森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术_舒立福周汝良著.pdf

图书在版编目(C I P)数据森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术/舒立福，周汝良著.昆明:云南科技出版社，2012.8ISBN 978 7 5416 6496 0.森.舒 周.森林火 火灾监测数字技术 应用 森林灭火 指挥系统.S762中国版本图书馆 CIP 数据核字(2012)第 208365 号责任编辑:李凌雁杨志能责任校对:叶水金责任印制:翟苑云南出版集团公司云南科技出版社出版发行(昆明市环城西路 609 号云南新闻出版大楼邮政编码:650034)昆明天泰彩印包装有限公司印刷全国新华书店经销开本:889mm 1194mm1/16印张:14字数:400 千字2012 年 8 月第 1 版2012 年 8 月第 1 次印刷定价:68.00 元书书书参编人员:(按姓氏笔画排列)丁琨王艳霞邓忠坚龙晓敏叶江霞白玉燕刘智军李承胜吴瑞东周靖斐赵璠唐荣逸唐芬黄甫则魏晓燕前言近年来俄罗斯、希腊、美国和印度尼西亚等国相继发生的森林大火表明:森林火灾一旦形成大范围的蔓延与扩散，人类社会现有的技术和能力还难以实现有效应对。开展科学高效预防，在火情发现的早期，实现“打早、打小、打了”是森林火灾应急处置的关键，森林火灾应急处置各个环节的“快”，即火情发现快，火情采集快，火情传递及火环境信息集成快，应急决策与指挥调度快、扑救行动展开快是实现“打早、打小、打了”前提和条件，而森林防火数字化技术、信息化指挥与调度是实现“快”的必备技术基础。森林火情采集传输及森林火情数据与应急指挥应用很好结合，是提高森林火灾防控能力的难题之一。林火监测之目的是为应急指挥提供火情信息服务，而应急指挥是整个应急处置的核心环节，林火监测和应急指挥是火灾应急处置多环节能“环环相扣”的连接点。县级、乡级部门往往是初发火灾应急指挥的主体单位，如基层单位无法实现火场的定位管理、火情发展现状和态势的可视化表达、现实火环境的查询等，影响了火情数据在基层单位的集成应用，制约了科学、快捷、高效、可行和安全的应急指挥的实现。森林火情数据本质上是地理信息数据:指挥人员掌握森林火情、进行应急指挥与调度，利用的是森林火情数据以及其他辅助决策数据;地面人员实施扑救行动、报告动态的森林火情等，依靠的是地理参照、地理位置及坐标来实现。因此，为了方便实现林火监测与应急指挥的一体化应用，方便基层单位快速使用火情数据，必须建立基于地理信息数据框架的林火监测、火情采集、火情传输和火情信息有效应用的技术体系。本书主要介绍了森林火灾的卫星遥感监测，飞机巡护监测，地面瞭望与视屏监测、热红外探测的技术方法，以及相应的数字化技术;森林火灾危险性的空间建模、预警技术方法，以及相应的数字化技术。森林火情数据的数字化采集、传递与集成技术方法，森林火灾蔓延的计算机模拟技术，森林火情与发展态势的地图化表达、指挥部与前线部队的信息交互技术，前线灭火队伍的实时动态跟踪管理、面临的危险评估、安全预警及紧急避险指导技术，火场态势的可视化表达与发布技术、火环境查询与三维浏览技术。本书所阐述的技术和方法，主要以“县级林火管理地理信息系统”的研发为基础，以 2006 年扑救云南安宁“329”火灾为实战应用检验来源，主要由国家科技支撑项目“森林火灾风险评价与防范关键技术研究(2011BAD32B05)”、“森林火灾监测预警与防控技术研究(2006BAD04B05)”、2006 年度云南省社会发展处科技攻关项目“森林火灾监测及应急处置关键技术研究与应用示范”支持。同时还得到了2002 年度云南省科技厅工高处支持的“云南省林火管理地理信息系统”、2005 年度1前言省森林防火指挥部项目“云南省森林防火网络化办公信息系统研发”、2006 年度科技部国家科技支撑子项目“西南林区火灾扑救技术”、2006 年度国家林业局科技推广项目“县级单位林火管理 GIS 系统的推广应用”、2007 年度昆明市科技局重点项目“昆明市森林防火应急指挥系统研发”支持。本书第一章、第二章主要向读者介绍森林火灾监测预警与扑救指挥数字化技术提出的背景和意义;第三章至第六章、第八章从森林火灾预警、应急、扑救、辅助决策等方面，介绍了森林火灾数字化监测预警、数字化扑救指挥的技术，并介绍了相应的可业务化运行的技术集成系统;第七章、第九章主要介绍了各技术系统的背景数据库种类及其构建的技术方法;第十章以示范单位为例，介绍了以森林火灾监测预警与扑救指挥数字化技术为算法支撑条件、背景数据库为数据基础的系统的应用情况。本书最后由舒立福、周汝良统稿。谨以此书献给坚守在森林防火战线的工作者，献给奋斗在火场一线的扑火指战员。期望本书能为各级森林防火部门、武警部队、森林防火人员提供实用的森林火灾预警、处置、应急、辅助、扑救方面的知识和数字化技术方法。由于作者水平有限，书中一定存在很多缺点和不足，希望读者提出宝贵意见。2森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术目录第一章森林火灾数字化技术概述(1)1.1卫星林火监测(1)1.2火情信息采集及数据传输(3)1.2.1 基于地面平台的火情数据采集及传输(3)1.2.2 基于航空平台的火情数据采集与传输(4)1.3森林火灾蔓延预测(5)1.3.1 林火蔓延的定性认识(5)1.3.2 林火蔓延的数学模型(6)1.3.3 林火蔓延的计算机模拟(6)1.4林火应急处置中的地图化、数字化(9)1.5灭火作战辅助决策(10)第二章地图化、数字化与信息化需求背景(13)2.1云南省森林火灾及技术现状(13)2.2概述(14)2.2.1 卫星林火监测应用存在的问题与数据化管理需求(15)2.2.2 森林火情采集、指挥与应用的一体化(16)2.2.3 防火业务部门网络化办公与信息共享技术(17)2.2.4 数字化应急指挥辅助决策信息平台技术(18)2.2.5 可视化效果良好的火环境本底数据构建(18)2.3相关技术与发展趋势(19)第三章森林火灾监测预警数字化技术(20)3.1森林火灾热点监测(20)3.1.1 卫星热点监测(20)3.1.2 飞机监测(20)3.1.3 地面监测(21)3.2云南省卫星热点火情监测误差评估技术(22)3.2.1 林火报准率评估(22)3.2.2 卫星热点的报准半径(25)3.2.3 统计结果分析(27)3.3卫星热点火情监测分级预警技术(27)3.3.1 建立分级预警计算的空间数据标准(27)3.3.2 卫星热点分级(29)3.3.3 分级预警的地面核查与管理模式(30)1目录3.3.4 分级预警数字地图数据库(30)3.3.5 分级预警的计算流程(31)3.3.6 分级预警模型的应用(34)3.4全省互联互通的监测预警信息传递及办公信息化平台(34)第四章林火动态蔓延模拟与灭火辅助决策技术(37)4.1林火蔓延的行为模型研究(37)4.1.1 地表火(37)4.1.2 树冠火(37)4.1.3 林火加速(38)4.2基于惠更斯模型林火动态蔓延模拟模型(39)4.2.1 Huygens 原理(39)4.2.2 可燃物因子(40)4.2.3 调整因子(40)4.2.4 坡度转换(40)4.2.5 风的校正(41)4.2.6 风与坡度的矢量合成(42)4.2.7 可燃物湿度场景的设计(43)4.3基于元胞自动机理论的林火动态蔓延模拟模型(44)4.3.1 元胞自动机原理(44)4.3.2 林火的空间自相关分析(45)4.3.3 林火时间自相关性(46)4.3.4 林火蔓延 CA 模型(46)4.4林火蔓延动态模拟 GIS 模块开发(47)4.4.1 开发工具简介(47)4.4.2 技术流程(47)4.4.3 算法设计(49)4.4.4 空间分析(55)4.5灭火作战辅助决策模型研究(55)4.5.1 灭火作战战法概述(55)4.5.2 灭火作战方法与策略(57)4.5.3 灭火作战计算机辅助决策模型的建立(59)4.6通用模型库设计与管理(62)4.6.1 用关系数据库表示产生式规则模型(62)4.6.2 用关系数据库表示灭火作战模型的具体方法(62)4.6.3 模型数据库的维护(67)4.7灭火作战模块开发(68)4.7.1 开发工具简介(68)4.7.2 模块详细设计(68)第五章安全扑救技术(71)5.1扑救人员定位跟踪技术(71)2森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术5.1.1 JK S01 系统芯片(71)5.1.2 GPS 芯片功能与结构(72)5.1.3 SiRFstarIII 芯片介绍(73)5.1.4 TC35i 简介(73)5.1.5 89C5 系列单片机(74)5.2安全评价技术(75)5.2.1 专家打分法(75)5.2.2 森林防火安全评价指标体系(75)5.2.3 建立专家打分表(77)5.2.4 统计所有评估专家对每个指标的评分(77)5.2.5 专家得分计算(77)5.2.6 因子的权重分析(78)5.2.7 专家打分模型的建立(78)5.3紧急避险指挥技术(79)5.3.1 危险火环境(79)5.3.2 紧急避险措施(84)5.3.3 紧急避险辅助决策(84)5.4跟踪及安全监控 GIS 系统(87)5.4.1 总体设计(87)5.4.2 总体架构(88)5.4.3 软件系统功能设计(89)5.4.4 JK S01 研究(94)第六章指挥部与灭火前线部队的数据交互技术(101)6.1火场现状数据快速采集与传递(101)6.1.1 基于 Android 的灭火队伍跟踪与火场数据采集技术系统(101)6.1.2 扑火队伍定位数据采集与传输(102)6.1.3 火场静态照片采集与传输(102)6.1.4 火场动态视频采集与传输(102)6.2调度指挥图式符号标准(102)6.2.1 图式符号的设计(103)6.2.2 引用或参照的标准、规定(103)6.2.3 术语(103)6.2.4 技术规定(103)6.2.5 说明(107)6.3火场现状态势发布(108)6.4火场预估态势发布(109)6.5灭火作战决策的地图表达与发布(110)6.6数据交互 WebGIS 系统(111)6.6.1 系统简介(111)6.6.2 功能设计(111)6.7森林火灾应急处置管理体系数字化建设(112)3目录6.7.1 应急处置管理的建设目标及纲要(112)6.7.2 应急管理体系的主体内容(114)6.7.3 应急处置管理体系建设案例(117)第七章电子地图生产与集成技术(126)7.1技术来源(126)7.1.1 知识产权情况(126)7.1.2 专利情况(128)7.2卫星遥感图像与基础地理底图的可视化技术(128)7.2.1 主要技术特点(128)7.2.2 成果实用性(143)第八章火环境可视化与空间浏览技术(145)8.1Skyline 技术简介(145)8.2三维火环境浏览技术(146)8.3二维半立体可视化技术(147)8.4基于 Skyline 技术的三维可视化系统(150)第九章火环境参数连续模拟与表达(151)9.1基础地理信息数据采集与处理技术(151)9.1.1 DEM 获取(151)9.1.2 坡度计算(151)9.1.3 坡向指数计算(152)9.1.4 地形起伏度计算(154)9.1.5 坡形指数提取(155)9.1.6 沟谷指数提取(156)9.1.7 纬度提取(157)9.1.8 经度提取(157)9.2气象因子的连续化模拟与表达(158)9.2.1 风场模拟与改正(158)9.2.2 温度连续化模拟(179)9.2.3 基于遥感影像的温度反演(186)9.2.4 湿度空间模拟(187)9.3可燃物载量定量化估计(189)9.3.1 可燃物调查与处理(190)9.3.2 室内样地处理(193)9.3.3 可燃物载量定量遥感估计方法(196)9.3.4 定量遥感估计模型(199)9.3.5 可燃物载量间接估测模型(201)9.3.6 模型对比结果(203)9.3.7 可燃物载量的初步估计结果(203)9.3.8 云南松可燃载量与各自变量的相关性分析(205)4森林火灾监测预警和扑救指挥数字化技术