管护模式:建立局、场、站三级森林管护体系, 实行分级管护, 划分责任区, 护林员负责山头地块、林班、小班的森林管护, 层层签订责任合同, 全面落实目标责任。组成专业巡护队—巡护员—检查站点、线、面相结合的管护网络, 实行巡护日志制度, 全程监督森林管护工作, 确保管护收到实效。为促进森林健康, 构建稳定的森林生态系统, 充分发挥公益林生态功能, 对生态公益林按照保护和发展的需要, 开展有限的抚育, 强化森林抚育性经营。通过保护恢复好森林生态系统, 繁荣森工文化、实现林地面积和森林蓄积量双增长。
参考文献
[1]何小红.森林抚育对森林生态系统的影响[J].陕西林业科技, 2013 (03) :83-86.
[2]陈世杰.森林抚育对森林生态系统的影响[J].北京农业, 2014 (27) :210.