CN106157513A - 森林火灾遥感监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及森林火灾遥感监测方法，包括三个部分，分别为数据中心建设、运营中心建设及终端设备研发，所述数据中心建设包括卫星地面站接收天线、数据接收模块、天线控制模块和遥感监测数据处理模块，运营中心建设包括林火监测信息增值模块和林火报警信息打包模块，终端设备研发的终端硬件设备主要有两类，一类是桌面终端，主要用于各级领导或中心的办公室，实时接收本地区的林火报警信息及其他定制服务；另一类是手持移动终端，主要配备至一线防火林业人员手中，用于实时接收本单位管辖范围的林火报警信息与其他定制服务信息。
Description
技术领域
本发明涉及林业防火技术领域，尤其涉及森林火灾遥感监测方法。
背景技术
森林火灾是森林的主要灾害之一，森林火灾不仅严重破坏森林资源，造成巨大经济损失，而且造成灾区及周边地区环境的严重污染。森林火灾的扑救管理在全球范围内都是一个难题。随着国家经济建设的不断发展，人们的经济活动也极为活跃，森林火灾的因素也大为增加，森林火灾的预防与报警、扑救难度也大大增加。在加之类似云南多年大旱这样的气候反常现象，每年重大森林火灾的消息不绝于耳，防火形势日益严峻。
森林火灾因为常常处在深山老林中，不易发现，故而发现火灾并即时告知对于早扑灭火灾具有重要意义。现有做法主要有：兴建了望塔，这是国内目前存在较多的方式，技术落后，受地形地势的限制等，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，且准确率相对较低，误差大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种更为有效的森林火灾遥感监测方法。
本发明是这样实现的，森林火灾遥感监测方法，包括三个部分，分别为数据中心建设、运营中心建设及终端设备研发，所述数据中心建设包括卫星地面站接收天线、数据接收模块、天线控制模块和遥感监测数据处理模块，用于控制卫星地面站接收天线的接收角度实时接收不同过境卫星的卫星遥感监测数据信号；
所述运营中心建设包括林火监测信息增值模块和林火报警信息打包模块，用于获取并存储各地区林火相关实时信息和林火相关静态信息，林火报警信息打包模块用于将各地的所述林火监测信息进行分类，同时加入火灾发生地的所述林火相关实时信息和所述林火相关静态信息，并与林火地理位置信息进行整体打包推送，省级与市级应用单位可实时接收本辖区范围的林火报警信息、历史数据及其他增值服务；
所述终端设备研发的终端硬件设备主要有两类，一类是桌面终端，主要用于各级领导或中心的办公室，实时接收本地区的林火报警信息及其他定制服务；另一类是手持移动终端，主要配备至一线防火林业人员手中，用于实时接收本单位管辖范围的林火报警信息与其他定制服务信息。
进一步的，所述卫星地面站接收天线能不间断地接收多个气象卫星的遥感信息数据，以获得全国各地的遥感数据，通过对遥感数据的分析、处理，自动进行火情监测，生成火情图像与林火信息，气象卫星上载有AVHRR，即甚高分辨率辐射仪，接收地面上发射和反射的辐射，经过处理获得甚高分辨率数字化云图，从而获取各种信息，AVHRR的第三通道是波长为3.55～3.93Λm的热红外线，对温度特别是600℃以上的高温比较敏感，该通道的等效温差为0.12℃，森林火灾的火焰的一般温度远在600℃以上，在波长为3～5Λm红外波段上有较强辐射，而其背景林地植被的地表温度一般仅为20～30℃，甚至更低，与火焰有较大的反差，在图象上可清晰地显示出来，在白天利用通道3为红色，以1、2两个可见光通道为蓝色和绿色的伪彩色合成的图象上，可以清晰显示地表的地理特征和植被信息，在晚上，利用AVHRR的红外4、5通道取代可见光1、2通道下，合成的图象仍可辨部分地物信息，而林火明显地显示为亮红色的热点，因此，只需进行卫星遥感图像的栅格算法自动提取，即可气象卫星林火监测数据的自动识别，既可用于林火的早期发现，也可用于对林火的发展蔓延情况进行连续跟踪监测，还可用于过火面积及损失计算，应用AVHRR的第4、5通道提取地表温度、湿度等信息，可为森林火险天气预报提供部分地面实况信息，应用AVHRR的第1、2通道可以提取地面的植被指数，可进行宏观的森林资源监测和火烧迹地植被恢复3的监测工作。
本发明提供的森林火灾遥感监测方法的优点在于：本发明提供的森林火灾遥感监测方法，便于实现，且容易操控，便于使用，容易发现深山老林中的火灾，能够及时告知并能够及早扑灭火灾。不需要兴建了望塔，技术先进，不受地形地势的限制，覆盖面广泛，无死角和空白，采用本发明所提供的方法，不仅准确率相对较高，而且误差小。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
森林火灾遥感监测方法，包括三个部分，分别为数据中心建设、运营中心建设及终端设备研发，所述数据中心建设包括卫星地面站接收天线、数据接收模块、天线控制模块和遥感监测数据处理模块，用于控制卫星地面站接收天线的接收角度实时接收不同过境卫星的卫星遥感监测数据信号。
所述运营中心建设包括林火监测信息增值模块和林火报警信息打包模块，用于获取并存储各地区林火相关实时信息和林火相关静态信息，林火报警信息打包模块用于将各地的所述林火监测信息进行分类，同时加入火灾发生地的所述林火相关实时信息和所述林火相关静态信息，并与林火地理位置信息进行整体打包推送，省级与市级应用单位可实时接收本辖区范围的林火报警信息、历史数据及其他增值服务。
所述终端设备研发的终端硬件设备主要有两类，一类是桌面终端，主要用于各级领导或中心的办公室，实时接收本地区的林火报警信息及其他定制服务；另一类是手持移动终端，主要配备至一线防火林业人员手中，用于实时接收本单位管辖范围的林火报警信息与其他定制服务信息。
所述卫星地面站接收天线能不间断地接收多个气象卫星的遥感信息数据，以获得全国各地的遥感数据，通过对遥感数据的分析、处理，自动进行火情监测，生成火情图像与林火信息，气象卫星上载有AVHRR，即甚高分辨率辐射仪，接收地面上发射和反射的辐射，经过处理获得甚高分辨率数字化云图，从而获取各种信息，AVHRR的第三通道是波长为3.55～3.93Λm的热红外线，对温度特别是600℃以上的高温比较敏感，该通道的等效温差为0.12℃，森林火灾的火焰的一般温度远在600℃以上，在波长为3～5Λm红外波段上有较强辐射，而其背景林地植被的地表温度一般仅为20～30℃，甚至更低，与火焰有较大的反差，在图象上可清晰地显示出来，在白天利用通道3为红色，以1、2两个可见光通道为蓝色和绿色的伪彩色合成的图象上，可以清晰显示地表的地理特征和植被信息，在晚上，利用AVHRR的红外4、5通道取代可见光1、2通道下，合成的图象仍可辨部分地物信息，而林火明显地显示为亮红色的热点，因此，只需进行卫星遥感图像的栅格算法自动提取，即可气象卫星林火监测数据的自动识别，既可用于林火的早期发现，也可用于对林火的发展蔓延情况进行连续跟踪监测，还可用于过火面积及损失计算，应用AVHRR的第4、5通道提取地表温度、湿度等信息，可为森林火险天气预报提供部分地面实况信息，应用AVHRR的第1、2通道可以提取地面的植被指数，可进行宏观的森林资源监测和火烧迹地植被恢复3的监测工作。
配合上述技术的同时，基于SOA构建数据共享运营服务进行研发如下：
SOA(Service-Oriented Architecture)—基于服务的框架结构是一种应用技术，应用的业务逻辑被组织成模型(服务)，访问接口、服务成为一个黑盒。本系统中采用SOA架构实现了数据增值业务系统，系统中由单个实体提供一系列特定的数据共享任务，该实体接收服务请求并返回处理结果；或返回因尝试失败而导致的错误。在SOA架构下，数据和业务逻辑融合成模型化的业务组件，且具有服务文档接口，为数据利用开发和进一步业务扩展提供了有效的技术支撑，基于SOA的构建可以很容易地与异构的、外部的遗留系统、第三方应用集成在一起，为后期的业务数据增值服务提供了松耦合的技术实现。
卫星地面站自动接收控制技术研发：
卫星地面站自动接收控制主要通过天线控制系统实现的。天线控制系统由天线控制单元(ACU)、天线驱动单元(ADU)、轴角编码单元及安装在天线座架上的执行元件、测量元件和控保元件组成。
天线控制单元(ACU)是天线控制中心。它完成天线运动的各种控制，各种控制策略的实时计算与实施，完成对目标(卫星)的精确指向或跟踪。
天线轴角编码器单元采用高精度旋转变压器将天线X轴和Y轴的角度精化为数字量，用于天线的位置显示和位置控制。
天线驱动单元(ADU)由功率放大、环路控制、驱动电机、安全控保电路组成，系统采用交流伺服电机驱动。因其无电刷磨损问题，可靠性高，寿命长，免维护。
天线控制单元以工控机为基础，集控制、监视、计算、通讯于一体，对天线实现安全可靠的操控的计算机控制器。根据不同的工作方式，ACU产生相应的控制信号，通过驱动单元驱动天线向目标运动，从而使天线的电轴指向目标。ACU具有遥控接口，可以实现数据传输和上位机(如站控计算机)的遥控。
ACU是操作人员进行操作的中心，因而必须具有丰富而简洁的显示和友好的操控界面。显示的主要内容为：时间、X/Y命令位置、X/Y实时位置，上述二者之差，天线位置的AZ/E1显示、接收机锁定指示、接收机信号电平指示及各种故障状态显示。
ACU硬件主要包括：工业控制计算机、CPU卡、数据采集卡、光电隔离I/O卡、通讯卡/网卡、轴角编码卡和GPS卡。
ACU操作系统采用Windows操作系统，软件模块主要包括实时控制和人机接口两部分。实时控制部分主要包括数据采集、坐标变换、控制计算机等；人机接口部分主要包括显示管理、键盘管理、通讯管理、参数管理、故障监测等模块。
ACU的主要工作方式为：待机、自动运行、手控速度、手控位置、待机。
天线轴角的测量采用旋转变压器。这种角度敏感元件较之光电码盘有更高的可靠性和高低温适应能力。编码器的核心芯片采用大规模集成专用芯片RDC。这种方案在我所大量使用，技术成熟。RDC(Resolver To Digital Converter)主要由输入缓冲器、比例乘法器、误差比较器、相敏检波器、积分器、压控振荡器、可逆计数器、三态输出锁存器和控制逻辑等构成。RDC转换器集成度高、精度高、能够闭环工作，直接将来自测角元件旋转变压器的被角度调制的正弦/余弦信号转换成二进制数字角度值。
驱动电机选用交流伺服电动机，电机轴上带有制动器。驱动单元将来自ACU的代表天线速度的电压转换成三相交流电压加给电动机。交流伺服电动机的优点是无碳刷，无换向火花，可靠性高，寿命长。驱动单元还包括天线控保电路，进行故障联锁保护。
步进跟踪接收机将下变频送来的中频信号进行检波，输出电平强度信号给ACU，ACU根据此信号电平大小进行轨道步进自动跟踪，提高天线跟踪目标的能力。
林火预警信息服务网络设备研发：
林火预警信息服务网络设备，能够实时地获取林火预警信息，并智能地选择林火预警信息的转发对象，从而提高林火监测预警信息服务的智能化水平和应急响应效率，并实现林火预警信息的转发权限管理，从而有利于林火预警信息的商业化运营。
林火预警信息服务网络设备，包括消息盒子，消息盒子上游与运营中心通信连接，消息盒子下游与用户终端通信连接；消息盒子由智能硬件系统和在智能硬件系统上运行的服务软件系统组成：
智能硬件系统包括设置有硬件绑定特征码的身份识别设备；
服务软件系统包括以下模块：
运营中心授权模块，运营中心授权模块用于采集所述身份识别设备的硬件绑定特征码并发送至运营中心进行验证，并用于与运营中心之间定期发送心跳包保持长连接；
用户登录管理模块，用户登录管理模块用于管理登录到所述消息盒子上的用户终端，以进行用户终端的添加、删除和激活并用于设置用户终端的职责与权限；
运行状态反馈模块，运行状态反馈模块用于采集用户终端的在线状态、用户终端的职责与权限、消息盒子的地址信息、消息盒子的在线状态并反馈至运营中心；
林火消息转发模块，林火消息转发模块用于接收运营中心发出的林火数据包，依据林火数据包中的命令信息将林火数据包中的林火消息自动转发至用户终端，并触发报警终端发出警报信号。
林火预警信息服务网络设备,可以用于控制应用终端的访问权限、林火消息的智能收转发、提供第三方软件林火消息服务以及自身系统的状态和配置管理；从而快速地获取林火预警信息，并能够智能地选择林火预警信息的转发对象，以提高林火监测预警信息服务的智能化水平和应急响应效率，并实现林火预警信息的转发权限管理，从而有利于林火预警信息服务的商业化运营，以便充分利用商业资本和资源以提高林火的预警服务能力，并通过市场化降低林火预警服务的费用支出。
本发明提供的森林火灾遥感监测方法的优点在于：本发明提供的森林火灾遥感监测方法，便于实现，且容易操控，便于使用，容易发现深山老林中的火灾，能够及时告知并能够及早扑灭火灾。不需要兴建了望塔，技术先进，不受地形地势的限制，覆盖面广泛，无死角和空白，采用本发明所提供的方法，不仅准确率相对较高，而且误差小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.森林火灾遥感监测方法，其特征在于，包括三个部分，分别为数据中心建设、运营中心建设及终端设备研发，所述数据中心建设包括卫星地面站接收天线、数据接收模块、天线控制模块和遥感监测数据处理模块，用于控制卫星地面站接收天线的接收角度实时接收不同过境卫星的卫星遥感监测数据信号；
所述运营中心建设包括林火监测信息增值模块和林火报警信息打包模块，用于获取并存储各地区林火相关实时信息和林火相关静态信息，林火报警信息打包模块用于将各地的所述林火监测信息进行分类，同时加入火灾发生地的所述林火相关实时信息和所述林火相关静态信息，并与林火地理位置信息进行整体打包推送，省级与市级应用单位可实时接收本辖区范围的林火报警信息、历史数据及其他增值服务；
所述终端设备研发的终端硬件设备主要有两类，一类是桌面终端，主要用于各级领导或中心的办公室，实时接收本地区的林火报警信息及其他定制服务；另一类是手持移动终端，主要配备至一线防火林业人员手中，用于实时接收本单位管辖范围的林火报警信息与其他定制服务信息。
2.根据权利要求1所述的森林火灾遥感监测方法，其特征在于，所述卫星地面站接收天线能不间断地接收多个气象卫星的遥感信息数据，以获得全国各地的遥感数据，通过对遥感数据的分析、处理，自动进行火情监测，生成火情图像与林火信息，气象卫星上载有AVHRR，即甚高分辨率辐射仪，接收地面上发射和反射的辐射，经过处理获得甚高分辨率数字化云图，从而获取各种信息，AVHRR的第三通道是波长为3.55～3.93Λm的热红外线，对温度特别是600℃以上的高温比较敏感，该通道的等效温差为0.12℃，森林火灾的火焰的一般温度远在600℃以上，在波长为3～5Λm红外波段上有较强辐射，而其背景林地植被的地表温度一般仅为20～30℃，甚至更低，与火焰有较大的反差，在图象上可清晰地显示出来，在白天利用通道3为红色，以1、2两个可见光通道为蓝色和绿色的伪彩色合成的图象上，可以清晰显示地表的地理特征和植被信息，在晚上，利用AVHRR的红外4、5通道取代可见光1、2通道下，合成的图象仍可辨部分地物信息，而林火明显地显示为亮红色的热点，因此，只需进行卫星遥感图像的栅格算法自动提取，即可气象卫星林火监测数据的自动识别，既可用于林火的早期发现，也可用于对林火的发展蔓延情况进行连续跟踪监测，还可用于过火面积及损失计算，应用AVHRR的第4、5通道提取地表温度、湿度等信息，可为森林火险天气预报提供部分地面实况信息，应用AVHRR的第1、2通道可以提取地面的植被指数，可进行宏观的森林资源监测和火烧迹地植被恢复3的监测工作。
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