一种多源火情数据综合汇聚处理系统及方法

技术领域

本发明属于信息通信领域，涉及防灾管理技术，具体涉及一种多源火情数据综合汇聚处理系统及方法。

背景技术

在森林草原防灭火信息系统经过多年的建设和发展，目前已具备护林员巡护发现、高空瞭望、视频发现分析等多种森林草原火险发现和处置手段，但各级系统相对独立，未实现深度融合和统一调度，和构建统筹融合的数字林草天空地人一体化监测系统还有距离。

目前防火监测信息的核查处理、记录反馈、信息推送等方面存在一定的短板，难以实现森林草原火情早发现、早报告、早处置。

现有的森林草原火情监测主要采取地面巡护、望塔监测、卫星遥感、航空巡护、无人机巡护等手段，但由于现场环境及信息化条件的各种制约，主要采用电话或短信方式层层上报完成，纵向覆盖省、市、县、乡、村五级架构，从发现火情至省级收到信息需通过4个阶段，时效性差；同时由于缺乏有效的监管手段、事后追溯性差，导致相关人员容易造成监测缺漏、事后推诿的情况。

现有火情监测的能力分散，现有瞭望台或巡护员监测不能实现24小时覆盖，在时间和空间上受限，存在监测错漏等问题，需接入相关卫星监测数据确保火情信息及时、准确发现。

发明内容

为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明公开了一种多源火情数据综合汇聚处理系统。

本发明所述多源火情数据综合汇聚处理系统，包括第一监控系统、第二监控系统和与二者连接的处理系统；

所述第一监控系统包括：

火险等级数据接口，与火险等级数据库连接；

卫星监控接口，与卫星和热点判断模块连接；

闪电监控接口，与闪电监测网络连接；

所述火险等级数据库包括实时卫星数据端口及与其连接的植被冠层含水计算模块、气象分析模块和历史数据库；

所述第二监控系统包括人工监控服务器和与其连接的多个便携式终端，所述便携式终端可接收处理系统发送的数据和上报火情。

优选的，所述闪电监测网络为省级三维雷电监测站网。

优选的，所述便携式终端包括不同等级，仅部分等级可接收处理系统发送的数据。

优选的，所述热点判断模块通过热点识别算法解析卫星影像提供卫星热点告警服务，并以web服务的方式将热点数据进行同步并通过处理系统分发到第二监控系统中的各个便携式终端。

优选的，所述热点判断模块的热点识别算法为以下任意一种：

（1）基于MODIS/Terra&Aqua数据的热异常点反演模型；

（2）基于VIIRS/Suomi NPP数据的热异常点反演模型；

（3）基于AHI/葵花数据的热异常点反演模型；

（4）基于风云VIIR数据的热异常点反演模型；

本发明还公开了一种多源火情数据综合汇聚处理方法，其特征在于,包括如下步骤:

S1.根据卫星数据识别出热点信息；

S2.根据火险等级数据和闪电信息对热点进行优先级排序；排序原则为：热点所处区域的火险等级越高，优先级越高；热点所处区域火险等级相同的，热点位置附近有闪电出现的优先级更高；

S3.根据优先级顺序，调用热点附近人员现场核实查看，热点附近没有人员的，调用航空器核实查看。

优选的，所述S2步骤中还包括：发现人员上报火情信息时，检测人员上报火情信息位置是否与步骤S1检测得出的热点重合，是则列为最优先级，否则列为热点进行所述优先级排序。

优选的，火险等级数据的获取过程为：通过卫星遥感数据计算植被冠层含水量，综合气象分析模块的气象预报，及历史数据库中存储的历年火险等级评估，得出当前火险等级。

采用本发明所述多源火情数据综合汇聚处理系统，相对现有技术，具备如下优越性：

一．采用第一监控系统的火险等级分析、实时卫星和闪电分布图结合，为后台人员火警筛选和快速判断提供了全面的判断依据，便于迅速查找定位高风险热点，筛除低风险热点，减小后期查找核实工作量。

二．通过第二监控系统的便携式终端获取人员分布，对筛选后得到的高风险热点安排通知附近人员现场核实是否发生火情，减小了人员路途时间和劳动强度，并降低了火情误报。

三．通过开放式的第二监控网络，便于非专业人员通过手机下载APP的形式参与到火情监控，实现发动广大人民群众参与森林草原火情监测工作，以方便、快捷的方式及时进行火情信息采集和上报，扩大森林防火监控力度。

四.通过处理系统对热点及各个便携式终端的通信和位置变化记录，可以查询过往热点处理流程，为后期防火监控责任划分提供历史依据。

附图说明

图1为本发明所述多源火情数据综合汇聚处理系统的一种具体实施方式示意图；

图2为本发明所述多源火情数据综合汇聚处理方法的一种具体实施流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述多源火情数据综合汇聚处理系统，包括第一监控系统、第二监控系统和处理系统；

所述第一监控系统包括：

火险等级数据接口，与火险等级数据库连接；

卫星监控接口，与卫星和热点判断模块连接；

闪电监控接口，与闪电监测网络连接；

其中，火险等级数据库包括实时卫星数据端口及与其连接的植被冠层含水计算模块、气象分析模块和历史数据库；

通过卫星遥感数据计算植被冠层含水量，综合气象分析模块的气象预报，及历史数据库中存储的历年火险等级评估，得出当前和通常为3-7天的未来时间段火险等级；

例如某区域根据卫星遥感数据计算得出冠层含水量为45%-55%，该区域未来3-7天的气象预报为晴天，且历史数据库中该区域同时段的火险等级被评估为高风险，则可根据一定的算法，将该区域当前至未来3-7天的火险等级评估为高风险。

如计算出某区域植物冠层含水量很低例如为2%以下或观测不到，则该区域很可能是道路、居民区或裸露的沙漠戈壁岩石区，此处发现的热点很可能是群众生产生活用火，即使发生火灾，当地群众也会迅速报警，无需使用卫星监控，可以直接排除。

卫星监控接口接收卫星数据并判断出突发热点；

对热点的判断主要判断依据为温度是否超过燃烧温度，例如可以设置在300摄氏度以上，温度越高，燃烧可能性越大，判断出热点后，将热点温度及经纬坐标发送；

一个具体实施方式中，卫星热点数据主要由AQUA、NOAA、NPP、TERRA、葵花8等卫星或卫星群组进行的全天候不同时段的热点监测获取，通过烟火识别算法解析卫星影像提供卫星热点告警服务，含热点经纬度、发现时间、可信度等信息。数据更新频率可以设置为10分钟，以web服务的方式将热点数据进行同步并将其基于坐标位置通过处理系统分发到第二监控系统中的各个便携式终端。

基于卫星数据的热点识别算法可以采用以下算法：

（1）基于MODIS/Terra&Aqua数据的热异常点反演模型

该算法以黑体辐射的维恩位移定律为基础，主要依据MODIS中红外数据和热红外数据，通过一系列热辐射特性的统计与分析，考查目标像元与环境背景的热辐射特性差异，基于多个阈值判别结果提取热异常点；并进一步滤除因耀斑或其他不确定因素引起的噪声点，以获取监测区域的高温热异常点分布信息；

（2）基于VIIRS/Suomi NPP数据的热异常点反演模型

该模型使用的火点监测算法主要分为三类：1.基于第三通道的单通道阈值算法；2.双通道阈值算法；3.环境对比算法。前两种阈值算法都是固定阈值算法，而环境对比算法则使用可变的阈值。双通道阈值可以解决单通道阈值算法所带来的问题，且被广泛应用于地区性的火点监测，但采用的阈值必须根据所监测区域的环境和火点情况来确定。相对于固定阈值，环境对比算法则可计算可变的像元阈值，利用存在潜在火点像元周围的无火点像元计算了阈值的平均值和标准差，直到有效背景像元数目达到一个数值，就可以重新定义阈值来确定火点。本系统中即基于VIIRS数据，采取环境对比算法用于林火焚烧点监测。

（3）基于AHI/葵花数据的热异常点反演模型

该模型使用的火点监测算法与基于VIIRS/Suomi NPP数据的热异常点反演模型类似。

（4）基于风云VIIR数据的热异常点反演模型

与MODIS热异常点遥感反演所用波段基本一致，因此，其火点遥感反演算法的技术方案基本与MODIS算法一致。利用GF-1、Landsat等高分辨率卫星数据合成的真彩色图像目视判别火点，验证火点反演结果；利用同期相似传感器的火点产品结果，验证火点反演结果；采用野外地面抽样验证方法，携带GPS卫星定位系统验证监测得到的火点位置，判别火点是否位于遥感像元的几何定位精度之内。

闪电监控接口与闪电监测网络如省级三维雷电监测站网连接；通过实时探测雷电发生的时间、类型、经纬度、高度及峰值电流强度等雷电活动参数，获得雷电落点位置、雷电累积密度分布及移动趋势，实现雷暴强对流天气的探测和预警；利用点对点服务，可实现雷电监测数据的实时传输，用于提供高火险地区地面闪电引发火灾的预警预报能力。

对雷暴发生点位置分布实时更新，并与热点数据和火险等级分布数据一起打包成火险初筛数据发送至处理系统。

所述第二监控系统包括人工监控服务器和与其连接的多个便携式终端，各个便携式终端由负责火灾监控的人员持有，可以包括护林员、地面巡逻人员、航空护林站飞行员、无人机操作员甚至普通群众，便携式终端可以由智能手机安装APP实现；各个便携式终端具有地理定位和信息传输功能，实时将所处的地理定位信息发送至处理系统；各个便携式终端之间也可以相互通信。

便携式终端可以设置多个等级，对于专业防火监控人员如护林员、地面巡逻人员、航空护林站飞行员、无人机操作员，可以读取处理系统发送的火险初筛数据；而普通群众只有火情上报功能，没有读取数据权限。

持有便携式终端的人员在巡逻过程中肉眼或通过观测仪器发现疑似火情后，可以立即上报；处理系统在接收到第一监控系统传递的火险初筛数据后；对各个突发热点，根据突发热点的地理位置信息，通知第二监控系统中与突发热点所处位置接近的人员进行现场核实。

处理系统接收到便携式终端上报的火情后，将火情信息和地理位置信息发送到其余便携式终端，并通知第二监控系统中与突发热点所处位置接近的人员进行现场核实。

对各个突发热点，可以根据一同发送的雷暴发生点位置分布实时更新数据和火险等级分布数据设置优先级别；

例如对于处在火险等级较高的区域发现的突发热点，设置现场核实优先级别更高，对于雷暴发生点附近的突发热点，设置现场核实优先级别高于远离雷暴发生点的突发热点，如果突发热点既处在火险高风险等级区，附近又有雷暴发生点的，可以设为最高等级，需要第一时间进行现场核实。

具体实施例1

卫星监控接口接收卫星数据后，根据热点算法判断出三个热点A、B、C、及其位置信息；

火险等级数据接口根据火险等级数据库发出火险等级分布图；

其中火险等级数据库根据卫星数据计算得出三个热点地区各自的植物冠层含水量,气象预报结果，及历史数据库中三个热点区域同月份的火险等级，认为A、B、C三个热点所处的区域火险等级分别为高风险、中风险和低风险。

闪电监控接口从闪电监测网络接收到最近的闪电分布图；

闪电分布图与热点数据和火险等级分布图一起打包成火险初筛数据发送至处理系统。

处理系统将上述信息整理在同一张地图上显示后发送给第二监控系统的各个便携式终端，并对三个热点进行排序，结合闪电分布图发现B热点附近有雷暴出现，则安排最近人员优先查看B热点再查看A热点，或安排较远处的其他人员赶赴查看A热点。

对处于低风险区的C热点将优先级排后，附近1公里有人员值守巡逻则安排前往查看核实。

具体实施例2

卫星监控接口接收卫星数据后，根据热点算法判断出四个热点A、B、C、D及其位置信息；

火险等级数据接口根据火险等级数据库发出火险等级分布图；

其中火险等级数据库根据卫星数据计算得出四个热点地区各自的植物冠层含水量,气象预报结果，及历史数据库中四个热点区域同月份的火险等级，发现四个热点所处的区域火险等级分别为高风险、高风险、中风险和低风险。

闪电监控接口从闪电监测网络接收到最近的闪电分布图；

闪电分布图与热点数据和火险等级分布图一起打包成火险初筛数据发送至处理系统。

处理系统将上述信息整理在同一张地图上显示后发送给第二监控系统的各个便携式终端，并对四个热点进行排序，其中A、B两个热点均处于高风险火险等级区，处理系统通过调用A、B两个热点附近例如1公里范围内的全部便携式终端，发现仅有一人在这两个热点附近，结合闪电分布图发现A热点附近有雷暴出现，则安排最近人员优先查看A热点，并安排较远处的其他人员赶赴查看B热点。

对处于中风险和低风险区的C热点和D热点，发现中风险区的C热点处有雷击现象，如附近1公里有人员值守巡逻则安排前往查看核实，如发现没有则可以安排航空站调用无人机或航空器前往查看，而对D热点，可以将优先级排后，附近1公里有人员值守巡逻则安排前往查看核实。

具体实施例3

持有便携式终端的护林员或普通群众肉眼发现附近有疑似火源，随后通过便携式终端拍照上传并一并发送地理位置信息，如为护林员发现，则由上传的护林员迅速前往查看。如为普通群众发现，则处理系统调用火险初筛数据核实是否与卫星发现的热点位置吻合，如位置吻合，直接判定为最优先等级，优先安排附近值守巡逻人员或调用航空器前往查看，如位置不吻合，则可能是低热度烟雾如水蒸气、汽车尾气等，处理系统综合火险初筛数据的火险等级和闪电分布图进行综合研判决定是否前往核实或调用何处人员前往核实。

如果上报火源位置与卫星热点位置不重合，处理系统将上报的疑似火源信息列为热点，与卫星监控得到的热点按照具体实施例1的方式进行优先级排序，对优先级高的热点则安排最近人员优先查看，对处于中风险和低风险区的热点，较后安排前往查看核实或等待进一步信息更新。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。