森林烟火自动识别预警与定位系统-机器人视觉研究组机器人学国家

森林烟火自动识别预警与定位系统 中国科学院沈阳自动化研究所 • 机器人学国家重点实验室

第一章系统概述

1.1引言

林业是生态建设的主体，在保持经济和社会发展中有着不可或缺的作用，在生物的进化过程中起着巨大的作用。然而，森林的头号天敌——森林火灾，不仅时时刻刻威胁着森林的安全，造成森林资源的重大损失而且引起全球性的环境污染。

我国是一个森林资源大国，然而又是一个森林资源小国，人均森林资源不足世界品均水平的50%，保护森林资源的重要性不言而喻。然而，新中国成立以来，森林火灾频频发生严重地威胁着森林资源的安全。1987年5月的大兴安岭森林火灾，共计烧毁70万公顷林地、85万立方米原木、2488台各种设备、677座桥梁和涵洞、9.2公里铁路线、483公里通讯线路、284公里输变电线路、325万斤粮食、61.4万平方米房屋等，直接经济损失达到5.2666亿元，间接经济损失达到63.37亿元；1997年6月“6·22喀纳斯森林火灾”， 共计烧毁100公顷林地、150立方米原木、8000平方米房屋等，直接经济损失达到385万元，间接经济损失达到2356万元；2005年7月“7.27乌玛森林火灾” 共计烧毁80公顷林地、125立方米原木、6572平方米房屋等，直接经济损失达到327万元，间接经济损失达到1895万元；2005年9月黑龙江嫩江“9·29特大草地森林火灾”，火灾过火面积约1.033万公顷,受害森林面积2231公顷，共计烧毁2.3万立方米原木，1.27万平方米房屋等，直接经济损失达到5325万元，间接经济损失达到3.24亿元； 2007年4月福建省“安仁乡森林火灾”，共计烧毁53公顷林地、76立方米原木、4583平方米房屋等，直接经济损失达到254万元，间接经济损失达到1235万元；2009年4月黑龙江省伊南河森林火灾，共计烧毁321万公顷林地、123万立方米原木、73.5万平方米房屋等，直接经济损失达到3.57亿元，间接经济损失达到38.6亿元。森林火灾不仅严重地吞噬着森林资源，而且给人民的生活和生命安全带来了严重地威胁。

目前我国的森林面积为19545.22万公顷，森林覆盖率为20.36%，人均森林资源不足世界平均水平的50%。近些年来森林火灾频频发生，使我国的森林资源造成巨大的损失。

表1-1为2000年到2009年由于森林火灾造成的森林资源损失以及直接经济损失。

表1-1 2000年-2009年我国森林火灾损失

通过表1-1可以看出，近10年来，平均每年我国森林火灾造成森林资源损失达到40.76万公顷，直接财产损失13.645亿元，由于森林火灾我国每年损失了大量的森林资源，森林火灾已经严重威胁了森林资源的安全、人民生活的安全和人类社会的安全，并给国家造成巨大的经济损失。

因此，保护森林资源免受森林火灾的侵袭不仅是保护森林生态系统，更重要的是保护人民生活和生命的安全。及早发现火情并及时对其扑救对于森林保护就显得尤为重要。

1.2目前森林防火技术

森林火灾不仅对人民生活的稳定造成极大的影响，而且对人类生存的环境造成极大的威胁，因此森林火灾成为世界上每个国家防范自然灾害的重中之重。然而，由于各个国家科技实力的不同所采用的森林火灾防火技术也不相同，国外主要采用飞机巡逻或卫星监控为主，国内主要采用人工瞭望或卫星遥感为主。

1.2.1 国外通常森林防火技术

1)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，是一种陆地数字化远距离观察系统，能够对大面积的森林地区进行观察，系统被安装在30-65米高的地方，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。

2)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，装备“中

等分辨率成像分光辐射谱仪”来探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。而美国国家航空航天局于1999年发射“大地”，耗资却超过13亿美元。有两颗卫星发回的图像画面清晰度、精确度和详细程度都较低。另有五颗卫星的运行轨道和周期不合理，在北美地区上空留有12小时的空白时段。美国开始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。

3)澳大利亚：澳大利亚的林火监测系统由多部分组成

一是全国各地无偿开通了“000”紧急报警电话，群众发现森林火情后可迅速举报；二是高山了望塔了望，高火险时24小时观测；三是消防队员巡逻；四是飞机巡护；五是使用红外监测、GPS在空中定位；六是

卫星遥感技术监测；七是采用可光的方式进行航拍；

八是空中扫描探测。

4)加拿大：加拿大采用卫星巡回监测系统

加拿大采用两颗卫星每天在该国上空飞行5次，

每次检测1000平方公里，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，发布短期和中长期气象预报，但卫星信息有14%误差，因此，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，以此作为卫星信息的重

要补充，但仍然存在误差，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。

1.2.2国内通常森林防火技术

1)地面巡护

主要是通过宣传群众，控制人为火源，同时深入了望台观测的死角进行巡逻，并且对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。

地面巡护森林防火监控技术的缺点：

(1)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；