您好, 访客   登录/注册

试析武汉市森林防火信息系统建设

来源:用户上传      作者:

  摘 要:加强基于信息系统的森林火灾扑救应急指挥能力建设,有利于科学、安全、有效地扑救森林火灾,使森林火灾带来的损失控制在最低限度。本文通过分析武汉市森林防火信息系统建设中存在不足,在明确森林防火信息系统建设总体要求的基础上,提出解决方案及建议。
  关键词:森林防火;信息系统;武汉市
  我国是森林火灾多发的国家,新中国成立以来到1987年,全国年均发生森林火灾1.5万次,受害森林面积97万多公顷,森林火灾受害率达8.5%,是世界同期水平的8倍左右,1987年发生在大兴安岭林区的“5.6”特大森林火灾,使当地的森林资源和人民财产损失惨重。
  为应对森林火灾危害,近年来,国内许多城市相继建立适合自身需要的森林防火信息系统。森林防火信息系统是一项投资大、标准高,受益时间长,受益面广,集生态、经济、社会三大效益于一体的项目。各地森林防火信息系统的实施,在一定范围内对有效预防和控制森林火灾的发生、蔓延,确保森林资源和城市生态安全、保护生物多样性,促进全市经济和社会的持续、健康发展具有十分重大的战略意义。
  武汉市在2003年开始投资建设森林信息系统,本着边建设、边开发、边运行、边完善的原则,历经十余年的不断建设、完善,从最初设计的单纯视频监控,发展到现在的集监控、指挥为一体的森林防火指挥平台,一定程度上改善了全市护林防火的基础条件,提升了全市护林防火综合应变能力
  一、武汉市森林防火信息系统的建设思路和建设内容
  武汉市作为华中地区特大中心城市,2007年国家批准武汉城市圈为建设“资源节约型、环境友好型”试验区(简称“两型社会”),武汉市的水面占25%,除去农耕地、建设用地,森林和林地发展潜力相对较小,全市森林覆盖率为25.6%,显然,武汉是一个少林的大城市,而森林资源又是制约城市生态安全和环境治理的重要因素,直接影响到国家“两型社会”试验区的建设和发展,因此,保护好有限的森林资源是全市生态建设的重中之重。
  武汉市城郊及城中山地、丘陵分布较广,特别是近年来,随着武汉市林业建设步伐加快,生态公益林补偿机制的建立、环城森林生态工程、天河机场路绿化工程、九峰城市森林保护区、退耕还林、封山育林等一系列林业重点工程的实施,以及全民义务植树活动的开展,使全市森林资源得到全面保护和恢复,森林面积迅速增长。由于本地植被类型较为丰富,特别是下层植被的快速恢复,使林内可燃物不断积累,加之本地防火季节少雨多风,气候干燥因而增加了诱发生森林火灾的因素;另一方面武汉是我省人口分布最为集中的地区,人为活动极其频繁,致使火源管理的难度加大。
  根据武汉市自然地理位置特点,结合森林资源分布和森林防火监测条件,本着从实际出发,因地制宜,因害设防的原则,全市森林防火信息系统建设内容包括:指挥扑救系统、地理信息系统、通讯网络系统、林火实时监控系统。市、区两级护林防火指挥部分别设立森林火灾扑救指挥中心,配置完备的现代信息处理设备,实现市―区指挥中心联网运行。具有通过宽带网络与全市各级林业部门实现数据传输交换、信息发布、信息查询、视频会议和数据更新等功能。以满足全市森林防火管理要求。
  武汉市森林防火信息系统主要建设内容有(见图1):
  图1 武汉市森林防火地理信息系统示意图
  1.森林资源图形库建设
  森林资源信息是森林防火地理信息系统的基本信息源,因此,森林防火地理信息系统开发必须建立在全面、准确地获得现实的森林资源的信息的基础之上。2009年武汉市全面启动新一轮森林资源规划设计调查工作(简称“二类调查”),此轮调查首次利用“3S”(GPS、GIS、GS)技术在全市开展资源调查,历时两年,全市共区划调查小班 万个,林地小班 万个,查清了全市森林资源,其总体资料达到优秀等级。本轮调查底图为最新卫星影像图,各区根据遥感影像的数据源、时相(物候)、色彩等特征,以1:10000地形图和GPS辅助定位,分别建立遥感解释标志。调查队员利用Geoway软件叠加卫星图像和地形图,对全图进行数字化采集根据行政区划绘制分界线;根据遥感解释标志和小班区划条件,在卫星影像图上区划林班界和调查小班界,再通过录入小班调查因子和样点调查因子数据及数据逻辑检查后建立全市二类调查图形库、小班数据库和样地数据库,生成森林资源分布图。其涵盖信息包括:地类、林种、权属、面积、地形地貌、土壤条件等林地信息;树种、林龄(组)、树高、直径、郁闭度、下木、草本等林木信息。一旦火灾发生,指挥中心即可调取起火点行政区划、林木、林地等信息,通过对起火点进行精确定位、数据分析后制定扑救方案。
  2.通讯系统建设
  为保证森林防火系统内部通信便捷、通畅的前提下,充分利用已有的网络资源和其他资源,将VoIP技术及设备与传统的电话交换技术融为一体,建设通信VoIP语音系统,最大限度的提高效率、减少通信费用、降低管理成本,并保证VoIP语音系统的技术先进性、实用性、可管理性和多功能性等。
  VoIP语音系统基于IP协议,支持任何宽带接入因特网方式,支持任何带宽。其系统特点包括:大大节省通讯费用;与本地市话网互联互通,内外部通信顺畅、可靠,可为外部用户提供各种语音服务;内部通信安全、可靠,保密性能好,两套通信方式(通过IP语音通道和市话电信网)并存,互不干扰;可根据用户需求对外部呼叫权限进行限制;采用的VoIP语音卡性能稳定,可与任何遵循H.323/V2标准协议的网关设备互联互通,支持动态IP地址透传服务,能够很方便的与其他系统的VoIP网关互联互通;系统结构简单,便于管理,易于维护,配置灵活,扩展性能好。
  3.林火实时监控系统
  林火实时监控系统是采用电视摄像、并通过无线宽带网络传送途径对林地进行全天候观测的林火监测监控体系。该系统具有快实时、实景、快捷、高效的优势,是最为有效的林火监测技术途径。根据武汉地区森林资源分布特点和地形地貌特征,规划在全市主要林区制高点,建立16个图像监测站,每个监测站监控半径为5―10公里范围,与现有的人工了望台一起,形成监控网络,使全市95%以上的生态公益林得到实时监控。   每个站点建微波铁塔,配备室外图像采集设备(高分辨率CCD摄像机、三可变长焦距镜头、全方位云台、室外防护罩、控制解码器、视频服务器、防盗报警设备、喊话设备、微波通讯设备、光纤传输设备、防雷接地设备、电源及控制设备等。山下护林员办公室配置监视器、控制器、断电指示器、防切电电表。
  其工作模式是:前端(监控点)CCD摄像机借助室外全方位变速云台带动摄像机和镜头上下左右转动,完成图像信号的采集,在夜晚照度较低时,摄像机自动转换成黑白模式工作;完成全方位监测观察;微波设备将采集的图像信号分别传输到各区森林防火指挥部、市森林防火指挥中心。防盗设备对前端设备进行保护,当有人非法接触该设备时红外探头可检测到,此时自动启动警笛,切换防盗相机开始录像,并报告区防火指挥部,指挥部可通过话筒喊话,提醒非法入侵者。图像同时通过光纤或电缆将信号传输到山下护林员办公室,护林员通过监视器监测山上的火情,通过控制器对前端的云台、镜头进行控制。
  市森林防火指挥中心建中央控制室和电视墙,对前端各路图像进行控制、显示。各区防火指挥中心建分控室,对本区各监控点的信号进行切换、存储、控控制显示;分控室配置无线通讯设备(接收本区内各监控站图像信号以及传送控制指令的无线扩频微波)、显示及控制设备(大屏幕电视墙、综合控制器、视频服务器)、防雷接地设备、电源、铁塔等。
  市指挥中心的控制命令通过宽带网络系统传输至区指挥部,并根据操作权限通过网络宽带电台对前端的云台、镜头进行控制。
  4.指挥(会议)系统
  在现有网络的基础上组建视频会议系统,市森林防火指挥中心为会议主会场,各区防火指挥中心控制室建有分会场,当发生火灾时可召开视频会议,指挥灭火扑救。平时也可用于系统内双向实时沟通、视频会议、远程培训等目的。
  视频会议系统硬件平台基于市防火指挥中心与各区指挥部之间无线局域网络,指挥中心配备服务器一台、管理和浏览终端一台、多路麦克风及调音台一台、音响设备一套、投影仪一套、视频会议专用摄像机一套。该服务器的存储空间在500G以上,系统内存在2G以上。各区配备用于视频会议系统的计算机一台、视频会议专用摄像机一套、会议麦克风及电视机一套。
  系统软件平台:使用微软的服务器操作系统,支持AIIS,数据库系统须支持网络功能,使用SQL2000(20用户以上版本)。
  软件功能:系统采用C/S结构进行管理和维护,使用B/S结构进行浏览访问,对到会的人员、会议的组织、会议的授权进行管理;能进行会议的录制,记录会议的信息;支持文档共享、电子白板等多种文本交互手段。
  二、森林防火信息系统建设存在的不足
  从武汉市森林防火运行情况来看,其因受制于经费、设计、技术等因素制约,也暴露出一些缺陷和不足,具体表现在:
  1.信息库信息来源单一
  森林火灾一旦发生,指挥决策人员是否能及时有效的掌握火场地形植被等数据、林区防火设备数量和分布、灭火机动人员配置及职责,甚至附近医院的远近与床位数量、水源地、道路交通状况等都是能否科学、快速、以最低程度的危害扑灭森林火灾,挽救国家森林资源,将人员、财产和生态损失降低到最小程度的有效途径。据笔者调查,国内绝大部分城市森林防火系统其信息系统信息来源仅依靠林业部门森林资源数据,缺乏多部门联动信息共享机制。
  2.缺乏森林火灾蔓延趋势分析
  针对森林火灾蔓延趋势形成有效分析,对指挥决策人员科学研判起到重要作用。传统森林火灾决策依靠指挥人员靠前指挥、经验判断,难免出现误判情况,如何用科学的火灾扑救方案指挥火灾扑救,笔者认为因该根据所在林区的可燃物特征、气候状况、地形因素等条件,对林火发生时火行为参数,包括林火速度,面积和延伸方向等进行数学上的定量分析与关系表达,形成森林火灾绵延模型,为森林火灾扑救指挥提供宝贵的指导性参考。
  3.缺乏森林火灾损失综合评价
  森林火灾损失评价对于衡量火灾损失,制定生态植被恢复方案,为以后森林火灾的预防提供借鉴和宝贵的实践资料数据有着重要意义。纵观世界范围内,欧洲国家森林防火信息系统(EFFIS)中的损失评估子系统,主要是根据卫星遥感图片对火灾损失区进行界定,利用地理信息系统叠加相同地取得林地等数据图层进行分析,进而计算得出损失结果。许多国家已经将直接经济损失和间接损失纳入森林火灾损失主要衡量标准,其间接损失包括:固碳、涵养水源等生态价值和灭火相应费用。我国虽制定明确的技术标准《森林火灾损失评估技术规范》,但是在实际工作当中,对于在林地损失精准评价方面,使用人工估算而没有专门设备进行辅助测量是的其应用受到限制。而在间接损失方面的评定因涉及多部门,因此仅将森林火灾间接损失中的植被防风固沙、吸收二氧化碳等温室气体等价值进行评价。
  三、森林防火信息系统设计的几点思考
  1.增强系统综合契合程度
  目前我国大部分地区研究开发的森林防火相关信息系统中,如森林防火监控系统、指挥决策系统或者灾后评估系统等,大多注重单一功能,没有对森林防火工作进行有效的全面的把握,森林防火工作是一个庞大复杂的系统,需要切实提高对各个系统间的有效协同,因此,在系统设计之初就需要针对性的进行整体需求优化分析,考虑其架构与实际工作中的契合程度,这就要求当森林火灾发生时,森林信息系统中的监控子系统就要发挥作用,实时反映林火的发生和蔓延情况,扑救决策以及灾后评价与之对接,完成对整个林火生命周期的管理。另外,系统开发后,林业工作中的功能拓展也是制约系统的阻碍,对于林业工作缺乏弹性,不能时刻紧跟森林防护工作的变化,一些信息系统往往在几年之后就不再使用,造成极大的浪费。因此,为避免投资浪费,设计之初对系统综合契合程度及拓展的考量尤为重要。
  2.增加基础信息来源渠道
  森林防火信息系统中指导火灾发现、决策、扑救的数据是否及时有效,事关火灾扑救效果,如果仅依靠林业部门一家对基础数据进行采集在实际工作中是不现实的,而且无法收集诸如天气、交通、空气质量、医疗机构等及时准确信息,单个部门进行数据采集势必造成不必要的政府资源浪费。如果能实现将多部门信息共享,既能够有效节约政府资源,还能够提高单个部门工作效率。例如在火灾间接损失评价中,将从环保部门采集的空气质量数据进行分析,不仅在可以将森林植被防风固沙、吸收二氧化碳等温室气体进行价值评估,还能将森林火灾燃烧过程中所产生的有毒有害烟尘气体如PM2.5等进行评估,从而整体全面的反映林火损失。   3.强化现代化科技运用
  为切实增强各地森林防火工作科技含量,近年来,各地对森林防火基础建设资金投入加大。国内多地适时将“3S”(全球卫星定位系统Global positioning System;遥感Remote Sensing;地理信息系统Geographic Information System)技术引入的森林防火信息系统中,一定程度提高了森林防火工作科技含量。笔者认为森林防火工作科技含量还有提升的必要,现实可以将云计算、物联网、大数据等新兴科技唯森林防火工作所用。
  云计算具有运算能力强、虚拟化、廉价、可靠等特点,具体到森林防火工作中,可以将云计算将规模巨大的计算资源、应用和储存资源与数据融合到一体,以网络承载基础构架,通过虚拟化技术向用户提供服务。在林火监控方面使用PASS模式将林火防控系统整合为基于GIS的云端平台,再根据林区自身情况进行二次开发从而解决森林防火工作中移动指挥不畅,数据处理过慢等问题。
  物联网被称为世界信息产业第三次浪潮,其主要特点是按照相关协议利用信息传感设备将物品和互联网连接起来,进行信息交流和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。由于森林防火工作的特殊性和复杂性,物联网可以实现林业资源之间相互感知,随时获取需要的林业相关数据和信息。
  大数据是由巨型数据所组成的数据集,其数据采集规模超出在合理时间内通过人工截取、收集、管理和处理的能力。其在森林防火中可以将多部门所采集的基础数据根据森林防火工作需要加以整合,进行研判,为森林防火指挥决策提供有力科学保障。
  参考文献
  [1]侯胜杰.北京市森林防火信息系统设计与实现[D].北京林业大学,2014.
  [2]王苒.森林防火问题与对策分析[J].黑龙江科技信息,2014,(25)
  [3]程前进.基于GIS的森林火灾扑救指挥系统设计与实现[D].西安科技大学,2011.
  [4]武培成.森林防火的必要性分析[J].科技创新与应用,2014,(32)
  [5]张江,廖葵.基于GPRS和3S技术的森林火灾事故预警与应急指挥系统[J].电脑知识与技术,2011,(21)
  作者简介:
  陈志刚(1970-),男,汉,湖北汉川人,博士,湖北工业大学副教授,主要研究方向:电子商务、信息管理,技术创新管理。
  张闯(1978-),男,汉,湖北仙桃人,本科,湖北工业大学,主要研究方向:电子商务、信息管理,技术创新管理。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-11721179.htm