1.前言

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测在林业中的应用已经从零散的点的应用发展到融合的全面的创新应用，随着现代信息技术的逐步应用，能实现林业资源的实时、动态智能化监测和管理，更透彻地感知摸清生态环境状况、遏制生态危机，更深入地监测预警事件、支撑生态行动、预防生态灾害。

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统是指充分利用视频监控、林火智能分析、红外感应、移动手持、无人机、卫星热点、生态监测、无线传输等信息技术，通过物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测的核心是利用现代信息技术，建立一种智能化立体发展的长效机制，实现林业高效高质发展。森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测是增强林业发展质量、促进林业可持续发展的重要支撑和保障。

对林业森林资源防火、防盗、护林、生态等智能化动态监测，则需要森林防火（资源监管）监测由过去的扁平化单一监测向立体化动态监测转变，对森林资源采取基于太空卫星热点大面积间隔动态热点监测和高空无人机巡护按需动态侦查监测构成的空、天一体无遮挡高空监测，对森林资源基于高山或视野开阔区域的大范围定点连续动态管护监测和对森林资源重点路口小范围定点连续动态防盗监测2种定点动态监测，对森林资源管护人员配备手持终端进行大范围移动动态监测的1种移动动态巡护监测。从而构建立森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统。

林业主要任务是强化森林资源保护：加强资源保护、完善管护模式等，其管护的核心任务是：防火、防盗、护林等具体事项，采用森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统主要解决以下问题：

n “空、天”监测模式：

1）天空卫星热点监测

三道口林场总面积57699亩（不含场带村组），其中：生态公益林面积40351亩（国家级19671亩，省级20680亩），商品林面积14647亩（一般用材林9247亩，竹林5400亩），其他2701亩。活立木蓄12.59万m3 。立竹180万根。如何能够从整体上掌握全场所有森林资源管护监测，则需要通过高空热点卫星才能够实现大面积监测要求，而国家林业局热点卫星则具备全天候24小时对我国森林资源实时动态热源监测，并将监测到热点卫星影像数据存储在国家林业局数据中心，由于热点卫星监测某一区域存在时间间隔，既上一次监测到下一次监测存在时间间隔，所以管理单位可通过数据中心提取上一次监测数据通过智能分析从而了解全场所有森林资源管护情况，由于属于高空监测所欲无遮挡监测面积大，非常合适某些不易发现的区域发生林火监测，是一种先进高效林火监测手段。

2）高空无人机侦查监测

三道口林场森林资源分布零散，地形复杂，一旦遇到林火报警，需要安排相关人员前往火灾现场侦查，往往需要花费较长的时间才能到达火场，从而贻误时机，同时侦查人员到达火场由于受视野局限性，很难全面掌握火场时机情况。从而造成既耽误时间又不能全面了解火场情况，针对存在的问题可采取高空无人机侦查，通过无人机空中快速飞行到达火场上空，通过高空无遮挡拍摄可以全面了解火场情况，并为进一步应急指挥调度提供可靠的依据。同时可以在扑灭林火后安排无人机巡航对扑灭区域做红外热源探测，防止扑灭区域内部的火源复燃，从而提高扑救效率。高空无人机还可以采集林区图像信息，用于病虫害防治。

n 人员移动巡护监测模式：

森林资源人工护林巡护是保护森林资源管护的重要途径之一，在有效管理好三道口林场的护林员巡护职责，对保护森林资源管护具有重要作用，由于基层的护林员大多数都是当地聘请的非专职人员，是否能够按照林业要求按时按要求完成巡护，基本没有管理手段可以考核，从而造成部分重要林区存在护林巡护的存在真空期，一旦发生林火、盗窃事件也很难追查的情况存在。基于存在的问题，采取为护林员配置手持移动终端，通过GPS或北斗实时定位监测，并将监测定位数据通过营运商移动通信网络传回到监控中心地理信息系统显示移动轨迹，通过设定每个护林员护林巡护轨迹对比实际巡护轨迹考核护林员每天工作情况。为有效管理护林员提供有力的手段。由于手持终端具备拍照、语音、数据传输，所以手持终端还可以为护林员提供应急通讯、事件照片上传等实用功能。

n 地面监测模式：

1）大范围定点连续动态火源监测

基于现阶段三道口林场的森林资源防火主要是以宣传教育和人工巡护为主，由管理部门安排护林员或其它人员对重点时段、重点区域进行人工巡查和管理、日常工作防范以护林员进入林区巡护为主、建立扑救队等措施。根据大多数地方的实际情况分析，有限的护林员面对大范围的林区资源进行巡护时，很难做到较大范围的巡查覆盖，而且大多数林区的道路条件不好，到达每个瞭望塔需要花费较长的时间，无论是巡查覆盖范围还是时效性都不能满足现阶段日益增长的林区人员活动的监护巡查需要。往往实际情况是，每天都在巡护，而因人员活动引起的火灾却时有发生，造成这种情况的原因是基于人工方式林区巡护监看主要缺点有，一是人的眼睛可视的范围较小，即使通过瞭望塔能够达到的可视距离和范围是有限的无法对大面积的林区资源实现观看，二是护林员巡查的路径所覆盖的林区是有限的，巡查路径和时间相对固定，而进取林区的人或者游客无论是路径还是时间都存在很多不确定，可能造成每天都在巡护，而因人员活动引起的火灾及林木砍伐却时有发生的情况。

基于三道口林场存在的问题进行分析，针对森林防火的有效的手段是能够对林区的资源进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测，能够对自动发现林区内的有火或者有烟的时候自动报警，并且能够将火点的位置能够定位，通过这种方式可以解决因人工护林造成的森林防火不足的情况。一种有效的解决手段是利用视频监控技术结合智能化的烟火识别技术，对数公里范围内的森林资源进行监测的一种方式，通过智能化的森林防火预警手段，不仅可以实时监看和记录森林资源的情况，同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，辅助森林防火监测人员完成对森林资源的自动监测，由传统的人工监测转变为由机器自动监测的智能化科技手段，一旦遇到火灾自动报警，及时通知相关的工作人员的一种先进合理的预警机制，采用这种预警机制可以为现阶段森林防火预警提供一种非常有效的解决方法。通过大范围、大视野的全天候24小时实时智能监测系，可实时了解林区信息，通过视频图像第一时间发现林区虫害。

2）小范围定点林区进出口连续动态监测

三道口林场防火、防盗目前主要是以在主要路段设置检查站对过往车辆进行拦截检查以及护林员巡山的方式进行防盗，而重点林区的森林中有较多珍贵树木且价格昂贵，盗窃者往往因利益铤而走险在非巡护时间进行疯狂盗窃珍贵树木并通过人工搬运的方式将树木偷运出去，从而为国家造成重大损失。所以基于传统的防盗方式已不能满足三道口林场防盗要求。

针对森林资源防盗的有效手段是在林区关键公路部署具备车辆牌照自动抓拍的卡口监控，通过系统自动抓拍进出林区的车辆，为日后执法提供依据，在林区内主要人行道路设置宣传警示抓拍设备，通过警示抓拍设自动感应进入林区的人，一旦发现有人进出林区，则设备自动播报防火防盗宣传语，同时系统自动抓拍一张进入林区的人像并记录在SD卡中或自动上传至监控中心，前者记录为日后执法提供依据，后者可实时在线防火、防盗监测。

2.需求分析

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统具体需求如下：

一火情监测与发现

森林防火林火识别视频监控或国家林火卫星热点监测，一旦发现火情后会自动识别火情，并把火情警报发送到森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测，系统会自动弹出报警，同时以发出报警信息提醒值班人员。

当火情发生时，来自各级防火部门对接警工单的生成、合并、核实以及统计，实现电话自动弹出接警工单、电话号码自动带入显示或智能烟火识别报警系统自动报警，系统需要及时把火情发生的位置信息发送到监控人员手机上，以便于用户及时作出处理。

二林火准确定位

在收到前端林火自动识别子系统传送过来的预警信号或国家林火卫星热点监测热点坐标后，森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统根据火情报警进行自动运算，得到火点报警的精确地理位置，在地图中及时标注出报警火点并定位。

根据实际情况，可指挥调度无人机或灭火队员前往火场进行火情侦查并进行精确定位。

三进出林区人员及车辆抓拍

对进去林区的车辆及人员进行抓拍，实时了解进入林区的人员及车辆。在林区发生火灾或者盗窃时，为日后执法提供依据。

四病虫害预防管理

通过卫星图像、无人机采集的视频图像、高空防火预警系统采集的图像、护林员采集的图像及林区气象信息对未来可能发生的病虫害进行预测。在林区灾害发生后或者对林区可能发生的灾害进行有效预测后，根据灾害情况，为用户提供防治的方法和措施。

五护林员巡护及管理

应用现代化的科技手段管理和服务好护林人员队伍、监控管理好护林设施设备、实时监控主要林区，做到上下贯通，监控有力、服务到位，实现护林目标。

根据三道口林场业务需求主要包括以下几个方面：

1) 管理：天然林保护和退耕还林，植树造林、国土绿化和封山育林

2) 监测：森林资源调查、动态监测和统计

3) 三防：森林防火、防盗、森林病虫害、鼠害的防治、检疫、监测、预报

基于以上业务需求分析，三道口林场林业主要以防火、防盗、护林、生态监测、业务管理等为主要目的森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统建设。通过构建三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统将防火、防盗、护林、病虫害预防管理等部署到管辖区域内，然后借助传输网络将数据传输到后端监控中心，实现全场林业森林动态监测，通过智能化分析业务数据进行汇聚、分析、提炼形成决策。

通过三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统建设目的，首先需要对三道口林场林业防火、防盗、护林巡护、病虫害预防管理的需求进行深入分析，具体分析如下：

随着林区面积的不断扩大，给三道口林场的管理带来了严重的考验，传统的以人工看护方式已经不能满足森林管护要求，需要借助先进的信息技术在辖区内建设“天、空、地、人”四维一体预防监管综合管理系统，实现防火、防盗、护林巡护、病虫害预防管理等功能。

三道口林场地处湖北省赤壁市境内的低山丘陵区，分布在纵贯市境的京广铁路、京珠高速公路、107国道南北两侧及长江支流陆水河东岸。与崇阳县桂花林管局及我市三道口镇、中伙铺镇、神山镇、陆水湖办事处、茶庵岭镇、赵李桥镇等六个镇十八个村八十二个村民小组接壤。境内温暖湿润，光照充足，年降雨量1600MM，年平均气温16.9度,无霜期254天。全场总面积57699亩（不含场带村组），其中：生态公益林面积40351亩（国家级19671亩，省级20680亩），商品林面积14647亩（一般用材林9247亩，竹林5400亩），其他2701亩。活立木蓄12.59万m3 。立竹180万根。根据项目实际情况，在林区内部署智能化防火预警监测基站，在林区重要进口部署车辆抓拍和人员抓拍系统，并为配置护林员管理系统和无人机等，采用合适的传输方式将视频监控图像及信号传回监控中心，根据项目实际情况及规划，在龙三道口林场设置监控中心。

三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测是由前端监测与采集系统、传输网络、指挥中心构成，前端监测与采集系统包含前端防火预警监测基站、卡口监测系统、护林员巡查与管理系统、无人机系统等。根据三道口林场林业特点结合业务需求进行部署具体分析如下：

2.1.森林资源防火监测需求分析

前端基站对于森林防火监控预警系统是非常重要的，是实现林区视频采集、林火智能识别、林火定位等森林防火预警非常重要功能的设备站点。由于前端基站位于野外林区内，而且四周一般都有高大灌木林以及林区的地形地势条件等，森林防火监控预警系统需要考虑监控半径范围、野外供电、林火火智能识别，根据地势地形结合监控预警的特点需要进行基站选址，根据四周灌木林的高度以及所需监控的范围选择修建铁塔的高度，根据气候条件考虑设备是否需要保温措施等；在无人值守的环境需要考虑基站自身的防盗问题，以及野外环境必须要考虑的防雷接地，铁塔基站等问题。

n 前端基站选址分析

前端基站首先需要分析的是基站的选址，基站选址主要是根据林区的地形地貌结合森林防火监控预警的特点进行选址，其选址原则如下：

1) 根据地形选址原则：

Ø 长条形山选址：一般选址在长条形山两侧向外的位置；可以获得较大监控半径范围。

Ø 起伏较大的山：一般选址在半山腰视野较为开阔的位置；

Ø 起伏较小的山：一般选址在山顶制高点位置；

Ø 长条形山沟：一般选址在半山腰的位置；

2) 根据烟火识别系统特点选址原则：

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森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统方案

1.前言

2.需求分析

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