一種基于大數據挖掘的集成化森林防火信息化系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于森林防火技術領域，具體涉及一種基于大數據挖掘的集成化森林防火信息化系統。
【背景技術】
[0002]森林是陸地上最大的生態系統，一直以來森林資源的變化對于全球生態環境、生物多樣性、氣候變化和碳循環等方面有著重要影響，對于維持全球生態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，使得森林火災的發生越來越頻繁。由于森林火災的發生具有突發性、隨機性，并能在短時間內造成巨大的經濟損失，導致森林防火任務變得越來越艱巨。一般森林火災發生處往往遠離居民定居點，因此對其有效監控和及時撲救對防止森林火災發展蔓延十分關鍵。我國現有較為先進的森林消防系統是通過遠程視頻監控監測森林火災的發生發展，通過電話或林業系統配備的通信系統進行通信指揮，森林消防力量攜帶裝備前往撲救。在實際中，森林火災受林地環境、氣象條件等影響，現有森林消防系統中的監測設備并不能有效地提前預警并且及時發現森林火災，而且由于缺乏準確的計算模型，常有誤報情況發生。另外，在火災撲救中因為林區地形復雜往往存在通信死角，引起指揮不暢通，同時現有指揮技術和體系并不能及時將前方信息及后方決策實時有效的交換和展示。
[0003]
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明公開了一種基于大數據挖掘的集成化森林防火信息化系統，全面采集森林多種數據，并將火災預警預測、火災救援、病蟲害預測等功能集成一體。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種基于大數據挖掘的集成化森林防火信息化系統，包括大數據平臺、以及分別與大數據平臺連接的多維度感知子系統、預警預測子系統和多層級應用子系統，所述多維度感知子系統用于采集各類森林數據，大數據平臺對數據進行預處理和計算，所述預警預測系統實現火災預警預測、林火蔓延預測;所述多層級應用子系統用于實現各森林管理系統資源調度與指揮；
所述多維度感知子系統包括林業衛星監測模塊、林業航空監測模塊、林業視頻監控模塊、林區卡口監控模塊、火險要素采集模塊，所述林業衛星監測模塊用于采集衛星遙感數據后傳輸至大數據平臺，所述林業航空監測模塊通過無人機及機上搭載的圖像攝像機、定位裝置以及監測裝置，為大數據平臺提供視頻、圖像、數值數據，拍攝圖像時實時記錄當前定位，攝像機的拍攝方向；林業視頻監控模塊包括設置在森林各地點的監控攝像裝置，監控攝像裝置采集到的圖像以及監控攝像裝置的實時拍攝方向、定位數據、攝像裝置參數傳輸至大數據平臺；林區卡口監控系統包括設置在森林關卡處的監控攝像裝置，用于采集通行車輛和進出山人員實時視頻監控和圖像，并向大數據平臺傳輸攝像裝置的實時拍攝方向、定位數據、攝像裝置參數;火險要素采集模塊用于采集氣象要素以及可燃物要素;瞭望塔監控模塊包括設置在瞭望塔處的監控攝像設備，用于采集森林圖像視頻并將攝像裝置的實時拍攝方向、定位數據、攝像裝置參數傳輸至大數據平臺；巡護監測模塊包括由巡護人員隨身攜帶的無線終端；
所述大數據平臺包括預處理模塊、數據處理與分析模塊、數據庫，所述預處理模塊用于獲取多維度感知子系統提供的各類型數據后對數據進行過濾和篩選，去除錯誤干擾項和無用異常數據;所述數據處理與分析模塊通過不同時間遙感圖像對比，分析出一段時間內各遙感圖像之間的區別點并進行重點標示，經過色度對比篩選出可疑目標，針對可疑目標持續進行實時動態跟蹤，計算可疑目標移動速度和目標范圍擴大速度，并將數據傳輸至預警預測子系統中，預警預測子系統利用目標移動速度和目標范圍擴大速度中的至少一個進行火情判斷;所述數據處理與分析模塊獲得各攝像設備的視頻圖像數據，利用火焰和煙霧的圖像特征識別火焰和煙霧的存在，當圖像中具有火焰和/或煙霧時，即認為發生火情，向預警預測系統發送危險警告信息；當發生火情時，預警預測子系統利用多維度感知子系統中得到的火險要素，結合衛星遙感數據，計算出火災蔓延狀況。
[0006]進一步的，所述預警預測子系統通過以下公式判斷火情:計算綜合變化速度=修正參數目標移動速度+修正參數范圍擴大速度，a和b分別為權重值，當變化速度超過預警閾值時預警預測系統發出危險警告信息，隨即發布火災預警信息。
[0007]進一步的，數據處理與分析模塊通過圖像識別發生火情時，調取相應時間地面拍攝區域內的衛星遙感數據，獲取可疑目標進行精確定位，將定位結果同步發送至預警預測系統。
[0008]進一步的，當衛星遙感數據中發現可疑目標時，同步獲取該可疑目標相應時間拍攝區域內的視頻圖像數據，當可疑目標變化速度過快超過預警閾值且視頻圖像中也出現火情時向預警預測系統發送危險警告信息;或當視頻圖像中出現火情時同步獲取相應時間拍攝區域內衛星遙感數據，當衛星遙感數據中該區域存在可疑目標且變化速度過快時發送危險警告信息。
[0009]進一步的，所述相應時間拍攝區域根據攝像裝置的拍攝方向、位置、時間以及攝像機拍攝距離計算。
[0010]進一步的，所述火災蔓延速率通過下式計算:修正參數*溫度因子*風速*(1-大氣濕度)*風向方向上可燃物燃燒速率*(1-可燃物濕度)*降水量因子。
[0011]進一步的，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簽，每個樣本標簽數小于等于2，并依據場景的不同進行分類。對于采集的視頻文件通過輪廓運動、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]進一步的，所述多層級應用子系統包括森林防火管理模塊、森林執法管理模塊、林火撲救指揮模塊、森林保護模塊。
[0013]與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果:
本發明能夠對森林進行多方位的全面監測，對歷史數據和實時監測的海量林業數據進行挖掘分析，準確地預測、預警森林火災的發生;能夠分析森林火災發展趨勢，提供輔助決策;能夠對森林火災實施空地一體、多手段的撲滅，提供高效準確的設備與人員調配;本系統集成一體化、信息化程度高。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明系統架構圖。
【具體實施方式】
[0015]以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0016]本發明提供了一種基于大數據挖掘的集成化森林防火信息化系統，如圖1所示，包括多維度感知子系統、大數據平臺和預警預測子系統，由多維度感知子系統通過豐富的采集手段向大數據平臺提供各類森林數據，對數據進行篩選和清洗后，在大數據庫平臺上關聯和融合多源數據，并進一步對數據進行計算處理，結合預警預測系統實現森林資源預測、火災預警預測、林火蔓延預測、森林病蟲害預測與分析、違法行為預測功能;還可進一步結合多層級應用子系統實現各森林管理系統資源調度與指揮輔助功能。本系統數據輸入窗口和數據輸出均采用可視化設計，便于操作。
[0017]具體的說，多維度感知子系統包括“空、天”感知，“地面”感知和“人員”感知三個分支，其中“空、天”感知包括林業衛星監測模塊和林業航空監測模塊；“地面”感知包括林業視頻監控模塊、林區卡口監控模塊、火險要素采集模塊；“人員”感知包括瞭望塔監控模塊及巡護監測模塊。多維度感知子系統中的各個模塊均與大數據平臺進行數據交互。由于多維度感知子系統會采集海量數據，本發明采用Spanner數據庫進行存儲，性能優越，大數據平臺采用MapReduce架構，能夠滿足本發明密集計算頻率和巨量數據吞吐率需求。
[0018]林業衛星監測模塊以環境減災衛星、資源衛星、氣象衛星、部分國外衛星數據包括N0AA/AVHRR、TERRA/M0DIS以及CHARTER成員組織提供的援助數據為數據源，將衛星遙感數據傳輸至大數據平臺。基于衛星遙感數據，能夠獲得得到森林地形和植被覆蓋狀況，此外還能對區域的火點、高溫點和森林資源進行準實時動態跟蹤，更快速篩選出價值數據。林業航空監測模塊主要通過無人機實現林業監測，無人機包括固定翼無人機、直升無人機、多軸無人機等，無人機上機載攝像機、定位裝置以及可見光、紅外、氣象要素、氣體成分等監測裝置，為大數據平臺提供視頻、圖像、數值數據，氣象要素數據優選與氣象站氣象數據進行融合。在拍攝圖像時，實時記錄當前定位，攝像機的拍攝方向并傳輸至大數據平臺。林業視頻監控模塊包括設置在森林各地點(包括火災易發地點)的監控攝像裝置，監控攝像裝置采集到的圖像以及監控攝像裝置的實時拍攝方向、定位數據、攝像裝