森林火灾监测、预警与决策支持系统的研究

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森林 火灾监测 、 预警 与决策支持 系统 的研究
刘 禹
（ 黑龙江省计算 中心， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ６ ） 摘 要： 建设 森林 火灾监测 、 预警与决策支持 系统 ， 将在 当前的森林 防火和将 来的生态环境 建设 中具有重 大的作用。它将森林气象因 子 采集、 无 线传 感器网络和应用领域数据有机地结合在 一起 ， 它所提供 的数据和信 息将在 森林 火灾系统模 型下进 行分析和评测 ， 产生森 林 防火预警 结果 ， 为政 府或 林业主管部 门提供森林 防火宏观决策 、 指挥 管理、 生态资源规 划及 建设 ， 实现社会、 经济的高速发展和 自然 、 生 态环境 的有效保护 ， 保证 可持 续发展 。 关键词 ： 森林防火 ； 气象因子 ； 无线传感 网络 ； 决策支持
１ 概 述 子数据监测 中的不足 ， 主要在能量 的基础上对 Ｌ ＥＡ Ｃ Ｈ做出改进 ， 以 森林是全球生态系统的重要组成部分 ， 是人类 社会 生存 发展与 适应 实际需要 。 基于 Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ 的定位手段 ， 结合多维定标技术和同事定 生态环境演变不可或缺的重要物质 基础 。 森林火灾是人类所面临的 位构 图的思想 ， 设计相对定位算法 ， 以实现 网络的拓扑控制 。 通过最 最重要 的自然灾害之一 ， 给人们 的生命财 产造成严 重的威胁 。本研 小距离聚类法 ， 融合多传感 器的感知数据 ， 提高数据融合结 果客观 究 以实时采集的森林火灾相关因子为基础数据 ， 引入关 联规则数据 性的同时 ， 减小数据的传输量 ， 以延 长网络生命周期。 挖掘技术对火情信息进行 分析监控 ， 建立在林火发 生的第一时间智 结 合森林环 境的特点 ，通过对动态 电压调整技 术进行优 化研 能启动应 急灭火措施 ， 同时 提供 合理 、 科学 、 实用的森林火 灾监测 、 究 ， 实现在不影响处理器性 能的前提下 ， 通过性能预测软件 根据处 预警与扑救方案的智 能决 策支持 系统 。 理器 的繁忙程度调整处理器的工作 电压 和工作频 率 ， 达到降低芯片 采 用理论计 算和物理模拟相结 合的方法 ， 从采集森林火 灾相 关 功耗 的 目的， 以实现无线传感器 网络系统生命期的最大化。采用多 因子人手 ， 分析火险隐患规律及概率 。通过试验 ， 结合硬件 ， 实现森 种定 位方法相结合 的技 术 ， 改进 多维定标技术 ， 在定位过程 中减 少 林 消防防火阀用智能驱动器的 自动监测 ， 出水 和复位 等为火 灾发生 信标节点数量 的同时提高定位的精度 。 通过对无线传感 器网络 的多 提供预防应 急准备。通过定性模 型与理论计 算预测火行为 ， 模 拟相 跳路 由协议 Ｌ Ｅ ＡＣ Ｈ算 法进行优化 ，实现无线传感器 网络进行 自组 似火情 建立 森林火 险智能 预防与决策支持系统 。 织、 自配置 ， 提高网络的生存 时间。 ２森林气 象因子数 据实时采集 针对传统的 Ａ ｐ ｒ ｉ ｏ ｒ ｉ 算法需要产生大量的候选项集 ， 另外该算法 在进行森林气象 因子数据监测 和传输 时 ， 要对多种条件下 的环 需要多次重复扫描数据库 的不 足 ， 项 目提 出一种产生频繁项集的有 境进行 同时测量 ， 通常需要对风向 、 风速 、 温度 、 湿度、 光照 、 降水量 、 效算法 ， 利用 ０和 １的数据存储方式来表示影响火险因素在火情 信 蒸 发量 、 二氧化碳 和土壤含水量等指 标监测 ， 发生火灾 等突发事 件 息集 各事务中 的支持情 况 ， 提 出一种新 的不需要产生候选 集 ， 并 且 时还须精确定位火灾发生地 ， 为系统模型提供气象 因子数据 。利用 只需要扫描一次数据库的关联 规则算法 ， 分析各因素造成火险的规 无 线传感器 网络 ， 将 大量的节点播撒 到需要监测 的区域 ， 即可实 现 律及概率机制 。 气象 因子数据 的测量与传输 。 火行为 图像处理研究及其算法实现 ， 提 出各火点周 围火行 为图 利用无线传感 网络监测有着突 出优势 ： 像的概率特征融合模 型 ， 为火灾的识别判断以及火行为跟踪 奠定理 传感器节点体积小 、 数量 大 ， 整个森林监测可 以一 次布置到位 ， 论基础。 每个传感器节点均可准确及时地采集环境数 据 ， 并汇总到基站 ； 结合森林火灾实地情况 ， 提出一种 基于案例推理的决策分析方 无线传感器节点本身具有一定 的计算 和存储能力 ， 可 以对环境 法 ， 为森林火灾预防与决策 选择 提供理论支持 。 的变化进行较为复杂 的监控和判断 ，同时又具有无线 通信 能力 ， 可 ７结 论 以进行 节点 间协 同监控 ，并能在 网络遭到破坏 时进行 自动恢复组 建设森林 火灾监测 、 预警 与决策支持 系统 ， 将在 当前 的森林 防 网、 传 递信息等功能。 火和将来的生态 环境建设 中具有重大的作用 。 它将森林气象因子采 ３火情信息监测与分析 集无线传感 器网络和应用领域数据有机地结合在一起 ， 提供 的数据 以植被 类型 、 高程 、 坡向、 坡度、 道路 网 、 水 系缓 冲区 、 气温、 降 和信息将在森林 防火 系统模型下进行分析和评测 ， 产生森林 防火预 水、 相对湿度 以及森林气象 因子数据等 因素作为预测火险的基本指 警结果 。为政府或林 业主管部 门提供 防森林 火宏观决策 和指挥管 标 ，利用改进 的关联规则数据挖掘技术挖掘火险 出现 的关联规 则 ， 理、 生态资源规划及建 设 ， 实 现社 会 、 经济 的高速 发展和 自然 、 生态 研究实时监控分析森林火情的方法。 制作火情监测多通道合成彩色 环境的有效保护 ， 保证 可持续发展 。 图像 、 火点 信息列表 等各类火情监测信 息 ， 及时 向防火部 门传送 ， 为 参 考 文 献 有关领导和业务人员 了解火灾发展态势 、 制订 防火 、 扑火决策 ， 分析 【 １ 】 赵 凤君， 舒 立福 等． 森林 火险 中长期预 测预 报研究进展 ［ Ｊ ］ ． 世 界林 火险天气提供了大量信息。 业研究， ２ ０ ０ ７ ， ２ ０ （ ２ ） ： ５ ５ — ５ ９ ． ４火 行 为 跟 踪 预 测 【 ２ 】 李光辉等． 基－ Ｉ － Ｊ Ｌ线传感器 网络的森林火 灾监测预警 系统『 Ｊ １ ． 传感 基于概率 的火行为蔓延 图像表示方法 ，对火行 为进行跟 踪预 技 术学报， ２ ０ ０ ６ ， （ ６ ） ： ６ ９ — ７ ２ ． 测 。对不 同火点火行为采用分区局部搜索算法跟踪火势 ， 经过对观 ［ ３ ］ Ｚ ｒ 鲁 河等． 森林 防火辅助决 策支持 系统的设计 与 实现 ［ Ｊ ］ ． 管理科 测数据进行处理后得到的火行 为的概率信息创建火势走 向地图。 学． ２ ０ ０ ３ ， １ ６ （ ３ ） ： ２ １ — ２ ４ ． ５森林火灾监测、 预警与决策支持 系统 结合森林 实地火情信 息分析结果 ， 基 于案例 推理算法 建立 火灾 智 能决策 系统 ， 实 现机器学 习 、 搜索调 用 、 结果 输出等功能 ， 智 能指 导消防人员 扑救及疏散群众等决策 。 并就灾后扑救决策评估及时更 新案例库 。 ６关 键 技 术 分 析