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1、卧龙森林防火的数字化管理叶平四川卧龙国家级自然保护区管理局随着微电子技术、光电子技术的发展及计算机技术 进一步成熟，建立一套完善实用的森林防火指挥系统已 经是新时期森林防火工作的要求。利用科技手段将地理 信息系统 G I S 、网络技术和通讯技术进行有机地整合， 建 成一个为卧龙保护区森林防火指挥部提供日常林火管理 和扑火指挥的辅助决策工具，能够有效提高我区森林防 火工作信息化和现代化水平，进入森林防火的数字化管 理时代。 一、 目前防火存在的问题 1 、 我区山高坡陡、 地广人稀、 交通不便、 通信不畅， 森 林火灾预防和扑救的难度极大。2 、 我区 2 0 0 8 年特大地震 造成的破坏大
2、， 各项设施损毁严重。3 、 我区现有森林防火 组织机构建设有待进一步加强，森林防火组织机构规范 化、 标准化建设尚不完备， 林火信息管理、 林火预测预报、 了望观测、 扑火专业队伍不完善。4 、 森林火灾预测预报方 法较为粗放， 林火隔阻、 信息指挥严重滞后， 防火监测预 警能力低。5 、 我区防火基础设施科技含量不高， 远不够智 能防火管理需要。6 、 我区瞭望监测率低， 大量重点林区公 路急需资金建设和维修，通讯设备和扑火机具尚不能完 全适应森林防火的要求， 林下植被物大量积聚， 火险系数 不断增高等原因导致森林防火难度加大。 二、 建立森林防火信息指挥中心， 实现防火的数字化 管理 森
3、林防火信息指挥中心利用高科技手段、提高森林 火灾的综合防御和控制能力的要求，提高了卧龙森林防 火的科技含量以及防火扑火指挥的科学性、有效性和及 时性， 使系统真正起到了 “千里眼” 的作用。森林防火系统 由监控指挥中心、 保护站监控中心、 前端基站等组成， 并 经由网络联结， 组成一个有机的整体。 2 . 1 建立监控指挥保护系统 第一级： 监控指挥中心。第二级： 保护站监控中心， 包 括： 木江坪监控中心、 三江监控中心、 邓生监控中心。第三 级： 前端基站， 在保护站附近建立若干个基站， 收集人为 干扰区域和高火险区域的视频资料。 （1 ）监控指挥中心。 其职责是监督下级系统运行状况。通过
4、监控显示屏、 电视墙同步显示各监控点的全部实时监测数据，真正实 行远程监控。监控系统对各种监测数据自动进行分析处 理， 并用各种图表、 图形直观反映， 为管理者提供详细的决 策依据。接收各保护站监控中心发出的报警信号， G I S 地 图上动态显示相应的地理位置。一旦火情确认， 第一时间 联动相关单位和人员， 对全域范围内的扑火工作进行指挥 扑救。如发现异常可自动声光报警， 并以短信方式按警示 级别发送到保护站有关人员的手机上， 建立预警机制。（2 ）保护站监控中心。 保护站监控中心的职能与监控指挥中心的职能类似， 区别在于本中心所管理的范围相比监控指挥中心的范围 要小，因此其相关硬件配置略比
5、管理局监控中心要求低。 同时当火灾发生时， 保护站的监控中心会将信息发回管理 局监控指挥中心并发出报警。根据监控指挥中心的指令， 迅速出击， 在林火初发时予以扑灭。 （3 ）前端基站系统。 前端基站监控系统包括红外低照度全天候摄像机、 云 台控制系统、 无线发射前端机、 发射天线和供电系统、 基塔 等构成, 固定安装在保护区内各制高点位置。前端监控系 统负责采集各监控点的视频信息， 经过数字化和压缩后通 过前端无线发射设备向无线传输 （中继 ） 系统发射的工作。 在智能烟火识别方面采用嵌入式前置智能烟火识别设计 更能提高识别效率。 用户可编程式监控。通过摄像头与云台联动， 使得 后端控制台能够
6、控制镜头焦距， 独特的预置位技术等保证 了对于目标物体更加清晰的识别。 视频、 参数采集 通过前端基站的数字云台控制长焦摄像机， 摄像机可 水平 3 6 0 、 垂直4 5 扫描监控区域， 并通过视频采集 卡编辑后， 交由微波发射器传输回监控中心。 从前端基站工作原理原理图 1 ， 可以看出， 数字云台 的相关参数是同视频信号同步采集同步发送的。首先由 微波收发器接收到控制信号， 然后将信号发送给基站控制 器， 通过基站控制器来控制数字云台以及摄像机， 摄像机 在摄取到实时图像时图像首先经过烟火智能识别处理器， 通过它进行第一手的视频烟火识别， 如果存在可疑火情及 将信号直接送由微波收发机发送
7、， 同时实时的视频图像也 将通过视频编码然后发送至保护站监控中心。 烟火智能识别。 通过前端烟火识别智能处理器对摄像所捕捉到的图 像进行实时分析， 有效地避免了由于图像数据经过压缩然 后传输到监控中心再进行图像分析时由于（下转 2 8 页 ）新聚焦 e wF o c u sN2 3图像质量降低从而影响识别的准确率问题。 同时通过压缩后由监控中心进行判断的方式在路数较多 的情况下将对服务器造成巨大负担影响系统整体效率。 （4 ） 前端设备防盗。 考虑到前端设备大多数安装在无人值守的密林深 处， 在安保摄像机后端安装一个智能识别处理器， 根据安 保摄像机动态摄像的图像， 设置周界保护、 物品丢失等
8、报 警类型， 确保前端基站的设备安全。一旦有人靠近、 攀爬 基塔， 告警系统启动， 安保摄像机录像回传至监控中心并 实时录像， 同时， 喇叭现场播放语音警示。 （5 ） 远程控制软件。 通过远程控制软件，可以在监控中心远程控制前端 基站的电子监控设备， 可控制云台、 摄像机、 镜头等设备。 可以根据保护区的特殊自然环境，有针对性地设置预置 位和花样扫描轨迹，并能配合前端报警设备联动联网监 控管理平台。 2 . 2 建立网络联结系统 由监控指挥中心、 3 个保护站监控中心和前端基站等 组成， 经由网络联结为一个有机的整体。 （1 ） 无线传输。根据监控系统的设计， 考虑到卧龙国 家级自然保护区的
9、自然环境特点，数据传输主要考虑采 用微波传输和 WI - F I 传输两种形式。 （2 ） 微波传输。 微波是一种频率超过 1 G H z 的电磁波，其波长比普通无线电波更短。微波传输类似光线直线传 输， 是一种视距范围内的接力传输。两个微波站之间的传 输距离不能很远， 一般在 5 0 k m左右， 否则将不能获得较 稳定的传输特性。当前使用的频率是 2 . 4 5 G赫兹波段 （民 用波段 ） 。微波主要用于前端基站与保护站监控中心之间 的通讯传输， 也包括基站到基站之间的传输。 （3 ） WI - F I 传输。WI F I（Wi r e l e s s F i d e l i t y）
10、属于短距离无 线技术， 是一种网络传输标准。由于 Wi F i 的频段在世界范 围内是无需任何电信运营执照的免费频段， 因此 WL A N无 线设备提供了一个世界范围内可以使用的， 费用极其低廉 且数据带宽极高的无线空中接口。 基于 WL A N的宽带数据 应用， 如流媒体等功能更是值得用户期待。Wi F i 传输主要 用于保护站监控中心与管理局监控中心之间的通讯传输。 2 . 3 建立供电保障系统 监控中心采用普通办公用电， 为防止意外停电， 中心 使用 U P S 电源， 以保证最低 8 小时持续供电。 前端基站的 供电方式主要是太阳能以及风能， 采取 “风光互补” 方式 发电， 利用风能
11、和太阳能同时供电。 总之， 通过前端基站采集视频图像， 依靠网络传输到 基层保护站监控中心， 再传输到监控指挥中心， 形成严密 的森林防火 “数字化” 谈判管理体系， 对火灾实施实时监 控， 做到早发现、 早出动， 真正将火灾扑灭在始发阶段， 从 而有效保护森林资源和大熊猫栖息地世界自然遗产。定程度上去除了噪音。 如果我们需要对监测数据作出趋势分析或趋势判 断， 上述滤波数据显然不是很合适。我们根据实测数据， 动态调整测量值白噪声方差，对上述程序添加如下几行 代码， 如下：f o r ( i = 1 ; i N p ; i + + ) p 0 i = a * a * p i - 1 + Q ;
12、 / / 前一时刻 X的相关系数f o r ( j = 0 ; j i - 1 ; j + + ) / / 新增代码段 - - - - -v j = z j - c * x j ;R = v a r( v , N p ) ; / / 根据实测数据动态调整的测量值白噪声方差 / / - - - - - 新增代码段K g i = c * p 0 i / ( c * c * p 0 i + R ) ; / / 卡尔曼增益s i = a * s i - 1 + K g i * ( z i - 1 - a * c * s i - 1 ) ; / / 经过滤波后的信号p i = p 0 i - c * K
13、 g i * p 0 i ; / / i 状态下 x ( i | i ) 的相关系数 重新进行滤波运算， 得到数据曲线如图 4 所示。 可以看出， 对于上述滤波数据， 忽略了实测数据的突 变与细节， 但能够真实反映实测数据的变化趋势。 三、 结语 采用反距离加权算法能够较好地进行地下隧道变形 监测数据的插补， 弥补施工监测与长期健康监测的过渡。 K a l m a n 滤波能够很好地进行实测数据的滤波，过滤噪声 数据。通过实测数据动态调整测量值白噪声方差， 可以有 效进行监测数据的趋势分析。（上接 2 3 页 ）新观察 e wO b s e r v a t i o nN新观察 e wO b s e r v a t i o nN2 8
