基于北斗卫星的森林防火应急指挥调度系统研究

摘 要：本文结合笔者的工作经验，尝试分析了森林防火的应急通信与定位现状，从而就指挥调度系统的总体设计进行了研究，并提出了系统主要功能及应用特点，仅供参考。

关键词：森林；北斗导航，卫星定位系统；功能；特点

森林是人类的宝贵财富，是我们的生存和社会发展不可或缺的资源之一。目前，世界森林资源日益减少，并且森林火灾仍然十分严重，使森林资源正面临着严重的危险。因此，世界各地森林火灾的预防和控制，在之前现在甚至之后一段时间都会得到普遍关注。

森林防火技术是世界各国预防火灾的重要基础之一，是各国控制火灾的重要制约因素。因此，森林火灾预防技术的发展是一项紧急的任务，它不仅对保护世界的有限森林资源甚至对人类的存亡都具有十分重要的意义。

1 森林防火的应急通信与定位现状

森林火灾因其突发性强、破坏性大、处置救助较为困难等原因，一直以来对其防治都是一个难题，做好森林防火工作已成为林业工作的重要组成部分。近年来，各种防火、扑火系统应运而生，然而，采用高精度定位工具与手段，实现系统内对人员、车辆的实时位置掌控与信息交互，实现全时通信与定位，成为了该类系统的主要瓶颈。

随着北斗卫星在亚太地区已实现全覆盖，北斗定位系统已具备与GPS全球定位系统相媲美的定位精度与时效。将北斗导航系统在森林防火部门进行广泛应用，不仅可以解决超短波通信中的通信有效距离受限制的问题，还可以为防火队员提供高精度的位置信息，实现定位导航，从而使得森林防火部门能够全面动态的掌握所有相关车辆、人员的状态信息，更加及时有效地实现科学合理的调度指挥和管理。

2指挥调度系统的总体设计

2.1系统组成

森林防火应急调度系统主要由通信网络、定位终端、硬件设备、软件系统及电子地图构成。其中，通信网络由移动通信、无线电通信（短波、超短波）、北斗卫星通信组成；定位终端包括GPS车载定位终端、GPS手机、北斗定位终端等定位设备；硬件设备指系统所需要的服务器及相关的网络设备；软件系统由信息网关、数据中心、分控中心及监控客户端四大部分构成。其中，信息网关是负责与各终端实现数据的通信的核心部件，是整个指挥调度系统的数据通讯中心，它在整个系统中扮演着数据交换机的角色；数据中心负责数据的存储与管理，即对实时上传的GPS数据进行存储与管理；分控中心它是连接信息网关和监控客户端的桥梁。监控客户端则是把处理后的GPS位置信息在GIS电子地图实时显示，并可对各定位终端的下发控制命令（超速度报警、区域报警等）。如图1所示。

图1 系统总体架构示意图

2.2通信组网方案

2.2.1点到点通信组网方案

对于中小规模用户，所管理的人员车辆及飞机有限，数据量较小，可采用点到点传输结构模式，即监控中心与管理中心采用无线卫星通信方式交换信息，完成对车辆和飞机的调度监控。

管理型用户终端与手持/车载/机载终端构成一点对多点的传输模式，其中：手持/车载/机载终端采用普通型用户终端，由防火队员随身携带或安装在车辆/飞机上。所有手持/车载/机载终端车辆状态和数据信息；管理型用户终端所发出的指令或信息以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

2.2.2专线通信组网方案

对于中大规模用户，其所管辖的人员、车辆和飞机较多，人员、车辆和飞机调度、监控的数据量大，因此用专线如（DDN、帧中继、VPN、PSTN等）连接传输模式，即设立森林防火指挥部的移动目标调度监控中心与管理中心通过专线连接完成与车载/机载终端的数据信息传输，完成对人员、车辆和飞机的调度监控。

移动目标调度监控中心与网络管理中心通过专线连接完成与手持/车载/机载终端的数据信息传输，其中：手持/车载/机载终端采用普通型用户终端，与车辆/飞机的传感器相连接，由防火队员随身携带或分别安装于车辆/飞机上；移动目标调度监控中心与网络管理中心通过专线直接连接。移动目标调度监控中心所发出的指令或信息将通过专线发送到网络管理中心，然后再以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

3 系统主要功能

3.1移动目标的定位

实现人员、车辆和飞机的实时定位功能，可设定为自动间隔定位、被动定位等；通过与地理信息系统功能相结合，可以将人员、车辆和飞机的位置信息直观反映在电子地图上。同时，可以根据用户的需求，将人员、车辆和飞机的动态轨迹展现在电子地图上。

3.2火源、火场快速定位

通过使用终端的定位功能，可以对火源、火场进行快速定位。在林火扑救指挥中通过使用终端设备，可以实现火源、火场的快速定位，进而将火源、火场的定位信息与专用GIS系统相结合，可以为指挥部门提供直观的电子地图显示，同时通过辅助决策及专家系统，及时准确模拟火灾行为，预测火势发展，从而形成科学合理的扑火及扑火调度决策。

3.3移动目标信息通信

移动目标调度监控中心与人员/车辆/飞机之间可以进行双向信息通信，相互传递有价值的信息报文，以满足森林防火的要求。通过系统终端，可以借助其双向通信功能实现指挥部与前线队伍的双向数据通信。

4系统应用特点

4.1 实时监控

查询移动目标的导航信息（经度、纬度、速度等）并在电子地图上直观地显示出来。

4.2 双向通信

监控中心可与移动目标进行数字报文通信。移动目标通过相应的终端，将报告信息反馈到监控中心，或发送个人信息、E-mail等。

4.3 动态调度功能

调度人员能在任意时刻由监控中心发出文字调度指令，调度所辖防火队员、车辆、飞机作业，并得到确认信息。

4.4 数据存储、分析功能

实现路线规划及优化，预先或实时规划防火队员、车辆/飞机的运行路线、运行区域，估计到达时间（ETA）等。依据储存的轨迹信息，可随时随地调阅各个移动目标的以往运行轨迹，并可根据要求复现或查询途中各项记录信息。

4.5 数据共享

提供灵活、完善地数据库查询接口，实现与其它信息管理系统的无缝连接，组成完整的企业、部门信息管理系统。

5结语

针对林区面积大，移动通信覆盖不全的问题，北斗导航定位系统为此提供了良好的解决方案。利用北斗导航系统提供定位和通信功能，将其应用于森林防火中，它不仅可以解决超短波通信中的通信有效距离受限制的问题，还可以实现定位导航，有效解决了林区人员定位、前线队伍与后方指挥部们的盲区通信问题，极大的提高了森林防火指挥调度能力。该系统可在森林火灾发生时，利用该系统提供的辅助决策功能，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的最优配置，缩短扑火出动时间，提高扑火效率，尽可能最大限度的降低森林火灾造成的损失。