科技计划(软件类参考)

上传者：陈于平
|
上传时间：2015-05-04
|
密次下载

科技计划(软件类参考)

参考文档

1 立项的背景与意义

1.1 立项背景目前全世界平均每年发生森林火灾22万次，受灾面积达1000万公顷，约占森林总面积

的1permil;。世界各地的森林火灾发生不均匀，在世界各大洲中，以大洋洲森林火灾最为严重，其次是北美洲，最少为北欧。有的国家森林资源丰富，森林火灾也严重，如美国、加拿大、俄罗斯等，森林覆盖率在30%以上，年均火灾面积在百万公顷以上。美国、加拿大、澳大利亚及欧州主要国家的林火管理水平、经费投入、防控森林火灾能力都处于世界领先水平，其火灾统计资料也比较全面准确。

我国森林覆盖率16.55%，人均占有森林面积仅相当于世界人均占有量的21.3%，人均森林蓄积量只有世界人均蓄积量的1/8；森林覆盖率只相当于世界森林覆盖率的61.3%。

1950年以来，我国年均发生森林火灾13067起，受害森林面积653019公顷，因灾伤亡 580人，平均每年森林火灾1.3万次，森林火灾发生率10.8次/10万公顷/年，森林燃烧率

6.9permil;。其中1988年以前，全国年均发生森林火灾15932起，受害森林面积947238公顷，因灾伤亡788人（其中受伤678人，死亡110人）。1988年以后，全国年均发生森林火灾 7623起，受害森林面积94002公顷，因灾伤亡196人（其中受伤142人，死亡54人），分别下降52.2%、90.1%和75.3%。

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。森林防火工作是我国防灾减灾工作的重要组成部分，是国家公共应急体系建设的重要内容，是社会稳定和人民安居乐业的重要保障，是加快林业发展，加强生态建设的基础和前提，事关森林资源和生态安全，事关人民群众生民财产安全，事关改革发展稳定的大局。简单的说，森林防火就是防止森林火灾的发生和蔓延，即对森林火灾进行预防和扑救。

预防森林火灾的发生，就要了解森林火灾发生的规律，采取行政、法律、经济相结合的办法，运用科学技术手段，最大限度地减少火灾发生次数。扑救森林火灾，就是要了解森林火灾燃烧的规律，建立严密的应急机制和强有力的指挥系统，组织训练有素的扑火队伍，运用有效、科学的方法和先进的扑火设备及时进行扑救，最大限度地减少火灾损失。

森林扑火的基本原则：“打早、打小、打了” 。

森林防火工作的方针。“预防为主，积极消灭” 。

2009年1月1日，新的《森林防火条例》颁布实施，进一步健全了森林防火组织，完善了森林防火责任制，着力提高森林火灾预防和扑救能力，体现了以人为本、依法治火的理念和原则，确保国家和人民群众生命财产安全和生态安全。

目前，基于无线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控领域。我公司研发的“森林防火监控及林业资源管理预警系统”，由森林防火指挥部监控中心、无线传输系统，以及前端采集点构成。是目前市面上最实用的森林防火监控预警系统。

1.2 立项意义

“森林防火监控及林业资源管理预警系统”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。

综上所述，本项目的实施对长沙市以及全国的森林防火及保护起到了促进作用，对于林业资源管理的规范和完善也具有十分重要的意义。

参考文档

2 国内外研究现状与发展趋势 2.1 研究现状 2.1.1 国外现状

1、全球森林资源的概况

森林覆盖地球土地面积的31%，世界森林总面积仅略超过40亿公顷，相当于人均0.6公顷。世界森林总蓄积量为5270亿立方米。

世界范围内森林资源分布不均匀，森林面积最大的10个国家：俄罗斯联邦、巴西、加拿大、美国、中国、刚果民主共和国、澳大利亚、印度尼西亚、苏丹、印度。全球森林面积正逐渐减少。

2、世界森林的国别分布

在国家层面，仅俄罗斯联邦一国就占世界森林总面积的20%。

分别拥有1亿公顷以上森林的国家有7个，森林资源最丰富的10个国家（俄罗斯联邦、巴西、加拿大、美国、中国、刚果民主共和国、澳大利亚、印尼、苏丹和印度）占森林总面积的67%。其余的33%则分布在213个国家和地区。有10个国家和地区（摩纳哥、卡塔尔等）报告没有符合2010年森林资源评估中定义的森林。在有些国家，森林砍伐（主要将热带森林转变为农业用地）出现下降迹象，但在另一些国家，速度仍很高。过去十年中，每年有大约1300万公顷的森林被转作其他用途或因自然原因消失，而20世纪90年代则每年为大约1600万公顷。在上世纪90年代森林净损失率最高的巴西和印度尼西亚，损失率已明显降低，而在澳大利亚，自 2000年以来严重的干旱和森林火灾致使森林损失情况恶化。

3、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 150℃～200℃，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。

2.1.2 国内现状

进入新世纪以来，我国林业贯彻“生态建设、生态安全、生态文明”的战略思想，坚持 “严格保护、积极发展、科学经营、持续利用”的指导方针，实施以生态建设为主的林业发展战略，森林资源保护与发展取得了显著成绩。但在森林防火还存在以下困难：

1、经费困难

森林防火基础设施差是制约森林防火工作的重要原因。各地森林防火预防与扑救经费少，无力对森林防火基础设施进行投入，森林防火站点条件十分简陋，且数量不足；防火道路年久失修，毁坏严重；通讯不畅，森林火灾扑救手段落后，机具不够，快速反应能力差

参考文档

，对重特大火灾缺乏控制能力。 2、火源管理困难森林无论是山地林区，还是平原荒漠林区，森林与草原镶嵌分布，林牧交错，林区同时也是重要的牧区，而许多森林火灾都是由草原火引发的，因而存在着极大的火灾隐患。林区蕴藏着丰富的野生动、植物资源及大量的矿产资源，多年来从事采药、狩猎、找矿采矿等人员有增无减。他们大量进入林区活动，违法滥用火源，时常造成森林火灾。同时，地区大部分旅游点，都是以森林景观为背景的自然景区，但森林防火紧要期与旅游旺季均在每年的6-10月份，伴随着森林旅游业的发展，进入林区的人数逐年增加，森林防火任务压力也越来越大。火险等级高由于封育的结果，目前林区卫生条件很差，枯枝落叶，干草腐殖质逐年增多、积累，林内可燃物载量增多，一旦着火，遇上大风等恶劣天气，极易酿成大灾。 3、气候条件十分不利 20世纪80年代以来，厄尔尼诺、拉尼娜现象的影响日益频繁剧烈，干旱、高温、大风或极端低温冻害等异常天气明显增多，全球森林火灾频繁发生。哈密地区近年来也出现了历史少见的大风，高温，干旱少雨等天气，旱情严重，火险等级偏高，这些高火险天气的出现，对森林防火极为不利。 4、科技含量低森林防火基础设施和扑火装备落后，森林防火器具灭火器材、交通、瞭望、通讯等设施需要改进和完善，森林防火工作的科技含量低，在防扑火工作上缺乏先进的宣传、信息采集，火场监测等设备，也没有现代高科技扑火指挥中心。 2.1.3 国内采用的监测方法 1、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。 2、瞭望台监测瞭望台监测，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。 3、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。 4、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，反映第 13 页共 46 页

参考文档

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。弥补以上手段不足，我公司“森林防火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。

2.2 发展趋势

1、林业地理数据采集自动化

1.1 地形图和专题图输入自动化

国外发达国家(如美国、加拿大) 在这方面研究已经取得很大进展, 并已进入实用阶段。其原理是利用扫描数字化仪(Scannero r Xcan digit izer) 对地形图和其它专题图进行扫描, 依据模数转换原理将图形转换为离散的数字量, 实现图形数字化。采用扫描仪自动输入地图可以大大降低手工地图输入强度, 但自动输入处理工作量非常大。如对扫描仪生成的地图数据进行边界跟踪, 识别符号注记, 曲线交叉、间断等方面的处理给地图输入自动化带来一些难题。

1.2 遥感图象专题内容的自动解译

这项工作是将卫星和飞机扫描得到的光学图象或数字图象, 由计算机自动解译为数字地图。这是当前各国在“3S”技术应用方面的一个研究热点。美国和北约在科索沃战争中将数字地图应用于飞机导航, 轰炸南斯拉夫的大量数据表明, 其自动解译水平已经达到了相当高的精度。遥感图象专题内容的自动解译工程量大、涉及领域广, 目前除军事上取得较好的效果外, 在其它方面的应用还仅是初步的。如在抽取光谱特征、形状特征、纹理特征及高程信息等方面, 还有很多问题有待进一步研究解决。

2、林业地理信息的智能化

人工智能技术在各个领域用于解决复杂问题, 实现G IS 智能化也将成为今后一个时期的追求目标。从发展趋势上看, 地理信息系统智能化将主要集中在地学知识获取与表达、地学知识库与管理、推理机开发等3 个方面的研究上。能否找到一种完全适合地学知识获取和方法, 如何实现地学知识宝库象关系数据库一样的操作, 怎样摸拟地学专家解决问题的思维过程和方法构造符合地学要求的推理机, 这都将成为GIS 智能化的关键。近些年来, 有人正在进行把神精网络的方法引进G IS 智能化的探索, 以提高G IS 的应变能力。

3、林业地理信息系统共享与网络化

目前,各国乃至各部门拥有的地理信息系统五花八门, 还不能做到信息共享。随着计算机局域网和远程网的发展, 以及“信息高速公路”的开通, 必将要实现一个区域、一个国家至世界各地信息系统的网络化。进而可以及时快速从各地地理信息库中获取资源、环境和经济信息, 实现地理信息的共享。为此, 必须制定统一的数据规范标准和相应的编码体系, 采用通用数据交换格式, 解决分布式地理数据库接口技术。

4、林业管理系统用户界面友好化

在全球范围内, 地理信息系统正在以前所未有的速度发展, 越来越多的用户加入到使用地理信息行列。这就要求未来的GIS 界面更加友好、更加方便用户。多媒体技术必将在实现 GIS 用户界面友好化方面发挥更大的作用。多媒体技术是一种界面技术, 随着计算机的进一步发展, 大容量光盘的广泛应用及多媒体专用芯片的生产, 多媒体技术必将在地理信息系统中广为应用, 使GIS 界面技术向着更加接近人的自然方式发展, 实现人与GIS 系统在自然方式下更加友好地交流。

第 14 页共 46 页

参考文档

3.1 实施主要内容 3.1.1 系统特点

“森林防火监控及林业资源管理预警系统”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。该系统具备以下特点：

1、数字回显云台结合GIS，火点精确经纬度定位。

2、林火自动识别系统，实现火情自动报警。

3、纳米波滤光技术穿透烟雾，清晰成像。

4、短信发布火情信息，及时迅速。

5、野外设备防盗报警系统，有效防止设备丢失和人为破坏。

3.1.2 系统功能

“森林防火监控及林业资源管理预警系统”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。