一種基于大數(shù)據(jù)挖掘的集成化森林防火信息化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于森林防火技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)挖掘的集成化森林防火信息化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]森林是陸地上最大的生態(tài)系統(tǒng)，一直以來森林資源的變化對于全球生態(tài)環(huán)境、生物多樣性、氣候變化和碳循環(huán)等方面有著重要影響，對于維持全球生態(tài)平衡具有不可替代的作用，是極其重要的可再生資源。隨著森林面積以及林木蓄積量逐年增加，再加上氣候條件的多變性，使得森林火災(zāi)的發(fā)生越來越頻繁。由于森林火災(zāi)的發(fā)生具有突發(fā)性、隨機(jī)性，并能在短時間內(nèi)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致森林防火任務(wù)變得越來越艱巨。一般森林火災(zāi)發(fā)生處往往遠(yuǎn)離居民定居點，因此對其有效監(jiān)控和及時撲救對防止森林火災(zāi)發(fā)展蔓延十分關(guān)鍵。我國現(xiàn)有較為先進(jìn)的森林消防系統(tǒng)是通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控監(jiān)測森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展，通過電話或林業(yè)系統(tǒng)配備的通信系統(tǒng)進(jìn)行通信指揮，森林消防力量攜帶裝備前往撲救。在實際中，森林火災(zāi)受林地環(huán)境、氣象條件等影響，現(xiàn)有森林消防系統(tǒng)中的監(jiān)測設(shè)備并不能有效地提前預(yù)警并且及時發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，而且由于缺乏準(zhǔn)確的計算模型，常有誤報情況發(fā)生。另外，在火災(zāi)撲救中因為林區(qū)地形復(fù)雜往往存在通信死角，引起指揮不暢通，同時現(xiàn)有指揮技術(shù)和體系并不能及時將前方信息及后方?jīng)Q策實時有效的交換和展示。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于大數(shù)據(jù)挖掘的集成化森林防火信息化系統(tǒng)，全面采集森林多種數(shù)據(jù)，并將火災(zāi)預(yù)警預(yù)測、火災(zāi)救援、病蟲害預(yù)測等功能集成一體。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種基于大數(shù)據(jù)挖掘的集成化森林防火信息化系統(tǒng)，包括大數(shù)據(jù)平臺、以及分別與大數(shù)據(jù)平臺連接的多維度感知子系統(tǒng)、預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)和多層級應(yīng)用子系統(tǒng)，所述多維度感知子系統(tǒng)用于采集各類森林?jǐn)?shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和計算，所述預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警預(yù)測、林火蔓延預(yù)測;所述多層級應(yīng)用子系統(tǒng)用于實現(xiàn)各森林管理系統(tǒng)資源調(diào)度與指揮；
所述多維度感知子系統(tǒng)包括林業(yè)衛(wèi)星監(jiān)測模塊、林業(yè)航空監(jiān)測模塊、林業(yè)視頻監(jiān)控模塊、林區(qū)卡口監(jiān)控模塊、火險要素采集模塊，所述林業(yè)衛(wèi)星監(jiān)測模塊用于采集衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)后傳輸至大數(shù)據(jù)平臺，所述林業(yè)航空監(jiān)測模塊通過無人機(jī)及機(jī)上搭載的圖像攝像機(jī)、定位裝置以及監(jiān)測裝置，為大數(shù)據(jù)平臺提供視頻、圖像、數(shù)值數(shù)據(jù)，拍攝圖像時實時記錄當(dāng)前定位，攝像機(jī)的拍攝方向；林業(yè)視頻監(jiān)控模塊包括設(shè)置在森林各地點的監(jiān)控攝像裝置，監(jiān)控攝像裝置采集到的圖像以及監(jiān)控攝像裝置的實時拍攝方向、定位數(shù)據(jù)、攝像裝置參數(shù)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺；林區(qū)卡口監(jiān)控系統(tǒng)包括設(shè)置在森林關(guān)卡處的監(jiān)控攝像裝置，用于采集通行車輛和進(jìn)出山人員實時視頻監(jiān)控和圖像，并向大數(shù)據(jù)平臺傳輸攝像裝置的實時拍攝方向、定位數(shù)據(jù)、攝像裝置參數(shù);火險要素采集模塊用于采集氣象要素以及可燃物要素;瞭望塔監(jiān)控模塊包括設(shè)置在瞭望塔處的監(jiān)控攝像設(shè)備，用于采集森林圖像視頻并將攝像裝置的實時拍攝方向、定位數(shù)據(jù)、攝像裝置參數(shù)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺；巡護(hù)監(jiān)測模塊包括由巡護(hù)人員隨身攜帶的無線終端；
所述大數(shù)據(jù)平臺包括預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)處理與分析模塊、數(shù)據(jù)庫，所述預(yù)處理模塊用于獲取多維度感知子系統(tǒng)提供的各類型數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和篩選，去除錯誤干擾項和無用異常數(shù)據(jù);所述數(shù)據(jù)處理與分析模塊通過不同時間遙感圖像對比，分析出一段時間內(nèi)各遙感圖像之間的區(qū)別點并進(jìn)行重點標(biāo)示，經(jīng)過色度對比篩選出可疑目標(biāo)，針對可疑目標(biāo)持續(xù)進(jìn)行實時動態(tài)跟蹤，計算可疑目標(biāo)移動速度和目標(biāo)范圍擴(kuò)大速度，并將數(shù)據(jù)傳輸至預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)中，預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)利用目標(biāo)移動速度和目標(biāo)范圍擴(kuò)大速度中的至少一個進(jìn)行火情判斷;所述數(shù)據(jù)處理與分析模塊獲得各攝像設(shè)備的視頻圖像數(shù)據(jù)，利用火焰和煙霧的圖像特征識別火焰和煙霧的存在，當(dāng)圖像中具有火焰和/或煙霧時，即認(rèn)為發(fā)生火情，向預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)發(fā)送危險警告信息；當(dāng)發(fā)生火情時，預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)利用多維度感知子系統(tǒng)中得到的火險要素，結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，計算出火災(zāi)蔓延狀況。
[0006]進(jìn)一步的，所述預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)通過以下公式判斷火情:計算綜合變化速度=修正參數(shù)目標(biāo)移動速度+修正參數(shù)范圍擴(kuò)大速度，a和b分別為權(quán)重值，當(dāng)變化速度超過預(yù)警閾值時預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)發(fā)出危險警告信息，隨即發(fā)布火災(zāi)預(yù)警信息。
[0007]進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)處理與分析模塊通過圖像識別發(fā)生火情時，調(diào)取相應(yīng)時間地面拍攝區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，獲取可疑目標(biāo)進(jìn)行精確定位，將定位結(jié)果同步發(fā)送至預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步的，當(dāng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)時，同步獲取該可疑目標(biāo)相應(yīng)時間拍攝區(qū)域內(nèi)的視頻圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)可疑目標(biāo)變化速度過快超過預(yù)警閾值且視頻圖像中也出現(xiàn)火情時向預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)發(fā)送危險警告信息;或當(dāng)視頻圖像中出現(xiàn)火情時同步獲取相應(yīng)時間拍攝區(qū)域內(nèi)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，當(dāng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中該區(qū)域存在可疑目標(biāo)且變化速度過快時發(fā)送危險警告信息。
[0009]進(jìn)一步的，所述相應(yīng)時間拍攝區(qū)域根據(jù)攝像裝置的拍攝方向、位置、時間以及攝像機(jī)拍攝距離計算。
[0010]進(jìn)一步的，所述火災(zāi)蔓延速率通過下式計算:修正參數(shù)*溫度因子*風(fēng)速*(1-大氣濕度)*風(fēng)向方向上可燃物燃燒速率*(1-可燃物濕度)*降水量因子。
[0011]進(jìn)一步的，所述火焰和煙霧的識別方法包括以下步驟:首先建立煙霧和火焰的樣本庫，并對樣本庫加上火焰和煙霧的標(biāo)簽，每個樣本標(biāo)簽數(shù)小于等于2，并依據(jù)場景的不同進(jìn)行分類。對于采集的視頻文件通過輪廓運(yùn)動、頻率、顏色及能量特征分析，判斷是否存在煙霧和火焰的特征。
[0012]進(jìn)一步的，所述多層級應(yīng)用子系統(tǒng)包括森林防火管理模塊、森林執(zhí)法管理模塊、林火撲救指揮模塊、森林保護(hù)模塊。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
本發(fā)明能夠?qū)ι诌M(jìn)行多方位的全面監(jiān)測，對歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測的海量林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，準(zhǔn)確地預(yù)測、預(yù)警森林火災(zāi)的發(fā)生;能夠分析森林火災(zāi)發(fā)展趨勢，提供輔助決策;能夠?qū)ι只馂?zāi)實施空地一體、多手段的撲滅，提供高效準(zhǔn)確的設(shè)備與人員調(diào)配;本系統(tǒng)集成一體化、信息化程度高。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0016]本發(fā)明提供了一種基于大數(shù)據(jù)挖掘的集成化森林防火信息化系統(tǒng)，如圖1所示，包括多維度感知子系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺和預(yù)警預(yù)測子系統(tǒng)，由多維度感知子系統(tǒng)通過豐富的采集手段向大數(shù)據(jù)平臺提供各類森林?jǐn)?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和清洗后，在大數(shù)據(jù)庫平臺上關(guān)聯(lián)和融合多源數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，結(jié)合預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)實現(xiàn)森林資源預(yù)測、火災(zāi)預(yù)警預(yù)測、林火蔓延預(yù)測、森林病蟲害預(yù)測與分析、違法行為預(yù)測功能;還可進(jìn)一步結(jié)合多層級應(yīng)用子系統(tǒng)實現(xiàn)各森林管理系統(tǒng)資源調(diào)度與指揮輔助功能。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入窗口和數(shù)據(jù)輸出均采用可視化設(shè)計，便于操作。
[0017]具體的說，多維度感知子系統(tǒng)包括“空、天”感知，“地面”感知和“人員”感知三個分支，其中“空、天”感知包括林業(yè)衛(wèi)星監(jiān)測模塊和林業(yè)航空監(jiān)測模塊；“地面”感知包括林業(yè)視頻監(jiān)控模塊、林區(qū)卡口監(jiān)控模塊、火險要素采集模塊；“人員”感知包括瞭望塔監(jiān)控模塊及巡護(hù)監(jiān)測模塊。多維度感知子系統(tǒng)中的各個模塊均與大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。由于多維度感知子系統(tǒng)會采集海量數(shù)據(jù)，本發(fā)明采用Spanner數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，性能優(yōu)越，大數(shù)據(jù)平臺采用MapReduce架構(gòu)，能夠滿足本發(fā)明密集計算頻率和巨量數(shù)據(jù)吞吐率需求。
[0018]林業(yè)衛(wèi)星監(jiān)測模塊以環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、部分國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括N0AA/AVHRR、TERRA/M0DIS以及CHARTER成員組織提供的援助數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺?；谛l(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，能夠獲得得到森林地形和植被覆蓋狀況，此外還能對區(qū)域的火點、高溫點和森林資源進(jìn)行準(zhǔn)實時動態(tài)跟蹤，更快速篩選出價值數(shù)據(jù)。林業(yè)航空監(jiān)測模塊主要通過無人機(jī)實現(xiàn)林業(yè)監(jiān)測，無人機(jī)包括固定翼無人機(jī)、直升無人機(jī)、多軸無人機(jī)等，無人機(jī)上機(jī)載攝像機(jī)、定位裝置以及可見光、紅外、氣象要素、氣體成分等監(jiān)測裝置，為大數(shù)據(jù)平臺提供視頻、圖像、數(shù)值數(shù)據(jù)，氣象要素數(shù)據(jù)優(yōu)選與氣象站氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。在拍攝圖像時，實時記錄當(dāng)前定位，攝像機(jī)的拍攝方向并傳輸至大數(shù)據(jù)平臺。林業(yè)視頻監(jiān)控模塊包括設(shè)置在森林各地點(包括火災(zāi)易發(fā)地點)的監(jiān)控攝像裝置，監(jiān)控攝像裝置采集到的圖像以及監(jiān)控攝像裝置的實時拍攝方向、定位數(shù)據(jù)、攝像裝