1、林业局森林防火监控系统建设方案设计单位： 时间： 目 录第一部分 概述51.引言51.1 概况51.2 国际通常森林防火技术51.3 国内采用的监测方法62.本方案的特点优势83.与传统森林监控系统对比如下：9第二部分 系统简介111. 前端设备122. 中继设备（适用于无线传输）133. 中心控制设备终端由网络视频管理系统、地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、传输系统、电视墙系统、UPS电源等组成。143.1 地理信息系统153.2 GIS系统实现的功能154. 防火指挥中心16第三部分 系统方案设计161.建设目标172.功能需求分析203.设计原则214.设计依据225.功2、能概述236.视频采集配置说明256.1 视频监控应用背景256.2 设备配置267.无线传输设计说明357.1设计原则357.2系统特点及性能指标367.3方案设计417.3.4方案描述467.4系统防雷接地517.5系统的可管理特性528.视频监控平台529.防雷接地配置说明559.1 防雷概述559.2 雷电侵袭主要途径559.3 雷电防护措施5610.供电配置说明6210.1 设计原则6210.2 设计依据6210.3 电站功率及配置的确定6210.4 设备选型、6311、控制中心综合显示系统6811.1概述6811.2 液晶显示的优势6911.4系统设计方案7211.5 DID液晶单3、元7511.6建成后电视墙参考案例：8212、会议音响中央智能控制系统8312.1 A/V系统：8312.2 房间环境系统：8412.3 智能型多媒体中央控制系统：8412.4 系统实现示意图8412.5液晶升降器及会议讨论系统图片：85第四部分、地理信息系统861.主要任务与技术指标862.系统总体设计892.1强化森林防扑火信息的综合管理892.2 提高森林防扑火机制和手段的智能化和自动化程度902.3 提高全局范围内森林防扑火行动的整体协调性、联动机制和反应速度913.系统总体结构914.项目各子项目设计与实施方案934.1 林火GIS基础平台开发子项目934.2 数据库建设、管理、更新4、子项目主体任务954.3 日常森林防火信息管理子系统主体任务965.系统功能概述986.林火行为预测、模拟与仿真子系统1077.林火扑救应急指挥功能模块107第五部分、林火自动识别报警系统1121、系统功能和结构 1122、系统业务流程和信息流程 1123、系统主要关键技术的解决方案 1153.1林火图像识别技术 1153.2林火定位技术119第一部分、概述1.引言1.1 概况 森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。森林防火必须贯彻“预防为主，积极扑救“的方针，真正做到早发现，早解决。目前，基于无线/有线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森5、林防火监控领域。森林防火远程监控系统，由森林防火指挥部监控中心、传输系统，以及前端采集点构成。前端采集点，一般设置在林区各消防瞭望塔制高点上。包括彩转黑低照度全天候透雾摄像机、长焦距透雾电动变焦镜头、定位云台、网络视频编码器。各监控点通过传输系统，将图像传输到监控中心；监控中心不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，而且还可以对前端摄像机焦距和云台运动进行操作和控制,通过云台的实时角度回传，结合GIS系统可以实现火灾发生点的经纬度定位；前端可选设置智能化微型气象站，可以实时的了解当前监控点的风力、风向、温湿度等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息；满足当前森林防火的各种要6、求。通过森林防火远程监控系统，森林防火指挥中心能实时监控林区现场实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的。火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失；该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。1.2 国际通常森林防火技术 国际上现有的森林防火报警技术： 德国：FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统 德国投入使用的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要120-130套，约1000万欧元。 美国：护林7、飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻 美国利用“大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。 加拿大：加拿大采用卫星巡回监测系统 加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出某一林区局部温度上升到150200，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火.同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需5000-6000加元。 国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资8、太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。 1.3 国内采用的监测方法 l 地面巡护 地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入了望台观测的死角进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。l 瞭望台监测 了望台监测，是通过了望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足：是无生活条件的偏9、远林区不能设了望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；了望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。另外了望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。l 航空巡护 航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易10、酿成大灾，固定飞行费用2000元/小时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。l 卫星遥感 卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。存在的不足：准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。在接到热点监测报告2小时内应反馈核查情况和结果。卫星遥感监控森林防火的其不11、足是：1. 热点达到3个像素时，火已基本成灾。2. 从卫星过境到核查通知扑火队伍时间过长，起不到“打早、打小、打了”的作用。为弥补以上手段不足，深圳市朗驰欣创科技有限公司根据林业局实际情况设计了“森林防火无线数字化监控预警系统”可以实现快速、准确、实时的监控林火情况，配合林政管理、生态建设管理及林业活动等功能实现各种管理。2.本方案的特点优势“森林防火无线数字化监控预警系统”利用先进的智能化监控设备对林区进行全天候的远程监控、监测，避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。 该系统特点有：超低照度夜视/透雾摄像12、机：夜视像机具有0.00063lux或更低的超低照度能力，配合像机本身的场积累功能在微光的情况下还可以对林区进行清晰监控；透雾像机利用纳米波滤光技术，可以穿透雾气，清除雾天对系统可视距离的影响，并具有深化云烟的能力，让林火发生的初期就很容易被系统进行识别并报警，减小损失；定位云台：高精度定位云台，可以让监控位置间的回转速度达到10度或更高，定位精度达到0.0125度，变速控制方式，重点部位可以设置预置点，随时进行快速切换；并可实时回传云台水平、俯仰角度数据给GIS系统，实现对火点的经纬度精确定位；长焦距镜头：高倍率长焦镜头的使用可以让每个监控点覆盖极大的了望空间，使设备的投资发挥最大的效用；日13、夜型长焦镜头还具有修正红外焦点的功能，当夜晚或打开透雾监控时修正由红外光带来的焦点偏移情况，还原系统清晰的图像；设备防盗：由于系统设备造价较高，又处于野外无人地带，所以设备安全至关重要，配置设备防盗报警系统可以保护用户投资，保护设备安全，并能对入侵目标触发报警，对发生的破坏事件进行全程录像，为挽回损失提供有力证据；风光互补供电系统：由于施工困难，所以野外设备供电采用风光互补发电系统方式逐渐被人们所青睐，我们通过对传统光伏供电系统的改进，利用风光互补发电系统转换效率，为前端设备提供稳定可靠的不间断供电系统，我们在监控GIS平台上可以实时的看到每套系统的发电情况；无线传输：可依据实际情况主干网络采14、用300Mbps远距离无线数字微波传输方式，避免野外系统施工的难度，缩短系统建设周期，移动灵活，同时可以搭配单兵巡逻系统和无人驾驶飞机系统.网络综合视频管理平台：对前端视频进行解码，并做视频流转发、录像、回放、设备管理、多用户权限管理等服务，实现整个系统的集中管理和维护；GIS（地理信息系统）：和设备间及时联动，实现地图点与实际监控位置的协调一致，可以让您快速地从地图概念切换到实际的视频图像，或者从视频图像快速切换到地图位置，并可获得各类地形、地貌等信息；林火自动识别系统：利用专门定制开发的林火自动识别报警软件，通过对被监测对象的视频数据流进行处理，根据森林背景图像和火灾、空间几何特征、纹理特15、征进行比较，选择合理方式、设定报警门限值进行判决报警，并控制云台对火点的跟踪。识别率在85%以上； 短信报警：可配置短信发布火情信息，让林管人员及时对报警进行确认，和及时采取抢险救灾措施； 3.与传统森林监控系统对比如下：方式/比较森林防火无线数字化预警系统传统森林监控系统部署复杂度复杂度低一个激光夜视透雾摄像机覆盖大面积区域复杂度高大面积区域需要大量摄像机，且某些地方根本无法覆盖，如港口、海湾、山林雾天正常监控能力通过专用的透雾成像技术，雾天也可以正常监控雾天超出能见度无法监控夜间监控能力利用星光级摄像机，通过激光光源，在夜间可清晰看到远处图像多采用一体机，照度差，无法监控，即使增加红外灯仍16、然距离有限变速物体跟踪能力适应不同距离和速度目标移动，准确跟踪对于远距离运动物体跟踪困难和应用软件结合能力标准通讯协议提供和各类应用软件结合单一的应用软件，扩展性差GIS联动能力整合功能，可实现双向互动无，仅能单一的监控，无法实现视频和地图联动林火报警能力利用专用林火自动识别软件，识别率85%以上，并可结合人工识别人工识别火点定位能力系统自动对火点经纬度进行精确定位，并在地图上进行标注，可结合人工定位对于大面积的林区人工定位不准确，不直观网络功能可以通过无线数字微波可以实现林区监控点和林场管理站通信和上网没有这个功能气象环境接口我们预留了，气象接口和环境探测接口没有这个功能第二部分 系统简介 17、“森林防火无线数字化监控预警系统”引进国际上先进的防火技术，以国内价格水平提供国际品质的优质、稳定的森林防火监控系统。该系统是以森林火情监测为主，将GIS技术、纳米波透雾技术、数字图像处理技术等高新技术综合应用于森林资源管理中的高科技产品。 本系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物等进行有效监控。系统构成图示如下： 系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的定位云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的定位云台回传的位置数据，即可实现火点定位功能。同时，启18、动后台的短信发布平台第一时间通知防火相关领导和人员。系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息，相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。系统以数字设备的监控方式，通过传输网络将采集的信息、数据传输到防火监控指挥中心，利用GIS（地理信息系统）对发生的火情、火警区域实现定位，并实时做出分析判断，确定扑救方案，将火险控制在萌芽状态。同时对大量资料数据进行储存、处理和分析，对今后的森林防火预防工作起到指导和参考决策价值。l 获取信息：利用建立分布在火灾易发区不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视19、频图像、环境信息，实现全天候不间断监控；l 动态监测：在数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况；l 火灾预警：如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案；l 预报分析：参考林区物候、可燃物特性数据,利用专家数据库模型进行综合分析,预测出相应地区的森林火灾等级数据。“森林防火无线数字化监控预警系统”避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了20、林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。该系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物和乱砍乱伐等林业活动进行有效监控。1. 前端设备 前端由采集定位系统、传输系统、设备防盗监控系统、避雷接地系统、智能太阳能供电系统等组成： 东京城风光互补设备安装现场图2. 中继设备（适用于无线传输）中继由无线网桥、传输天线、智能太阳能供电系统、避雷接地系统等组成；3. 中心控制设备终端由网络视频管理系统、地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、传输系统、电视墙系统、UPS电源等组成。 3.1 地理信息系统 现在的视频监控系统正在向数字化方向发展，并且与地理21、信息系统（GIS）结合也是其发展的必然方向。经过与地理信息开发部门的合作，我公司应用定位云台与地理信息系统无缝连接，成功的投入使用，将定位云台所返回角度将送入地理信息系统，并在林业地理信息系统上进行精确坐标定位。 3.2 GIS系统实现的功能 利用1：10000、1：50000、1：100000等地形图进行数字化处理生成电子地图，并依据实际使用情况分层制作。 在地理信息系统上，可以对扑救林火进行宏观调控，指挥整个扑火的行动，同时在地图上进行扑火行动标绘，对火情态势进行跟踪，为火场扑救提供辅助决策。根据不同需要，GIS对数据库资料进行统计分析，生成各类专题图，实现资源管理信息化。通过地理信息系统22、，可以在电子地图上数字化显示监测地区林场 的归属，林区面积，种植林种、树径、树高、树龄，方便林区部门领导直观的了解林区概况。 此外，利用地理信息系统，还可以进行火灾发生地形地势分析、缓冲区分析、可视域分析、最短路径分析等。 4. 防火指挥中心 无线远程控制与通讯是指挥中心的主要功能，即通过指挥中心可完成对林场各个地区的通讯指挥工作，同时在指挥中心可以实现对火情地区的实时监视、控制功能。以指挥中心为核心将各个系统进行整合，实现办公的信息化网络化，通过有线、无线调度系统完成对下属部门的命令发布、工作查询、人员调配工作；同时把监控系统与地理信息系统进行无缝结合，完成对林区的监控、以及资源调查工作。第23、三部分 系统方案设计 “森林防火无线数字化监控预警系统”项目由防火指挥中心（监控中心），传输系统，前端视频、音频、数据采集系统，终端处理系统，铁塔，防雷接地，野外供电等组成。各个前端视频、音频、数据采集系统包括：视像采集、报警采集、气象数据采集、定位云台系统、太阳能供电及防雷、铁塔及接地系统及防护系统。软件系统包括：操作系统软件Microsoft Windows 2003 Server、数据库管理软件SQL Server 2000（企业版）、地理信息系统（GIS）、网络视频管理录像软件、林火识别报警系统等组成，还包括一些二次开发软件，如定位云台定位信息与GIS嵌合模块等。1. 建设目标n 获取24、信息：利用建立分布在不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控音视频信息、气象信息，实现全天候不间断监控。n 动态监测：在传输系统支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到防火监控中心，实现实时观测林区的动态情况。n 预案处理：监控中心配备林火自动识别报警系统，其主要任务是自动接收来自林火检测子系统的图像，进而根据图像上的信息来自动判断是否起火，并唤醒监测人员进行交互式的林火识别，最后做出确定的林火报警（有或无），如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路25、线方案。n 前端具体分析监控点分布图序号监控位置具体需求分析点位1320塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态22329塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2-4KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态23325塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态24322塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，26、随时了解设备及监护人员动态25327塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态26340塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态27326塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态28321塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态29341塔塔27、顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态210324塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态211350塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态212330塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态213323塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天28、15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态214328塔塔顶部安装远距离激光夜视摄像机白天15KM，夜间2KM，具备透雾功能。塔底部看护房安装红外半球摄像机，随时了解设备及监护人员动态215抚育检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台316老松岭检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台317头道检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台318斗沟子检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台319江坎子检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台320新城检查站设计检查站道路监控摄像29、机2台，室内半球摄像机1台321英山检查站设计检查站道路监控摄像机2台，室内半球摄像机1台3合计监控点位492. 功能需求分析“森林防火无线数字化监控预警系统”项目是以森林防火信息为重点和主要对象，以地理信息为中心基础，基于成熟的传输技术、IP技术的网络视频系统和数字定位技术的，集防火信息管理、生态建设管理为一体的，为森林防火及其它林业工作服务的综合应用系统。该系统应具有以下特点：A. 投资省，建设快，无线传输方式特别适合无通信线路、无电能、无道路情况。B. 可实现远程图像实时图传和控制，通过前端设备实时掌握现场情况。C. 视频信息可在IP网络上传输，用户可在网络上的终端看到现场的图像。D. 30、系统具有可扩展性，系统具有升级功能，适合森林防火防护监控系统的发展要求。E. 界面清晰、操作简单。F. 具有森林地理信息系统等辅助系统。G. 火点经纬度定位。H. 林政资源管理及生态建设管理信息系统和其他林业信息系统。“森林防火无线数字化监控预警系统”前端信号采集平台采用CCD透雾摄像机（大倍数夜视镜头）+野外定位云台+传输设备，由于该系统强大的数据处理和系统集成能力，可以实现在一个平台上完成数字图像监控采集、传输、防盗报警监控管理、远程控制等功能，从而降低系统的造价、提高了监控维护的效率并降低了使用难度。采集平台可以高效的压缩处理接入的图像，通过电脑监视器就可以实现所有图像的实时动态监视，同31、时利用该系统可以调用存储在硬盘中的历史资料，本系统采用业内顶尖压缩技术MPEG-4/H.264算法，压缩比高达1:500。此外实现了自动磁盘空间动态检测功能，图像动则录，不动则不录或慢录。 另外系统还可以灵活的设置报警信号和图像的联动关系，当系统发生报警时，通过事先的设置，可以启动相应的摄像机录像及报警输出功能。同时控制中心也可同时得到报警信号，并可通过远端控制进行实时监控观察等功能。监控服务器提供了对前端采集工作站的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户可以根据需要通过网络将前端音视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了所有视频资料信息（视频文件可以是分布在各个采集工作站或服务器）32、报警信息、监控点信息、其它数据信息，一般用户通过WEB登陆服务器，可以在统一的界面查询任何对他授权的信息；对于前端和中心之间不支持多播的网络环境，服务器提供了单播到多播的数据转发，这样中心的多个人员查看前端的实时流大量节省带宽。3. 设计原则“森林防火无线数字化监控预警系统”项目设计和功能的实施将遵循以下原则：先进性：所谓先进是指要求采用的产品和系统是当代先进计算机技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是符合计算机和网络通信技术最新发展潮流并且应用成熟的系统。保密性和安全性：必须符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。系统设计时应充分考虑数据库和应用系统的安全性，33、 建立身份认证、权限认证，彻底屏蔽内外非授权用户的非法访问。 智能化：系统中采用的产品和系统本身必须具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统必须有良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等等。网络化：在计算机网络技术高度发展和广为应用的信息社会，设计完成的监控系统中所采用的产品和系统，必须与计算机网络技术相结合，实现各个子系统的信息共享，才能适应时代的前进、技术的进步，满足更广范围巡查的要求。实用性：我们这里讲的实用是指要求所采用的产品和技术经过了市场的考验，能满足目前监控系统的需要而无华而不实之嫌，决不搞盲目投资、浪费资金。兼容性： 考虑到国家林业局、区林业局已建34、成的或在建的防火信息系统，本系统能与区林业局、国家林业局的防火信息系统接轨和共享数据；同时考虑到今后重新开展森林资源调查后资源数据库与最新卫星影像的更新问题；另外，本系统能够妥善处理好与上下级防火信息系统的连接，做到与相关已建立好的信息系统的兼容。成功应用：系统设计采用的产品和系统，必须是经过了一定时间市场考验的成熟产品，特别是在国内应该有成功的应用案例。合理配置：系统设计时，应对需要实现的功能进行合理的配置，并且这种配置应该是可以被改变的，甚至在工程完成后，功能、配置的改变也是可能的和方便实现的。良好操作：系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。特别是操作性，应使一般水平的管理人35、员，在粗通电脑操作的情况下通过培训能掌握系统的操作要领，达到能完成监控任务的操作水平。可靠性：设计必须遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。这个原则要兼顾到两个方面：系统运行可靠系统的运行要求可靠。要求从计算机的配置到系统的配置、前端设备的配置都要仔细考虑这个问题，对所有的设备进行认真的可靠性认证。保存和恢复设置方便在实际运行中，即使系统的故障率非常低，也会因为各种意想不到的原因而出现问题。所以在系统设计时要考虑到系统设置数据的方便保存和快速恢复。开放性：即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。在系统设计中，我们选用产品和系统时，应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，设计应全面、周到，36、注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要，主要体现在以下方面：智能化升级系统的软件是最有可能升级的，选用的系统管理软件必须有厂家的免费升级承诺。升级的操作应该相对简单，由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。模块化结构为方便硬件的维护和升级，设计时采用的设备应为高度集成的模块化产品。由其组成的系统应是模块化结构。这样便于系统的维护和升级。经济性为了确保投资合理性，要在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比最优的系统和产品，从而使系统投资物有所值，不造成盲目投资4. 设计依据民用闭路监视电视系统工程技术规范(GB/50198-94)系统接地的型式及安全技术要求（GB14050-37、93）安全防范工程程序与要求（GA/T75-94）安全防范工程验收规则（GA/T308-2001）工业电视系统工程设计规范(GBJ 115)安全检查防范系统通作图形符号（GA/74-94）火灾自动报警设计规范（GB50116-98）安全防范工程费用概预算编制办法（GA/T70-1994）视频安防监控系统技术要求（GA/T367-2001）用户需求5. 功能概述“森林防火无线数字化监控预警系统”项目为监控控制人员提供监控控制功能，正常情况下摄像机在云台带动下工作在广视场自动扫描方式下时，观测人员在监控中心可观测到一定范围内的森林、道路、人员等实况图像，系统可进行全程录像；若遇异常情况，工作人员可38、及时将摄像机从自动状态下转为手动状态，并对有关目标进行跟踪、定位、放大，以便更加仔细全面地进行观测。防火信息系统的主要功能如下：1) 监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像；2) 数字图像可以通过无线通讯和计算机网络实现远程传输；3) 所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放；4) 采用野外定位云台，具有实时回显角度信息功能；长焦距镜头（普通型或日夜型）配备远程可控滤色片高清晰夜视摄像机或透雾摄像机，具有全天候监控、透雾、深化云烟功能，可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台和镜头；5) 通过设置的监测点,实现整个有林面积的监视范围达到95%以上；6) 系统安全性高39、，采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式保证系统安全可靠；7) 查询简便性：采用时间流设计，可由时间、日期、前端采集点完成资料检索；8) 数字网络传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接；9) 防盗告警，在监控点装置红外探头，有盗窃破坏者入侵时监控中心告警，保护用户投资，或将损失降低；10) 火情识别报警：当监控摄像机扑捉到林火时，系统具有的火情识别功能，可及时告警并联动报警录像，提醒值班人员察看显示画面，及早发现火情及火点位置；11) GIS管理系统：以电子地图（甲方按要求提供）为基础,实现地图基本操作功能,实现对森林火灾的分析预报,森林防火工作的动态管理，为防火提40、供直观的规划和决策支持。12) 火灾定位功能：利用前端采集系统中的定位云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的定位云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能。13) 辅助决策功能：GIS信息系统提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力,提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息。14) 电源系统:电源供给在全天候的环境下,保证系统不间断供电；15) 防雷接地系统:系统要有安全的防雷接地保障措施,确保系统能够安全运行；16)41、 系统配置设备网络管理系统，实现对各类设备的综合网络管理。视频监控报警系统、地理信息系统(GIS)是本项目建设的核心，是防火指挥平台对整个系统的日常管理和防灾的指挥都是在这两个平台上完成。本系统主要任务是以现有的森林资源数据库、林区资料、森林资源统计数据、防火力量的配置、人员分布情况、历史数据等标准的及非标准的资源基础上，使其数字化、规范化、矢量化。实现森林防火信息的规范化、标准化管理，纵向达到和有关部门数据交换和信息共享，为各业务部门提供资源数据的查询、更新等相关服务，实现信息共享，充分发挥信息系统的资源优势，建立高质量、高效率的管理系统。开发一套森林防火辅助决策系统，为领导决策和机关办公提42、供服务，全面提升森林火灾的综合防御和控制能力。工程建设的主要功能是在硬件设备和远程网络的基础上，建设森林资源GIS数据库和以及基于GIS公共数据库的基础上，建立远程监控硬件支撑平台，以现有森林资源建档数据库、资料为基础,解决森林防火业务的管理信息化系统，最终形成一个有效、实用的森林防火指挥信息系统。系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的定位云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的前端定位云台回传的火情位置数据，经GIS系统通过数据处理即可实现火点定位。同时，启动后台的短信发布平台在第一43、时间通知防火相关领导和人员。系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息。相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。6. 视频采集配置说明6.1 视频监控应用背景数字视频监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合利用光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。在人类感官接受的各种信息中约有80%来自视觉。视频、图像是对客观事物形象、生动的描述，是直观而具体的信息表达形式，是人类最重要的信息载体。特别是在今天的信息社会，随着网络、通信和微电子技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，视频44、监控以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的青睐，监控产品也正经历着从模拟化向数字化、网络化的革命。根据森林防火的需要，前端监控点必须具备360度全方位、24小时全天候监控的特点，因此选择的设备必须符合森林防火的实际需求。前端监控点的功能是采集视频、音频、报警信号后，利用成熟的音视频数据处理技术，对视频、音频、报警数据信号进行压缩、分析、IP化处理，然后通过无线传输系统传输到监控中心。激光烟火智能分析夜视仪IP数据信号摄像头变焦镜头视频服务器云台云台解码器视频信号云台控制信号/角度反馈无线传输系统前端视频采集配置示意图6.2 设备配置数字视频监控系统除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能45、外，还具有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。与数字视频监控系统相关的主要技术有视频数据压缩，视频的分析与理解，视频流的传输与回放和视频数据的存储。（视频是在时间上近似连续的图像序列。在数字图像处理中，把照片这类单幅的图像称为静态图像（简称图像），而把电视图像这类连续图像称为运动图像或视频。）视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。第一代模拟监控系统：在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。第二代数字化本地视频监控系统：九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和46、处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。第三代远程网络视频监控系统：九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。“森林防火无线数字化监控预警系统”项目建设的前端视频采集部分主要完成音视频数据的采集和对森林着火点的定位47、，每个前端采集站主要设备包括：定位云台、夜视摄像机/透雾摄像机、长焦距变焦镜头(普通型/日夜型)、传输设备、智能太阳能供电系统、野外保温箱等设备。摄像机输出的模拟视频信号通过视频线缆联接到视频编码设备再通过以太网连至传输设备发送至中心控制室，通过传输设备可以传输多种需求的信号，为实现系统的音视频信号、报警信号、定位云台角度数据回传、前端设备控制信号等传输提供了一个更为方便的平台。l 夜视摄像机/透雾摄像机由于森林防火监控系统安装在林区的山上，山区经常山雾弥漫，普通的摄像无法达到正常的监控效果，所以我们为用户推荐低照度透雾摄像机具有透雾、深化云烟功能。夜视摄像机/透雾摄像机与特制镜头配套，与普通48、摄像机的比较如下：透雾摄像机夜视摄像机普通摄像机彩转黑切换支持自动/远程切滤光片功能支持自动/远程切滤光片功能简易彩转黑双电路CCD芯片有有无透雾能务及最低照度透雾成像，可深化云烟，利于识别，0.003LuxF1.0(Night);0.02LuxF1.0(Day)，夜视能力较差，不过有明火同样可以发现不能透雾，0.00063LuxF1.0(Night);0.02LuxF1.0(Day),星光级，夜视效果突出无透雾能力，0.1Lux0.05Lux，可应用于有些许照明场所，不适用于林区配套镜头1/2长焦日夜型镜头1/2长焦距镜头，普通/日夜型通常为1/3短焦距镜头透雾摄像机透雾效果对比: 正常彩色49、状态画面 透雾开启状态画面透雾摄像机深化云烟效果（用于识别烟火，增加识别准确性）： 正常彩色状态画面 透雾开启后对云层溶化效果夜视摄像机/透雾摄像机技术参数：超级灵敏度感光器件1/2SONY Exview HAD CCD ；DSP数字信号处理器，根据环境光线感应自动从彩色模式切换到黑白模式，通过镜头红外线检测器，摄像机提高了黑白模式的稳定性及红外线引起的焦距修正功能；机械式切换红外线滤镜，保证夜间超高灵敏度的红外线吸收能力；最低CCD感光度彩色模式0.02LuxF1.2，黑白模式夜视型0.0009lux F1.2/透雾型0.003luxF1.2；10倍慢速快门提升灵敏度功能；自动黑电平调整和轮50、廓校正功能，灰度等级达到135级标准，有效地解决除雾；逆光补偿功能BLC；自动/手动白平衡方式；动态噪声抑制功能，信噪比52dB；内同步INT，Linelock交流线锁相同步，HV同步锁定；AES自动电子快门模式，Manual手动快门选择；机械式旋转微调C/CS调后焦结构设计，调整摄像机的后焦更为方便容易；电源范围：DC12V/AC24V或AC85V265V。适用范围：广泛应用于公路、铁路等交通系统、国防边境、城市环境监视等环境。成像器件1/2 IT CCD像素PAL ：795(H)x596(V)NTSC ：811(H)x508(V)分辨率Color 540TVL;B/W 600TVL最低照度51、夜视型0.0009luxF1.2/透雾型0.003luxF1.2(night,IRunder0Lux);0.02Lux F1.2(DAY)日夜模式Auto & manual光圈控制DC/Video增益控制Auto Gain Control信噪比DNC 52dB自动黑电平ON/OFF背光补偿ON/OFF自动曝光PAL:1/50-1/100,000sec (NTSC 1/601/100,000sec)手动曝光1/50,1/100,1/120,1/250,1/500,1/1000,1/2000,1/5000,1/10000sec伽码参数0.45白平衡ATW;Manual同步系统Internal/ex52、ternal/line-lock视频输出Composite output 1.0V(P-P)75镜头安装方式C/CS电源输入DC 12V/AC 24V OR AC85V265V功率消耗5.0W工作温度-2050尺60x68x125mm重量480gl 电动长焦镜头由于可见光与红外光的波长不同，所以当摄像机切换到黑白红外模式和透雾模式时，用普通镜头会出现偏焦、无法聚焦的问题。我们采用日夜型镜头通过其红外修正功能，配合夜视摄像机/透雾像机实现更清晰的监控效果。电动长焦镜头与普通镜头比较表：电动长焦镜头普通镜头焦距，监控面积可监控十五公里范围内或更远距离焦距 独特的箭形显示单元（液晶灌装技术,SPVA53、技术）；b 独特的结构；1）添加隔热层，增强通风2）使用高温液晶材料C DID显示屏二年的保修，20小时/日；普通液晶屏一年保修，6小时/日。n 显示单元，采用独有的结构设计，不需要额外的专业施工队伍，既可以单独使用，也可以非常灵活的拼装，只需按图拼接即可。n 全面的输入接口支持。VGA（电脑），YPbPr（高清信号），CVBS（选件），S-Video（选件），HDMI（选件），Tv Tuner(选件)。无论是电脑，高清DVD以及各种广播设备等，都可以非常方便输入信号到显示单元。n 超薄机身设计，显示单元厚度仅为：120mm;超长寿命，运行稳定，没有任何灼伤、损伤，不需要耗材，维护成本最低。目54、前最成熟的液晶显示技术，使用寿命达50000小时，SAMSUNG DID显示屏独有的技术，可以保证系统单元每日长达20个小时的工作，没有类似等离子显示的灼伤等问题。 4、DID液晶拼接显示器技术参数型号LTI460AA04屏幕尺寸46inch图像长宽比16：9分辨率1366（H）X 768 (V)点距0.7455（H）X 0.7455 (V)响应时间8ms色彩8BIT,16.7M亮度700cd/对比度静态 5000：1 动态 40000：1色温10000K可视角度（H/V）178/178度显示面积855.168（H）X497.664(V)电源AC 100V246V,50/60HZ,Univer55、sal,10功耗300W（正常工作状态）电源管理VESA DPMS使用寿命50000小时最佳分辨率1366X768输入接口标准15针接口RGBRGB:0.7VP-P(75欧)，H/CS/V:TTL(2.2千欧)SOG:1VP-P(75欧)YuV最高达1920X1080/75HzYUV格式Ypbpr玻璃板防眩晕反射率0.5温度工作状态050储藏状态-2070湿度工作状态2080储藏状态2080压力工作状态8001114hpa（海拔高度：02000m）11.6建成后电视墙参考案例：12、会议音响中央智能控制系统12.1 A/V系统：A/V系统由DVD、VCR（录像机）、MD机、实物展台、调音台、话56、筒、功放、音箱、数字硬碟录像机等A/V设备构成。完成对各种图文信息（包括各种软体的使用、DVD/CD碟片、录像带、各种实物、声音）的播放功能；实现多功能厅的现场扩音、播音，配合大屏幕投影系统，提供优良的视听效果。并且通过数字硬碟录像机，能够将整个过程记录在硬盘录像机中。12.2 房间环境系统：房间环境系统由房间的灯光（包括白炽灯、日光灯）、窗帘等设备构成；完成对整个房间环境、气氛的改变，以自动适应当前的需要；譬如播放DVD时，灯光会自动变暗，窗帘自动关闭。12.3 智能型多媒体中央控制系统：采用目前世界上档次最高、技术最成熟、功能最齐全，中央控制系统，实现东京城监控指挥中心中央控制室各种电子设57、备的集中控制。要求操作简单、人性化、智能化； 要求整个系统可靠性高； 尽量多的体现出各种设备的卓越功能，让所有设备工作在最佳状态，发挥设备的最大功效； 为完善操作人员的系统工作，要求能够实现计算机网路控制功能，完成远端监视、远端同步控制、远端维护等等功能 能够控制DVD、录像机、MD 进行播放、停止、暂停等功能； ； 能够控制音量，进行音量大小的调节功能； 能够控制A/V榘阵、VGA榘阵，实现音视频、VGA信号自动切换控制功能 能够控制房间的灯光和窗帘，自动适应当前的需要12.4 系统实现示意图 12.5液晶升降器及会议讨论系统图片：第四部分、地理信息系统 1. 主要任务与技术指标 主要任务主58、要任务是解决森林防扑火地理信息系统建设和开发中的一系列关键技术问题，进而按照系统总体设计的要求和多层次用户的需求，为林业处建立起从基础GIS平台到应用子系统的一整套森林防火救火应急扑火及减灾系统。具体包括以下内容：火情识别报警：当监控摄像机扑捉到林火时自动报警，由值班人员确认火情及火点位置，通过短信平台发布报警信息（必须有短信主机）；GIS管理系统：以电子地图为基础,实现地图基本操作功能,通过各类空间操作和分析方法,采用三维电子沙盘功能查看山形地势,实现对森林火灾的分析预报,森林防火工作的动态管理，为防火提供直观的规划和决策支持。火灾定位功能：利用前端采集系统中的定位云台，在地理信息系统里将每59、一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能；辅助决策功能：GIS信息系统提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力,提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息。系统配置设备网络管理系统，实现对各类设备的综合网络管理。完全数字化传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接。 技术指标研究与开发内容主要技术指标和水平林火信息规范和标准 参照标准：国家基础地理信息标准；国家土地利用信息标准；国家林业60、部门的数据标准； 规范和标准的适用性。 林火资源综合数据库的建立 数据库内容：基础地理信息 + 林业资源数据 + 林火专业数据 + 森林防扑火专业信息 + 遥感影像信息 + 数字地面模型（DEM）数据； 数据结构类型：以矢量数据类型为主，栅格数据为辅； 数据存储：以服务器集中存储为主，分布式存放为辅； 数据投影格式：标准纬线等积圆锥和等角圆锥 数据库坐标系：北京54坐标系林火基础GIS平台 采用美国ESRI公司的ARCGIS 9.0 系列 提供基本的和通用的数据采集和动态监测平台和工具。 为计算机网络（包括公众网络、政务网络和部门专用网络）和通信网（包括有线通信网、移动和无线通信网及卫星通信网61、）提供接口，包括接入和输出。 为数据仓库建立与管理、信息共享和服务提供基本平台和工具； 进行基本的信息处理和分析，包括拓扑分析、网络分析、缓冲区分析、地形分析、叠加分析、联机空间分析等； 提供专业化模型与GIS工具的接口海量数据存储、管理和处理技术 存储模型：在SQL Server 2000的数据库平台上按照对象关系模型实现空间数据（压缩二进制变长字段）与属性数据的一体化存储； 数据管理：连续、无缝图层，无需分块； 存储容量：实现TB级海量空间数据的存储和管理； 存储机制：多级存储（LOB），多比例尺、多尺度存储； 索引机制：GIRD + R-Tree混合索引，多分辨率索引地图调用、显示、编辑62、和符号化技术 能够实现按图上信息检索调图功能 能够在屏幕上加载各种专题地图符号； 能够进行矢量、栅格数据的迭加分析和联合操作； 能够实现交互式地图编辑与数据库批处理操作两种方式的编辑； 能够方便地组织地图图层； 能够自动进行地图的投影转换 能够实现依比例尺和区域的多重表达功能， 能够实现多种方式的查图功能，检索任一地点、任一比例尺、任一图种的地图 能方便地制作各种林火专业专题地图和统计图表； 能方便地实现地图缩放和漫游功能；林火区域3D显示与渲染技术 能在DEM的基础上，按指定条件建立三维光照模型，并可将卫星影像图等矢量图层作为纹理贴于模型表面； 能在三维模型上进行任意设定路线的虚拟飞行、放大63、缩小、漫游、旋转、翻滚等功能； 能在三维光照模型下进行可视距离、面积、体积计算、通视计算等林火行为模拟与预测技术 能够模拟火灾的发展、蔓延过程； 火行为模型具有较强的适用性和较高的预测精度 在地理信息资料完备情况下，系统可给出包括火蔓延速度、火场边界和火强度等火行为特征量在内的各项重要参数。森林火险预测预报技术 能够利用天气预报进行火险天气等级预报； 能够制作森林火险等级实况图和预报图； 预报成果以表格和图形两种形式输出，供本地和WEB用户查询和检索。林火扑救辅助决策技术 能够依据火行为预报的结果，做出火灾阻隔、火灾扑救方案，以及扑火力量调度方案、扑火队伍的最佳行进线路等。 在WEBGIS模式64、下的客户机能实现预防和扑救的辅助决策。 建立热点管理历史数据库，在地图上建立空间图层管理。林火扑救队伍现场GPS监测技术 通过GPS连接实时显示扑火队、运输车、航护飞机的位置、运动速度、运动轨迹等动态信息，并能进行路程、预计到达目的地的时间和面积等的求算，随时调度指挥扑火力量的运作； 能在机载或车载移动终端的移动模式上使用GPS手段实现火场的实时勾绘（或标注），并将动态信息实时传回防火指挥中心。森林火灾损失评估技术 能够在室内计算过火面积内林火直接经济损失； 能够计算火灾的间接经济损失； 能够对今后的森林防灾救灾减灾提出建议或有价值的参考数据。视频监控定位火点技术 根据烟火识别技术，通过视频监65、控发现火点后在地理信息上快速定位。2 系统总体设计 系统总体设计思想本系统以现代地理学、大气科学、林学、火灾科学等为理论基础，以地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、空间决策支持系统以及计算机网络、现代通讯技术等为技术支撑，突破传统的林火预防和扑救模式，运用系统工程的理论方法，融专家经验、现代信息技术、科学计算融于一体，在森林非防火期的日常信息管理，防火期的林火监测、火险预报、火行为预测、扑火方案辅助决策、林火损失评估等一系列功能上都达到先进性、科学性与实用性的统一。系统的设计思想主要体现在以下几个方面：2.1强化森林防扑火信息的综合管理提高森林防扑火信息综合管理能力的66、目的，是使林业部门在森林火灾到来之前和出现之后能够做到信息来源畅通、信息处理及时、应急反应敏捷。具体地可分以下几种情况：（1）在非防火期做好以下工作：信息日常管理：包括信息发布、文献管理、报表管理、值班调度、热点分布、信息查询、态势信息、信息专递和报表统计等。防火设施规划：主要是对了望台的位置进行优化，保证其监测网的监视覆盖区最大。火险知识训练：通过本系统培训各级管理人员判断火险指标的能力。林火行为知识训练：通过在计算机上点“假想火”，模拟各种条件下火蔓延过程，使管理人员了解并掌握林火行为特征。林火扑救决策训练：通过向指挥者提供各种图文资料，使其能针对各种模拟火场制定扑救方案。（2）在防火期能67、够顺利完成以下工作：火险天气预测预报：为用户提供火险天气预报。火险等级预测预报：进行分地区的火险等级预测预报。林火监测辅助决策：根据各地区的火险天气预报和火险等级预报，为各地分别提供各自不同的火灾预防措施、火源管理措施、扑火队伍战备措施等辅助决策意见。（3）林火发生时能够完成以下工作：林火行为预测。林火一旦发生，系统可迅速向决策者提供预测的火蔓延速度、火场扩展趋势、火线强度等重要的火行为特征参量值。视频实时监测。通过视频监控技术对林火的自动定位，为林火的预警、接警提供快速准确实时的依据。林火扑救辅助决策。系统针对不同火情帮助指挥者制定决策方案，包括确定扑救方式、扑救力量配置和扑救队伍行军路线等68、。2.2 提高森林防扑火机制和手段的智能化和自动化程度本系统应从管理模型、管理方法、管理软件到人机界面，全面提高森林防火机制和手段的智能化和自动化程度。具体来看：（1）管理模型：不局限于运筹学的数学模型，而且引入人工智能的知识模型。由系统的总控模块把多种模型进行集成，完成不同的管理任务。（2）管理方法：系统拟实现的预测、规划、优化、决策等功能，都建立在科学的理论模型基础上，在地理信息系统和计算机仿真平台上完成。（3）多库协同：管理软件不仅使用数据库、模型库、知识库，还引入图形库、图像库、文字库等多媒体文档库，由库管理子系统对它们进行协调管理。这种多库协同的方式便于储存、管理、查询、维护多模式的69、林火信息和模型，为智能管理提供灵活高效的支持环境。（4）人机界面：系统应建立多种智能导航界面，为管理人员和计算机通信提供友好直观的接口。当用户选取某一菜单或执行某一功能时，智能向导将一步步提示用户进行下一步操作，给出输入参数的含义和取值范围等等。当用户熟悉软件后，也可把智能向导选项关闭以加快速度。（5）地理信息系统基础平台：除完成基础的和常规的地理信息采集、信息存储与管理、信息处理与分析、信息显示和输出等任务外，还应为各应用子系统提供模型接口和数据接口，并能够完成以下特殊功能：矢量、栅格和TIN等多种数据格式之间的相互转换；多源、多类数据的融合与匹配；进行三维分析，生成和显示火险区地面的3D图70、，计算了望台监测覆盖区等；进行网络分析，优化扑救队伍调度路线；用2D和3D方式显示林火预测和决策结果，如火蔓延趋势、扑救队伍行军路线等；2.3 提高全局范围内森林防扑火行动的整体协调性、联动机制和反应速度在多区域同时出现森林火灾危险时，应采用Web GIS技术（C/S与B/S的混合模式），以一个总中心、多个分中心、分级监视与信息反馈、统一指挥调度的方式对全局的森林防扑火行动进行整体协调，保持相互之间的联动，以此提高全局范围内森林防扑火行动的整体反应速度。为此，本系统按照控制中心与各区、片分中心，控制中心与普通用户，以及控制中心与现场救灾人员之间的关系机制不同，划分为三种不同的体系结构：（1）控71、制中心与分中心之间的客户/服务器体系结构（2）信息中心与普通用户之间的浏览器/服务器体系结构（3）移动用户的单机运行模式2. 系统总体结构本系统是一个较复杂的专业化的地理信息系统。它由地理信息系统、监控控制软件、森林防火辅助决策、二次开发软件四大部分构成。结构如下图：森林防火地理信息系统功能及流程图热点管理及图层管理火情态势分析及三维模拟森林火灾预测地图管理、查询及量算损失评估整个系统的结构采用C/S及单机模式。系统总体结构如图2所示。C/S模式基于ArcGIS进行架构，主要用于林业局防火办（或监控中心）与其它办公室或基层林业单位之间的交互式业务操作；单机模式则主要用于救火现场的移动用户（装载72、于笔记本电脑中）。森林防扑火GIS系统的建立及其正常运行v 林火GIS基础平台v 森林防扑火信息资源综合数据仓库及信息共享平台v 日常森林防火信息管理子系统v 林业火情监测子系统v 森林火灾预测预报子系统v 林火预防辅助决策系统v 林火行为预测、模拟与仿真子系统v 林火扑救方案辅助决策分析子系统v 林火扑救力量GPS实时监控子系统v 三维电子沙盘子系统v 森林火灾损失评估子系统3. 项目各子项目设计与实施方案4.1 林火GIS基础平台开发子项目 任务和功能需求 林火GIS基础平台是整个系统与用户交互的主界面，或者说是用户使用该系统的入口。系统的所有基本GIS操作功能都在该平台上完成；从外部转入73、系统的数据也在该平台中得到接收，并加以格式转换；所有的外接硬件、应用子系统相互之间的联结接口也在该平台上。因此，该平台在本系统中的作用举足轻重。它的主要任务和基本功能需求如下：系统用户权限管理l 地图基本操作（数子的地图、林相地图、其他矢量地图、遥感影像、）l 防火设施管理（扑火队伍、防火塔、中继台、检查站、物质储备库）l 热点信息查询l 地形图查询l 防火资源查询l 防火值班管理l 三维电子沙盘l 标绘和监控（标绘文件管理、传递标绘文件）l 报警监控l 文档报表管理l 短信发送l 其他特殊功能可以按需定制 本平台开发建设的实施方案本平台开发建设的实施采用林火业务分析、信息流分析、软件工程相结74、合的方法和策略，具体实施方案如下：首先，进行林火业务分析，研究和分析森林防扑火业务所需要的基础GIS功能究竟有哪些。这就对于平台的需求分析提供了很好的基础；其次，进行平台的需求分析，确定了本平台的功能需求；再次，进行平台的概要设计和详细设计，确定其结构体系和菜单结构；第四，采用Esri的ArcGIS 9.0 开发平台，按照快速原型法的原则，将上述结构方案编码实现为平台的界面；第五，用开发工具逐步细化并实现上述菜单结构中每项功能；第六，进行平台的测试和用户初步试用，并对系统加以修改和完善；最后，将交付用户使用，并等待系统的最后集成性开发。 与系统其它部分之间的接口1) 本平台与各应用子系统之间的75、接口关系是一种采用模块化的方案，即每个子系统都是建筑在该平台上的一个应用程序。调用方法是：在平台中设有“应用系统”的菜单项，当需要使用某应用子系统时，可打开该菜单项，并选择相应的子系统名，本平台便自动切换到相应的子系统中（此时基础平台可自动退出，也可保留，依设置而定）；当该子系统使用完毕或需要返回到主系统平台时，可选择从应用子系统中退出或不退出，然后返回到主系统平台中。因此，这是一种既一体化又具灵活性的系统接口策略。2) 本平台与综合数据库（或数据仓库）之间的接口是一种底层服务与应用服务之间的关系，即主系统平台通过SQL Server2000调用管理数据库中的数据，当运行结束或有中间结果时，又76、可通过SQL Server2000将结果存回到数据库中。4.2 数据库建设、管理、更新子项目主体任务数据仓库的内容综合数据仓库采集、入库、管理和更新实施方案（1） 综合数据仓库存储模式：本系统数据仓库以集中存储为主，即集中存放在林业局信息中心；（2） 数据采集手段：l 地图数据的输入：可采用地图扫描矢量化输入（全自动矢量化和半自动矢量化两种）、CAD数据转换输入等几种方法，视已有的地图数据的类型而定；数字影像数据的输入：如果是原始格式的卫星影像数据，需经过转换后成为系统可接受的数据；数据是RGB数据，则可采用ErdasImagine等图像处理软件经过处理后，转化为系统可接受的数据；l 航摄资料77、的立体数字化：该种方法是在立体象对同时存在的情况下，使用解析立体数字化软件把航空摄影测量数据数字化为基本地形图数据，包括等高线、高程点、居民点、道路、水系等。在这个过程中，矢量地图可以直接分别转入不同的数据图层并赋予不同的属性；l 地图/GIS数据库的提取：地图数据库或GIS数据库有多种格式。如果是来自Arc/Info的数据（Coverage、Shape Files或E00），则可直接读入或转入数据库，经过重新符号化和分层，便可用于地图查询和输出。（3） 数据库存储与管理模型：本系统的数据库存储与管理模型应该是“空间属性一体化”的模式，即空间数据与属性数据均存储在ArcSDE（空间数据引擎）的78、二维关系表中，其中空间数据是以变长字段的二进制数据在关系表中存储的。这就大大提高了数据的存储和利用效率，有利于海量数据的管理和处理。当目前的情况是：已有的大量Arc/Info格式的数据均是以往老版本中的“空间数据与属性数据分别存储、松散关联管理”模式下的数据格式（即coverage、shapefiles等）。因此，系统还应该保留该种数据模型作为过渡，以便安全、稳妥地运行和转换。（4） 数据库更新方法：在系统运行中，经常会遇到外部输入对数据库的改变所产生的数据更新问题。图15反映的就是这种情况。图中描述了四种情况。其中图反映的是普通数据库中的情况，即各比例尺数据层之间没有建立关联。此时必须对底层79、和其中各种层分别进行更新。也就是说，每次外部数据对数据库的更新都重复生成各种比例尺的数据表达版本。图是多重表达数据库的情况。层与层之间都建立了确定的连通关系。此时数据更新方式是首先更新底层数据，然后由底层依次向上层传递，最后完成对各个表达层的数据更新。图与图有相似之处。所不同的是，底层得到更新后，由底层对其上各个层的更新不是递推式的，而是分别进行的，即层1与层2、层2与层3之间没有相互递进更新关系。图的情况稍显复杂。外界数据对底层进行更新后，其它层的更新可以由底层向它们派生，也可以通过外界数据直接对各个层进行更新。如何更新，要视计算量大小和制图概括的方便程度而定。总之，上述方法对于本系统中多比80、例尺数据层的连锁反应式的数据更新有重要的意义。4.3 日常森林防火信息管理子系统主体任务任务和功能需求日常森林防火信息管理子系统是一个专用于日常性林业防火工作的专业子系统，它的工作突出“日常性”和“防”字，即每天都在做这些工作，不间断地监视和维护、管理着森林的非火期、潜伏火期和明火期的火情和火势，并做出常规性判断和决策。其主要任务和功能需求如下：（1） 完成林火监测信息的动态标绘、叠加显示、存档及统计输出：即实现卫星林火监测成果等各类数据文件在地理信息系统中的方便地显示，能自动显示出当前给定热点附近的地理信息，显示的比例要适合热点的分布及数量，标注信息存档形成标注文件；不同时段林火监测信息能按81、预先指定的次序自动的采用不同的颜色进行标注；能进行林火监测的火点文件和火线文件的复合，并可以进行火点文件代表火场面积和火线包含火场面积的计算，并能动态显示火点；能按指定的时间区段、按指定的行政区域或地域进行多时段林火监测信息的叠加显示，并分别进行火点的分类统计；监测报表中的各热点不仅能在图上显示，还要进行属性查询，能形成报表显示或打印输出；存档的标注文件可在系统的不同运行模式下的再现，实现不同模式下的林火监测信息文件共享；（2） 完成林火态势图的编制工作：即可以以林火监测信息为基础，形成林火势态文件。标注形成的林火势态图可以显示火区周边信息层多，渐远渐少，可以自动进行图边的标准化装饰，沿边界裁82、图等功能，可以直接打印输出或保存为标准格式的图像。文件的大小应能适应电话拨号网络的远程传输，存档的林火势态文件可在系统的不同运行模式下再现，可以在系统的其他终端或其他模式的用户上回显，便于火场与指挥中心的信息同步；建立多时相的林火监测信息或林火动态信息的动画演示模块，实现一场火灾的多时段林火信息的变换过程的动画显示，从一个时段到一个时段变化的过程为渐进式显示，显示推进的速度可设定，可以以时段为单位单步变化，也可以按设定的时间间隔连续显示；林火变化的动画演变的过程可以以视频文件的方式进行记录，用于事后的播放；（3） 完成森林防火工程的辅助设计工作：如防火公路设计、防火隔离带设计、了望台设计、计划83、烧除设计等；（4） 完成林火预防措施的辅助决策工作：即依据各地的天气形势、气候特征、火险等级预报，确定各地因采取的火灾预报措施、火源管理措施、扑火队伍战备措施等信息；（5） 完成防火管理与培训、防火演练工作：即建立按防火管理工作流程：预测预报发布浏览林火监测火情反馈林火监测图标绘林火势态图制作信息查询浏览全过程的工作模拟培训系统；建立依据重大森林火灾的扑救过程进行战例的分析和演示系统。4. 系统功能概述有效的管理多种比例尺矢量图和栅格图，满足海量数据的查询检索，并实现地图量算、态势制作、跟踪监测、三维飞行模拟等业务功能。 二维地图基础功能地图检索系统提供了三种地图检索方式（按经纬度检索、按地名84、检索和按图幅号检索），方便地图的管理及查询 。用户可以指定所要检索的图种/图层，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。制图符号化及配色方案控制本系统中的所有基础矢量地图的制图符号显示及配色方案均参照中华人民共和国地图符号标准中对各比例尺地图的相应规定执行。v 基础矢量地图的制图符号显示及配色方案控制v 热点图的制图符号显示及配色方案控制v 标绘成果图&态势图的制图符号显示及配色方案控制图层控制v 图层顺序调度v 图层叠放顺序控制v 图层的可见性控制v 按比例尺自动切换调图v 焦点控制v 图层透明度控制v 临时图层控制标注控制v 注记字段的选择v 标注文字信息格式控制v 标注文字方向调节v 标注密85、度调节图例控制图例的控制由系统自动完成。系统可以根据当前地图文档中的每层地图的配色及符号化显示相应的图例。地图功能v 放大/缩小/平移/全图v 鹰眼图(Overview)鹰眼图基于面状行政界线图层制作，帮助用户在地图漫游时确定当前所在区域。二维地图上的鹰眼图有两种：自带的鹰眼图和用来显示最临近区域鹰眼图。地图量算v 显示当前鼠标所在位置坐标v 距离量算v 面积量算v 显示/隐藏当前屏幕比例尺v 显示/隐藏当前图解比例尺v 地图格网地图信息查询v 要素选择v 点击查看(Identify)v 属性查询地图输出可以将地图输出为图像文件。地图打印可以为标绘成果的打印创建一个风格/样式(Style)，以86、使标绘的出图效果风格统一。风格/样式(Style)包括，地图的摆放位置、大小；图例的样式、类型、位置；指北针的样式、类型、位置；比例尺的样式、类型、位置；地图网格的样式、类型等。 三维地图基础功能三维地图的检索系统还提供了五种三维地图检索方式，方便地图的管理及查询 。用户可以指定所要检索的图种/图层，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。v 三维索引图v 通过二维应用制作三维地图图层控制三维地图的图层控制功能与二维地图的图层控制相同，具体描述参考二维地图图层功能。v 图层顺序调度v 图层叠放顺序控制v 图层的可见性控制v 焦点控制v 图层透明度控制v 临时图层控制v DEM：大比例尺DEM地图，87、更加接近真实地形。地图功能v 三维放大/缩小/漫游/全图v 模型翻滚/旋转v 高程分布图v 高程夸大系数设置v 三维模型光照角度选择v 二维参考图(Overview)地图信息查询v 点击查看(Identify)针对所有可见矢量图层，查看制定位置的属性信息。区域查询v 系统提供选择区域的方式（矩形），显示选择区域内的要素属性信息。 态势标绘管理主要用于发生火灾后，将调度上来的火场情况采取符号化的办法，标绘在电子地图上。主要实现查询和快速标绘的功能：火场定位：输入火场的中心坐标，在图上进行定位，并查阅周围的相关信息。根据了望塔观测的方位和距离定位火点位置并以林火图标叠加于数字地图上。快速查询基本地88、理信息：属地、地形（方位、高度、坡度）、地类等快速查询重要信息：火场周围的居民点、重要设施、阻隔系统（防火线）、防火设施（了望塔、专业队等），快速图上量算：距离量算、火场面积测算、火线长度计算，队伍到达时间估算、最短路径分析等。火情标绘：在地图上进行扑火行动标绘，进行图上指挥作业，标绘的方法有2种，一是从符号库中选取符号，二是利用鼠标或手写笔随机标绘。火场标绘后生成专题图（火场态势图），有标题、时间、图例、比例尺等，存储指定位置，方便修改和查找、传输、打印。影象叠加：定位叠加火场数码照片和录象片段，形成多媒体的火场动态专题图。查看火场态势图时，点击特殊的定位点显示回放火场影象。标绘符号管理用户89、可根据需要在标绘图层上选择添加相应的标绘符号，所有的标绘符号均可依比例尺的变化而自动设置/保持符号大小。本系统的标绘符号主要分为以下五种类型：点状符号、线状符号，面状符号（多边形）、文本符号及标绘箭头符号。标绘符号调整本系统的符号均针对固定的森林防火标绘元素建立，可以自动根据地图的显示比例尺调整大小/线宽度，并有固定的颜色，故用户不需进行通常的对标绘符号的颜色，比例，线宽度等符号元素的修改。绘图输出将态势图当前的标绘状态输出为栅格图像（JPG）。态势图维护v 态势销毁：将以前制作的态势图的状态设置为销毁。v 态势删除：将态势图的所有信息删除，删除后不可恢复。v 态势设置：设置态势图的基本信息，90、包括名称、类型、状态等。态势图查询可以针对态势图进行属性查询，包括制作时间、类型、状态、名称、说明等，可以查看查询结果。 火灾定位利用火灾监测信息、GPS定位信息、卫星遥感影像判读等，实现火灾现场的地点定位。 火灾损失评估根据国家规定的火灾损失评估标准和计算方法，将勾绘的火场范围，通过林相图和资源档案核算出林木损失。采用高分辨率卫星遥感图像、航测图片、地面GPS圈定火场区域，依据火烧程度和全国森林火灾经济损失额计算方法统计及行业标准，利用地理信息专题数据库建立火灾损失评估数学模型，估算综合经济损失。 三维飞行模拟鼠标控制飞行通过鼠标的操作进行飞行模拟，飞行控制包括：飞行速度控制、飞行方向控制、91、飞行高度控制。利用二维地图制作飞行路线通过二维地图手工制作飞行路线，并设置好飞行高度，在三维地图上根据该路线进行模拟飞行。飞行路线的记录与回放可将飞行过程中的路线记录下来，并通过回放功能进行飞行模拟的再现。视频输出可将模拟飞行过程录制成 Avi 文件。 森林防火专题信息查询与管理主要用于查询本地区的森林防火专题信息，通过浏览地图查询相关森林防火标志点的属性数据库，反过来选择数据库的某条森林防火专题信息记录可以在地图上显示查询的位置结果。另外，具有对属性数据库维护的功能，便于及时更新森林防火专题信息。操作时，类似管理地图册，使用者可以创建分类专题地图册，可以对专题地图册内的地图数据和属性数据进行92、修改，可以打印输出。既有查询功能还有管理功能，利用系统数据库中的专题属性数据库结合电子地图，查询和创建专题地图，其特点突出表现在专题地图的制作功能包括：行政区划图、森林分布图、森林防火区划图、森林火险预报图、防火设施分布图、扑火队伍分布图等。 林火预测预报系统具有气象数据采集接口模块，配合气象因子要素采集系统，根据火险预报数据模型，将火险预报结果反映在地图上。历史气象资料数据库，具有查询和统计、分析功能。林火气象站点观测实况（气温、风速、风向、相对湿度、降水量），以分布图和统计表的形式体现。森林火险预报，包括天气预报和火险等级预报，以分布图和统计表的形式体现。利用地理信息专题数据库，结合地形因93、子、林区物候、可燃物特性等数据，调用相应区域天气实况和天气预报数据库，建立森林火险预报模型，完成火险等级预报。 林火监测系统 具有与视频监控设备接口模块，可在地形图（境界、道路、河流、林相）用来判断烟点。也可以通过录入热点坐标，在图上进行定位显示热点位置。同办公管理系统结合起来（MIS），对监测和反馈的信息能够进行管理。 火情推演和模拟系统：将多次标绘的火场态势图按时间顺序排列，有连续播放功能，显示火情发生、发展的变化过程。根据火险等级预报和火行为分析模型，在给定假设参数后，进行火行为模拟分析，能够模拟未来时间段火场蔓延结果，预测火情发展态势。 森林防火信息管理系统:建立防火业务管理模块，实现94、防火部门网上办公，达到日常工作管理的信息化。系统包括包括最新信息、文献管理、报表管理、调度值班、规划投资、装备管理、收文管理、信息专递、个人办公等。充分发挥信息系统的资源优势，建立高质量、高效率的管理信息网络，为领导决策和机关办公提供服务，实现信息资源化、传输网络化、决策科学化。 系统接口 GPS接口取GPS数据流/数据文件中的经纬度坐标；v 数据加载显示v 在二维基础地图上以GPS点符号显示所加载的GPS数据。v 具有可与GPS通讯设备接口的模块，为扑火队伍GPS跟踪监控系统提供配套显示平台，并具有对监控的GPS数据对象进行跟踪显示和属性管理功能。 WebGIS子系统利用浏览器实现地理信息空95、间数据的查询检索，满足更多普通用户的业务需求，更充分地发挥地理信息系统的资源优势。基础功能WebGIS的基础功能与二维地图的基础功能类似，操作更方便，具体描述参考二维地图基础功能。地图检索系统提供了两种地图检索方式（按经纬度检索和按地名检索），方便地图的管理及查询 。用户可以指定所要检索的地图位置，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。制图符号化及配色方案控制本系统中的所有基础矢量地图的制图符号显示及配色方案均参照中华人民共和国地图符号标准中对各比例尺地图的相应规定执行。本系统中的热点图上的制图符号显示及配色方案由系统按照森林防火电子地图指挥系统符号标准自动生成，无须用户干预。本系统不提供用户自96、行更改热点图的制图符号显示及配色方案的功能。图层控制1.图层的可见性控制2.按比例尺自动切换调图标注控制各图层的字段标注均有系统自动完成（自动指定功能每一图层的标注字段），用户无需参与，不提供用户自行更改图层标注的功能。图例控制图例的控制由系统自动完成。系统可以根据当前地图文档中的每层地图的配色及符号化显示相应的图例。地图功能1.放大/缩小/平移/全图2.鹰眼图(Overview)地图量算1.显示当前鼠标所在位置坐标2.距离量算地图信息查询针对指定的图层，查看指定范围内空间数据的属性信息。打印可以将地图信息、图例信息，以及地图鹰眼图打印输出。 系统管理系统部门设置系统管理员可以为系统设置部门；97、系统自动为新部门分配ID，部门增加后不能删除。系统用户设置系统管理员可以为系统设置用户，管理员为每个新用户分配各自的ID，并为其配置各类权限，用户增加后不能删除。系统备份系统管理员可以备份整个系统的数据及文件原件。权限级别v 林业处 v 下属单位级v 相关单位级公众级 129 / 1295. 林火行为预测、模拟与仿真子系统森林火灾可分为地表火、地下火和树冠火，其中地表火发生最为频繁，而且地下火和树冠火大多是由地表火转变形成的。所以地表火火行为的预测预报是森林防火灭火工作中的一项重要技术，是林火管理的基础。地表火蔓延受众多因素的影响：如地表可燃物的分布（载量、空隙率、含水率等）、地形状况、气象条98、件（风速、空气湿度和温度等）。建立地表火火行为理论模型是一项复杂的工作。国内外许多研究人员都致力于建立和完善不同层次、满足不同需要的火蔓延模型。但是到目前为止，人们还没能完全弄清楚火蔓延过程中传热、传质及化学反应之间相互耦合的关系，决定了模型的建立只能停留在某些阶段。现阶段常用的火蔓延数学模型有统计模型、半经验半理论模型、理论模型。在林火蔓延计算机预测与仿真方面采用单方向时间增量法求解火场边界，同椭圆近似法相比，结果与实际更为接近；考虑到这种方法在地形复杂变化时得出的结果也不合理，又提出火场扩展的“综合点源模型”，由此确立了一种估算动态火蔓延边界的新方法，并实现了计算机实时动态仿真，预测结果具99、有更高的精度。(1)典型可燃物燃烧性测定测定可燃物的基本热解和燃烧特性。 (2)典型可燃物火蔓延特性的实验研究测定典型可燃物在不同坡度、风速条件下的火蔓延特性，建立火蔓延模型。 (3)火行为预测预报火蔓延模型火蔓延速度6. 林火扑救应急指挥功能模块据统计，我国1950年至1997年共发生森林火灾67.6万次，年均为1.43万次，这与其它国家比较是相当低的。但是，由于对林火探测能力低、控制能力弱、扑火力量差，林火造成的损失却相当大。年均受害森林面积为82.2万公顷，占森林总面积的8以上，而世界各国平均火烧面积只占总面积的1以上。1970年-198z年，我国平均每次火烧面积为80.1ha/次，而其100、它一些国家如美国为15.6ha/次，加拿大、德国和瑞典等为l2ha/次。自1987年大兴安岭“五六”大火以来，我国的森林防火工作受到高度重视和长足发展，已经取得了明显的成效。但是目前的指挥系统仍然潜在着一些亟待解决的问题，主要表现是：1）对森林火灾的动态及发展规律缺乏了解、认识和掌握。扑救森林火灾就是一场人对自然灾害的战争，知己知彼才能赢得战争的胜利。对火情动态、蔓延速度、火线强度、火焰高度、火场周长、过火面积及一系列相关参数知之甚少。指挥处于被动境地，失去了科学指挥决策的主动权。2）对火场的全貌缺乏了解、认识和掌握。扑火和战争一样，指挥决策中心必须对作战双方的兵力部署、战场态势、通讯联络、地101、形地物、交通运输、后勤支援、毗邻环境等诸多因素了如指掌。而过去在指挥林火扑救中对这些重要因素了解掌握得不够，导致指挥的合理性、正确性受到限制，指挥效率低下。这些问题的存在，严重地制约着林火管理水平的提高。本项目正是针对这些问题，在实现了火险预报和火行为预测的基础上，建立扑救辅助决策系统。模型在火灾发生后，为了减少森林火灾听造成的损失，最重要的就是把林火控制在初发阶段。为达到这一目的，一方面需要扑火队伍的快速反应，现代化的扑火装备。先进的扑火技术和集中优势兵力打歼灭战；另一方面也要吸取以往的教训，不能搞“人海”战术。应该根据火场的立地条件，林火蔓延速度、扑火队伍到火场所需时间、火周边长、周边扩展102、率。火场面积等进行科学预测，投入适当扑火兵力，合理地进行战斗编成，是非常重要的。扑救战术专家系统林火扑救战术专家系统的设计思想是划分火情种类，建立不同火情与扑救战术的对应关系。当实际火情符合知识库中的一类时，系统自动给出结果；当实际火情不在知识库范围内，则请求决策者参与推理，并启动专家系统的学习功能将结果加入知识库。 建立知识库划分火情种类的条件是：1）火线强度等级。火线强度是开发制定扑火战术的重要依据。如图6-1，林火根据不同火线强度可分为四级：低度火，火线强度350kW/m以下；中度火，火线强度3501700 kW/m；强度火，火线强度17003500 kW/m；高强度火，火线强度3500103、 kW/m以上。由于各级火强度上下限之间的差幅较大，火行为相关参数发生明显的变化，因此，在四级中又划分为16个亚级。2）可燃物的结构类型（森林类型），主要分针叶林（人工林：落叶松林）、水胡林、杨柞林、柞林、樟子松种（红松林）、疏林灌丛、迹地、塔头甸子、草地等9种。3）初始过火面积，是指林火扑救第一梯队到达火场时的过火面积，分1.5ha三种情况。4）林分郁闭度，分0.7，0.7两种情况。5）发火点距林缘或边界的距离，分1000m，1500m，1800m，2200m，2400m，3000m，3300m，3700m等8种情况。6）风速大小分3种情况：4 m/s。7）发火时间距出现恶性天气的时间4h。104、8）林火种类发生变化，由地表火变为树冠火。根据上述条件，与相应的蔓延速度、火焰高等因子组合成不同的火情种类。每种火情相对应的战术，都必须适应火情种类的相关条件。经专家论证，可建立林火扑救战术集，即专家系统的知识库。推理机制：本系统推理机的核心机制是：任务求解系统运用综合推理的方法完成推理过程。所谓综合推理是一种通过构造综合空间并在其中定位，最后获得结果的推理方法。综合推理强调系统的信息网络，参与综合推理的源只需要较少的形式化。林火扑救战术集中初步设定100种火情，与它们相对应共有50种战术。林火火情千变万化，扑救战术必须灵活机动，不应一成不变。超出100种以外的火情，必须学习50种以外的战术扑105、救力量配置根据扑救战术专家系统的建议，以及火场情况、扑火队伍分布情况、林火蔓延速度、扑火队伍到达火场所需的时间、火场周长增长率等情况，对以下几方面做出决策：扑救队伍类型、人数、应携带的工具数量。 选择扑火队伍类型对于不同火线强度的林火，要选择不同的扑救队伍。人员直接扑打的方式只能用于扑救火线强度350kW/m以下或火焰高度1.2m以下的低度地表火。中度火则需要派遣灭火机械，或出动航空灭火力量。对于高强度火无法用常规方法扑救，需考虑人工降雨等手段。地表火预测系统能预测火线强度和火焰高度等火行为特征参量，可由此确定扑救队伍类型。 扑救工具的选择常用扑救工具都有适用对象和适用范围。二号工具一般适用于106、直接扑打火焰高度在lm以下的弱度地表火。水枪适用于100m以内有水源的地方。水车适用于1km以内有水源的地方。风力灭火机要根据火场可燃物分布状况和火焰高度及发展情况编配灭火机台数才能充分发挥作用。根据“前打后清，打清结合”的原则，在系统中采取了工具组合的形式，即由扑救明火工具与清理余火工具形成的最小扑救单位，称其为一个工具组合。系统中设计了8种工具组合，根据扑火队伍具备工具的情况、水源距离的情况、火的强度，火的种类、扑火队进入火线时的位置等因素来选择工具组合。 扑救队伍数量的确定要想封锁林火，必须使封锁火道的速度超过火场周长增长率的30，否则就无法封锁林火。在系统中，火场的周长平均增长速度可以107、由火行为预测系统给出，由以下公式：6-1式中Rc扑火队伍应达到的扑火效率，Rp火场周长的增长速度。可以算出派出的扑火队应达到的扑火效率。扑火队伍在确定了配备的工具组合形式后，再根据各种机械和设备的工作效率，得到扑火队应具有工具组合的个数，并确定所需防火队员的人数。扑救队伍调度：确定了要派出的扑火队伍之后，接下来就要对如何调遣他们进行决策。包括三个步骤：选择合适的突破点、选择最佳的行军路线、选择最经济的扑打路线。 选择突破点根据扑火队的类型（专业扑火队还是非专业扑火队）以及火强度来选择初始进攻点。如果火场强度是弱，则不论哪一类型的扑火队都以到达火场最近的一点为突破点。如果火强度是中，专业扑火队选108、择火头侧方的一点进攻，非专业扑火队从火翼或火尾的一点进攻。如果火强度是强，专业扑火队选择火翼靠近火头的一点进攻，非专业扑火队从火尾的一点进攻。突破点决定扑火队伍的行军方向。 最佳行军路线扑火队伍能否以最快的速度，用最短的时间到达火场，最佳行进路线的选择是至关重要的。系统以防火队伍分布图层和火场位置图层以及上节计算的突破点为输入参数，确定行军路线的起止位置。然后对道路图层运用ArcGIS中网络分析功能进行最佳路径分析，从道路网络中找出一条最佳路径。 扑打路线林火扑救有侧翼推进式、超越式、对进式和围歼式等。其中最常用的为对进式，即扑火队伍到达火场后，兵分两路同时沿火线扑打，当两军合围时即控制了火蔓109、延。图6-3中，曲线AB为t时刻火场边界。由A点扑打，此时B处火线将蔓延至C处，那么最经济的扑打方向应为AC。取与A足够邻近的B点，ABC可以近似为三角形，且有6-2式中，。Rc可由公式6-1确定。图6-3、扑火推进方向分析图6-2、对进式扑火这样，由突破点出发，可在预测火蔓延过程的同时，计算出最经济的扑救路线。 灾后处理子系统 火灾扑灭后，本模块负责火场面积的统计和管理，与林火资源资产评估模块结合起来，可进行灾后的损失评估。 报表与专题图输出子系统 本子系统负责输出系统的各类报表和专题图。 自动生成各类报表并导出成 excel 文件，对各区上报的 excel 报表文件合并生成总报表， 包括每110、起火灾的具体信息报表，火情日报表、火灾月报表、年报表等。 防火档案管理子系统 负责灾情档案管理和历次防火检查信息管理。 对辖区内森林火灾的档案进行信息化管理，并在地图上标出每次火灾的地点。 防火人员信息管理子系统负责人员档案管理、护林人员管理、扑火队伍管理、人员培训管理和快捷查询，奖励与惩罚管理。 防火设施管理子系统 负责林区防火隔离带管理、防火预备方案、联防区域管理、林区瞭望台管理、林区交通道路管理、林区扑火设备及物资管理和计划烧除管理。 野外用火审批管理子系统 当某个村发生火情后，通过此系统可以查询是否经过用火审批。 系统管理子系统 负责设置系统的运行参数，规定系统的用户策略和权限策略。进111、行数据维护和数据管理。 第五部分、林火自动识别报警系统 1、系统功能和结构林火分析识别报警系统是根据图像视觉特征来判定林火。通过对摄像头摄取的图像进行处理，提取其颜色特征和纹理特征，根据烟雾、火焰的图像特征与森林图像特征的不同，来分析识别烟雾、火焰信息。如识别为火情，则给系统报警。林火图像识别：林火图像识别模块是林火识别报警系统实现火灾探测的关键，它充分利用森林背景图像与火灾、烟雾图像在颜色特征、纹理特征上的差异，运用通用的图像处理方法和识别技术，对林区图像进行分析，来判断林区图像上是否有疑似火点；林火报警和交互确认：一旦林火图像识别模块判断出图像上有疑似火点，林火报警模块会立即发出声光报警信112、息以唤醒监测人员，监测人员通过目视辨别有疑似火点的图像，确认该区域是否发生了森林火灾，如果确认有火灾，系统发出正式的林火报警信息，并向云台控制模块发送锁定云台的指令；如果没有火灾，系统解除报警；火点定位：通过监测人员的交互式识别，判定确实有林火，将云台的参数传递给林火GIS子系统。2、系统业务流程和信息流程森林火灾识别报警系统的业务流程分为数据采集、图像处理和识别、报警、林火定位等步骤。具体说明如下：本子系统从图像监控子系统（服务器）获取森林监测图像（MPEG-4格式）后，进行图像R、G、B颜色的分解，根据直方图矩阵求出颜色特征向量，根据小波特征得出纹理特征，然后进行确认火点，得出“有”或“无113、”林火的判断。如果排除干扰后认为“有”林火，执行下面的报警步骤；否则，如果不是火点，则返回单帧图像提取阶段继续处理和识别新的图像。如果判断出“有”林火，然后进行人工交互林火识别，确认林火“是”或“否”；如果确认为林火，就向云台控制模块发送锁定云台的指令；如果没有发现林火，则解除报警，系统返回到单帧图像提取的开始阶段，循环进行图像识别。如果经过人工交互识别后确认为“是”林火，通过带实时角度信息回传的云台，结合GIS工作站，将每个火情点的地理位置准确的显示在三维电子地图上，云台工作时实时将摄像机的水平及俯仰角度回传至防火指挥中心，送入GIS系统进行实时解算，利用数据库中的DEM和ArcGIS的空间114、分析功能通过软件来实现定位，当云台的视线和DEM相交时，根据水平及俯仰角度和监控点的已知位置就可将发生火情的确切位置在GIS上显示出来。同时还显示着火点的三维地形地貌，林火类型。预留读取火灾现场移动气象站数据，以及通往火场的主要道路及通行能力，防火隔离带的位置及阻火能力，距着火点最近的消防队伍的具体位置及赶赴火场所需要的时间等重要指挥信息。林火识别报警系统的信息流程图如下图所示，其中蓝色的矩形框里是流动于系统中信息，连线上是信息转换的途径或方式。提取单帧图像RGB分解画直方图小波分解求直方图矩阵小波重构求得颜色特征向量求得小波特征向量图像特征向量神经网络（包括连接权重）林火初次报警人工交互识别115、是否火灾判定林火数据获取解除报警锁定云台传递云台参数到GIS系统3、系统主要关键技术的解决方案3.1林火图像识别技术（1）森林火灾的类型分析根据森林着火的部位分：地下火：是在地面下的腐殖质层或泥炭层燃烧的火。在地表面看不见火焰，只有烟，一直燃烧到矿物层和地下水的上部。燃烧速度慢，时间长，破坏力强。地表火：是沿林地表面蔓延的火。能烧毁地被物，烧伤大树基部和露出地面的树根，广泛危害幼树、灌木和草地。按其蔓延速度和危害性质又为急进地表火和稳进地表火，快速、中速、慢速地表火，低、中、高强度地表火。树冠火：是指以一定速度烧过灌木或树冠，能引起树冠层燃烧，沿树冠蔓延的火。上部烧毁树叶，炼焦树枝和树干，下部116、烧毁地被物、幼树和下木。当针叶林的树冠连续不断时，地表火上升为树冠火；当树冠不连续时，又降为地表火，伏地前进。树冠火燃烧温度高，火强度大，蔓延速度快，破坏性大，不易扑救，因而对森林破坏最大。根据林火的走势分：冲火：即上山火。白天，由于山地和山谷接受太阳辐射的热量不同，山谷空气上升产生谷风，向山上吹。谷风加速火向山上蔓延，形成冲火，实际上就是顺风火。火势猛烈，难以扑救。坐火：即下山火。晚间，山谷首先散热冷却，空气下沉，产生山风，使火从山上向山谷蔓延。火势较慢，容易扑救。根据林火的表观状态分：明火：也称有焰燃烧，即燃烧时可产生火焰。有焰燃烧的可燃物占森林可燃物总量的85%90%，特点是蔓延速度快，117、涉及面积大，维持蔓延过程所需的能量少。暗火：也称无焰燃烧，在燃烧时不能产生火焰。有焰燃烧的可燃物占森林可燃物总量的6%10%，特点是蔓延速度缓慢，持续时间长，涉及面积小，产生的能量多。根据林火的燃烧情况分：完全燃烧：是在可燃物在充足的氧气情况下的燃烧。燃烧后的产物不能再次发生燃烧；燃烧过程中生成二氧化碳和水，呈无色气体，放出的热量多。不完全燃烧：是在可燃物在充足的氧气情况下的燃烧。燃烧后的产物不能再次发生燃烧；燃烧过程中生成二氧化碳和水，呈无色气体，放出的热量多。（2）森林火灾的发生和发展过程分析林点燃到熄灭的整个过程，称为森林燃烧过程。通常可以划分为三个阶段，即预热阶段、热解阶段和燃烧阶段。118、预热阶段：是森林可燃物在点燃前处于收缩、干燥状态的物理变化过程。森林可燃物在外界火源的作用下，温度逐渐而缓慢地上升，蒸发水分而逐渐干燥，局部发生分解，产生大量水蒸气和其他可燃物与不可燃的气体。随着大量水蒸气蒸发，产生大量的烟雾。热解阶段：是森林可燃物受热，其组成物质发生分解的过程。即在预热阶段之后，随着温度的继续增加，可燃物迅速地分解成可燃性气体，如一氧化碳、氢、甲烷等，以及水分和焦油液滴（较大分子碎片），氧化过程加速，并产生大量的热；热量又促使氧化反应加速，但还不能燃烧，只发烟。燃烧阶段：是森林可燃物和可燃气体在温度和浓度达到一定阈值时产生燃烧的过程。森林可燃挥发分与空气形成可燃混合气。当挥119、发物的浓度达到燃烧极限范围，可燃混合气体温度达到燃点时，在固体可燃物上方可以形成明亮的火焰，放出大量的热量，并产生二氧化碳和水蒸气。与此同时，热分解残留物焦炭的表面上也发生缓慢的氧化反应，呈辉光燃烧，缓慢地放出热量，直至留下极少量灰分为止。其中可燃气体的燃烧称为有焰燃烧，木炭或焦炭的燃烧称为无焰燃烧。（3）林火视频图像的特征分析a. 图像上显示的林火类型：从上述森林火灾类型和燃烧过程的分析来看，本系统从云台CCD摄像机获取的林火图像上识别林火并报警，所识别的应该以树冠火为主，地表火为辅；冲火和坐火均存在可能；既要识别明火和完全燃烧的林火，也要识别暗火和不完全燃烧造成的烟雾。从对林火的燃烧阶段来120、看，应该是以识别燃烧阶段的林火为主，但如果在其处于热解阶段甚至预热阶段时就能够识别出林火，技术就更先进。b. 图像上显示的地物及森林可燃物部位：CCD视频图像上的所获取的林区影像，在无火时是绿色植被部分（树冠、树干、树枝）、空地部分、天空部分等的组合影像；在发生火灾时，在上述几个部分的影像之上还要叠加明火或烟雾影像。因此，必须对图像上的各种地物的图像特征进行深入、详细的分析和归纳。c. 在可见光视频图像上的林区及林火的波谱特征：在可见光全色波段视频图像上，林区背景（山脉、河流、植被、道路、建筑物等）影像反映的是这些地物反射太阳辐射的强度值。太阳辐射的波长范围为0.183.0m，峰值波长为0.4121、7m；其中可见光部分的波长范围为0.380.76m。没有着火时，林冠的波长大致为0.470.59m（青、绿、黄），反射率为25%左右，在图像上的颜色值大约为（R0.1，G0.85，B0.4），其余背景物波长范围为可见光中的其它波段。在起火时，烟雾的波长范围为整个可见光全色波段，在图像上的颜色值为灰色（R0.7，G0.7，B0.7）。明火的波长范围为0.560.76m（黄、橙、红），峰值的图像颜色约为（R0.9，G0.7，B0.1）。表1可见光视频图像上的地物特征分析地物光谱波长（范围）视频图像上的颜色备注林区背景(山脉、河流、植被、道路、建筑物)0.380.76m各种颜色林冠0.470.59m122、青、绿、黄（R0.1，G0.85，B0.4）烟雾全色但无彩色灰色（R0.7，G0.7，B0.7）无色或消色明火0.560.76m黄、橙、红（R0.9，G0.7，B0.1）(4) 林火识别方案本系统采用一种根据图像视觉特征判定林火的检测方法。通过对摄像头摄取的图像进行处理，提取其颜色特征和纹理特征，由两个特征向量得到图像的特征向量，然后利用神经网络对大量图片通过有监督的学习建立图像特征向量与三维火灾向量Y的联系，达到利用图像进行林火识别的目的。a. 图像颜色特征提取目前提取的视觉特征有3种：颜色，纹理，形状。颜色直方图是表达颜色特征最常用的方式，它对应着组成色彩的亮度。这里我们采用RGB三分量差123、值的直方图及其一阶矩来表示图像的颜色特征。人在观察一幅图像判断是否有火灾发生的时候，主要是根据图像的颜色进行判别，其次是根据图像的纹理，而很少根据图像的形状。据此，通过大量实验，利用图像的颜色直方图及其一阶矩提取图像的特征向量，选择合适的神经网络就能够有效的判别火灾图像。b. 图像纹理特征的提取小波变换具有优良的时频域局部特征，它对信号用一组不同尺度的带通滤波器进行滤波，将信号分解到不同的频带上进行分析处理，这与人类的多通道滤波模型理论是一致的，而且因为小波滤波器的带宽在对数尺度下是相同的，与人类的视觉通道按对数特性变换一致， 而小波包分析能够为信号提供一种更加精细的分析方法，它将频带进行多层124、次的划分，对多分辨率分析没有细分的高频部分进一步分解，并能够根据被分析的特征， 自适应地选择相应频带，使之与信号频谱相匹配，从而提高了时一频分辨率。因此本系统采用小波包分解提取图像纹理特征，把纹理特征与神经网络记忆的火灾、烟雾的纹理特征进行对比验证，从而辨别火灾、烟雾，或者正常的森林图像。c. 基于BP神经网络的火灾识别神经网络是建立非线性映射的一个强有力的工具。对每一幅图像，经过上述方法进行特征提取可以得到一个k维的特征向量M(k)。用于训练的图像由人为给出输出结果Y(i)。例如，一幅图像若有明火，则Y=(1 0 0)；有烟，则Y=(0 l 0)；否则Y=(0 0 1)。经过训练以后，网络的125、权值记忆了图像特征和火灾之间的联系。BP神经网络的结构如图2所示，它由3层神经元组成(输入，输出和隐含层)、3个权重集合(w 1，w 2，W3)和3个传递函数集合(bl，b2，b3)组成。输入层的连接权重WI，传递函数集合bl，输入层和隐含层之间的连接权W2，传递函数集合b2，隐含层和输出层之间的连接权集合是W3，传递函数集合b3，输入向量为M(k)，输出层的结果为Yi，I=l，3选择最匹配的传递函数对大量图像对网络进行训练,可求得各个加权矩阵W。将训练好的神经网络应用于未训练过的图片，可取得良好的识别效果。d. 林火自动识别与报警系统界面3.2林火定位技术林火发生是一个极其复杂的自然现象，它126、涉及的因素许多，有其自然属性，又有其社会属性。自然属性中有可燃物的类型及其分布状况、地形地貌分布状况、气象因子等等。作为森林防火工作者往往要面对错综复杂、各种各样的信息，并在此基础开展我们的林火预防、扑救、善后处理等工作。要全面掌握如此之多的信息非人力所为。特别林火发生又带其突发性，要在很短的时间判断林火的发展趋势，并及时采取决策，同时还要随时掌握现场的状况，所以林火的准确定位就显得极其重要。防火地理信息系统是一个森林防火数字化、网络化远程监控工程，它以森林现场图像采集为中心，以远程通信网为传输平台，将光电转换技术、数字图像处理技术、微波无线/光缆有线传输技术、通信网络技术、计算机软件技术等高127、新技术综合应用于森林防火监测和森林资源管理中，能够全天候、全方位、远距离地以高清晰度图像方式监控大范围的森林目标，把大面积的森林场景通过图像方式实时传输到防火监控中心，实现防火人员在室内对野外的远距离集中监控；同时，系统还要求具备森林火灾的自动报警和定位功能。摄像机在云台的带动下自动进行场景的全方位扫描，在传回森林图像的同时，还传回云台的运动状态参数。我们对林火的定位正是根据云台的运动状态参数(方向参数和预置位信息)，实时的计算出摄像机的水平和俯仰角，从而模拟云台的运动。火灾发生时，将计算出的水平、俯仰角度和监控点的位置信息送入GIS子系统，GIS系统将每个火情点的地理位置准确的显示在三维电子地图上，从而实现林火的定位。前端图片后端显示效果图 森林防火决策与指挥信息子系统热点信息情况标绘三维电子沙盘路径分析灾害评估辅助决策环境分析森林防火监控软件系统防火专题信息视频监控GIS林火定位GPS管理