基于北斗卫星导航系统的森林消防信息系统的构建

淡芳芳 肖文军 罗明

摘 要：文章基于北斗卫星导航系统的应用，分析森林消防信息系统信息化建设中存在的诸多问题，通过对森林灾害发生到应急处理结束过程的研究，将森林消防信息系统处置森林火灾的过程分成环境监测、灾害预警、信息传输、应急处置、应急保障和支持等环节，从森林消防信息系统构建的目标、原则、建设内容和“软硬件”系统等方面提出了切实可行的设计思路，依此构建出基于北斗卫星导航系统的空天地一体的森林消防信息系统和灾害监测平台。

关键词：北斗卫星导航系统;森林消防;信息系统

0   引言

突发性公共事件不再是一个“是否会”发生的事件，而是一个“何时”发生的事件。突发森林灾害是危害大、救援难、面积广、及时性强的自然灾害，在应对森林火灾的对策和措施上，目前世界各国采取的都是空、天、地一体相结合的模式。但是，各国在具体的应急管理体制、机制和相关制度，尤其是早期预警和应急响应处置技术手段有不同应用。减少森林火险、加强早期预警、加强应急响应与处置是我国森林火灾应急管理的重点，而这一切的核心，都取决于“信息”—早期预警信息获取、信息有效及时的传递、科学决策的信息支持、应急处置的信息保障等[1]。因此，基于北斗卫星导航系统构建森林消防信息系统，能够将多元森林消防应急力量联合形成一个有机联系的整体，科学、安全、有效地扑救森林火灾[2]。

1   北斗卫星导航系统的组成与功能特点

我国自主研发的北斗卫星导航系统，旨在建构一个开放兼容、自力更生、可靠稳定、先进技术的全球卫星导航系统。该系统为卫星导航应用创造良好的产业支撑，促进卫星导航产业的形成，促进和保障国家卫星导航在国民经济和社会产业中得到推广和应用[3]。

1.1 系统的组成

空间段：由3颗地球静止轨道卫星组成，分布于地球的上空，可在某工作卫星失效时予以接替。地球段：由中心控制系统和标校系统组成。用户段：用户的终端，如天线、芯片、模块等。北斗卫星导航系统能够为使用者提供准定位、高精度、导航、授时、短信通信等全天候服务的能力。

1.2 系统的特点

一是系统性能指标先进，全球范围定位、测速、授时精度都达到世界先进水平，亚太地区性能更优;二是功能强大，其定位导航和短信通信功能，可提供精确的定位导航、各地的通信、国际搜救等相关服务;三是自力更生系统，具有安全、可靠、稳定、保密性强的特点。

因此，将北斗卫星导航系统与森林火灾监测仪器直接相连，经由北斗卫星导航系统提供超准确度的定位于导航服务，能准确获得各处森林火灾监测仪的位置和时空信息，实时将森林火灾预警信息传输到监测中心，及时做森林火灾预警，为当地森林消防争取宝贵时间。同时，森林火灾地区可以通过北斗卫星导航系统的短报文功能及时发出求救信息，前线救援人员和指挥部队也可以通过北斗卫星导航系统的短报文功能进行通信交流，保证了救援时间和救援物资的充分利用。

由此可见，北斗卫星导航系统不仅在森林火灾早期预警信息获取、灾害信息传递方面大有可为，而且在灾后救助、科学决策方面也有广阔天地。

2   我国森林消防信息系统建设中的主要问题

我国应急管理体系逐步建设以“一案三制”为主心骨。2018年3月，我国应急管理部批准设立，这意味着我国的应急资源得到集中有效利用，减灾、救灾、防灾整体能力有所提高。但是，由于历史欠账较多，我国应急管理的水平与能力距国家现代化的治理体系需求还有一定差距，森林消防应急管理系统建设的能力和水平也难以同新时代森林消防日益增长的安全需求完全适应[4-5]，这主要表现在以下几方面。

2.1  森林消防信息化基础建设薄弱

虽然我国森林消防基础设施建设步伐在加快，但由于过去多年遗留问题以及各地区发展水平和经济水平的差异显著，森林消防的基础设施建设依然薄弱。除部分省区外，森林消防预测预报系统与森林火灾通信与控制调度系统仍然不完善，林区通信基础薄弱，林区无线通信覆盖率不高，信息化设施基础建设落后是当前存在的重要议题。

2.2  森林消防信息系统建设标准不一

虽然我国各级森林消防指挥中心建设热情较高，但在某些程度上还存在重复建设、硬软件建设失衡和“信息孤岛”现象，缺乏国家相应的规范和技术支持，在匹配兼容的平台体系上不够成熟。一个地区消防诸多工作都会反映在消防效果上，应对消防能力的储备和各管理部门的有序有效协调都会影响到消防效果，人员配合、物资配给和后勤保障等方面与消防效果的好坏紧密联系。因此，对许多相关标准和管理技术进行深入的研究具有必要性和重要性。

2.3  森林消防信息系统建设综合性不强

森林消防信息具有种类繁多、互补性强、相关性强的特点。目前，各应用系统的数据诸多处于独立的状态，各信息系统之间的连接不畅，需充分利用跨境信息应用的潜力。相比于业务应用系统，基于信息中心平台的综合应用系统，在软件支撑和系统运行环境上相对薄弱，规划建设稍显滞后，限制了消防信息的快速共享和流动，森林消防信息的整体作用和价值还未得到充分发挥。

2.4  森林消防指挥信息不对称、共享性不够

指挥中心与森林火灾现场的通信不对称，无线通信系统只能将实时信息返回到前指，而不能通过实时图像将信息反馈到基指，对现场情况了解不够详细和准确，这可能影响判断导致救援的延误。

在森林消防信息管理能力方面相对较弱，不能够对气象、地理、队伍力量、车辆、灭火技术、灭火预案等森林消防信息有效管理，森林消防通信指揮系统联网无法在区域内实现，在综合调度能力方面相对薄弱，这在一定程度上阻碍了重大林火区域内和区域间快速协作和应急准备的实现 。

3   森林消防信息系统构建的目标、原则与内容

3.1  森林消防信息系统构建的目标

构建森林消防信息系统要致力于快速处置森林火灾，降低其对森林火灾带来的破坏;要利于保护森林生态多样性，为生态文明建设奠定良好的基础。对于构建森林消防信息系统，须实现空、天、地一体化，以森林消防信息的“早期预警、快速传递、全面支持”为目标，以实现快速、高效处置森林火灾[6]。

3.2  森林消防信息系统建设原则

（1）针对性：根据具体的山情、林情和社会条件，根据具体情况因地制宜地设计，保证其功能最大限度地发挥效益。（2）层次性：须结合当地实际情况，从天、空、地“一体化”，流动点与固定点“相结合”来获取森林消防信息，根据不同地区具体情况制定相应的森林火灾应急救援预案，才能在紧急情况下，有效调动各方救援力量，把紧张有限的资源充分发挥作用，将损失降到最低。（3）科学性：运用北斗卫星导航技术等现代化技术手段，仔细分析森林火灾多年来发生的规律，合理、科学、恰当地总结归纳不同类型的森林火灾。

3.3  森林消防信息系统的建设内容

在我国发现森林火灾主要有3种方法：（1）卫星过境时确定热点地区，一经发现热点信息，应立刻将相关热点信息发送至相应区域消防部门，消防部门在对其确认后立刻进行反馈，在最短的时间内制定消防预案;（2）经地勤人员发现火情，一经发现立刻报告相关消防部门，相关部门立刻调动人员与设备进行现场扑救;（3）飞行巡逻队巡护时发现，一旦发现火情，根据情况，若能在空中直接灭火的，部门应按有关规定实施直接灭火，如需其他飞机协助灭火时，相关部门按程序调动直升机参与，经地空配合，有效控制森林火灾火情。

森林火灾信息系统以北斗卫星导航系统为基础，主要建设内容：（1）建设和完善以语音通信网络、计算机网络、视频传输网络为主体的通信平台，依托网络的高带宽环境，实现语音、数据、视频一体化设计，推动其进入高速通信网络。（2）推进建设森林消防业务应用系统的信息化，构建综合性的信息化应用支撑平台，实现主要森林消防业务的网上运转和网络化管理。（3）进一步推进建设森林消防应急指挥系统，进一步拓宽灭火救援通信指挥手段，同时提高灭火救援辅助决策能力和模拟训练水平。（4）要加强信息网络安全技术支持和安全管理，建立健全可靠可信的信息安全保障体系，规范信息结构运行体系，建立资金、组织、人才、机制、风险控制和信息安全的综合保障机制。

4   技术实现方案

基于北斗卫星导航系统的森林消防信息系统建设[7]主要包括“硬件”和“软件”建设两方面内容。

4.1  森林消防信息系统“硬件”建设

4.1.1 森林火灾监测仪器的布网

广为人知的“天网”工程，是指为实现对城市有效管理与治安的有效防治的需要，发挥影像采集、GIS地图、控制、传输、显示等诸多软件与设备的功能，对固定区域内的信息进行实时记录和监控的系统。在森林消防信息系统“硬件”建设中，也需要建设“天网工程”，让火灾监测仪器或固定于森林某处，或安装于流动监测车上，恰当地分布在森林各处，实时监控和记录信息，并在森林火灾发生时发出预警信息。

4.1.2 空、天、地一体的信息采集系统

森林消防信息采集系统强调的是“空、天、地三位一体”，除传统的地面人员、车辆，流动的与固定的信息采集方式外，要加强建设空中的有人机、无人机信息采集手段，尤其是基于北斗卫星导航系统为主体的天基信息采集技术，全方位地采集森林消防的相关信息。

4.1.3 高效、畅通的信息传输中继平台

森林火灾发生时，基于公网的数据和图像信息传输往往会出现壅塞甚至中断，须有高效、畅通的信息传输平台进行应急通信。因此，建设高效、畅通的天基的北斗卫星通信或空中的有人机、无人机通信中继平台尤为必要。

4.1.4 计算机网络与终端

计算机网络与终端是森林消防信息化建设的基础。要确保森林消防信息系統信息畅通，需要进一步提髙计算机网络的带宽，同时对计算机网络的拓扑结构做进一步优化，为消防业务应用与实施提供快速的计算机网络通信平台，为提高其稳定性、可靠性、安全性，需进一步强化各级局域网的建设、优化与升级。

4.1.5 视频传输系统

森林火灾警情发生时，火灾现场的具体发生情况需要在第一时间被指挥中心了解和掌握，将火情的信息以图像的形式及时、直观地提供给指挥员，方便森林消防力量能够被森林防火指挥中心及时组织调度，从而提髙救援反应能力，最大限度减少损失。此外，还可把火灾现场发生情况存储、记录下来，为分析起火原因提供便利，并利于总结灭火的经验教训。

4.2  森林消防信息系统“软件”建设

建设森林消防系统的“软件”包括管理数据、管理设备、动态监控、三维可视化、预警、应急管理等子系统的建设，具体内容如表1所示。

5   结语

森林消防信息系统的构建，其作用是利于森林火灾的快速处置，减少森林火灾带来的破坏，为应急决策提供依据。本文基于北斗卫星导航系统的应用，综合分析森林消防系统信息化建设中存在的相关问题，通过对森林灾害发生到应急处理结束过程的研究，将森林消防信息系统在森林火灾处置的过程分为环境监测、灾害预警、信息传输、应急处置、应急保障和支持等环节，从森林消防信息系统构建的目标、原则，建设内容和“软硬件”系统等方面提出了切实可行的设计思路，依此构建出基于北斗卫星导航系统的空天地一体的森林消防信息系统和灾害监测平台，供相关人员参考。

[参考文献]

[1]罗政.北斗卫星导航系统在应急预警信息发布中的应用[J].数字通信世界，2020（2）：27-28.

[2]张志.基于信息系统的森林消防应急指挥问题研究[C].北京：风险分析和危机反应中的信息技术—中国灾害防御协会风险分析专业委员会第六届年会论文集，2014.

[3]云泽雨.北斗卫星导航系统在航海保障领域应用发展[J].数字通信世界，2017（11）：21-23

[4]吴清荣，杨泽寒.北斗卫星导航系统在地震监测中的应用研究[J].河南科技，2015（12）：28-29.

[5]郭殊.关于应急管理机制的法律思考[N].北京日报，2014-01-13.

[6]张玉鑫.对东北航空护林发展问题的思考[J].经营管理者，2015（33）：147.

[7]张宝柱，孙继生.对我国航空护林发展问题的思考[J].森林防火，2004（4）：38-40.

（编辑 王永超）