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    “天空地”一体化林业监测预警体系

    2018-09-28 10:31:22  来源:中网动力
    “天空地”一体化林业监测预警体系
                 -林业信息化应用建设思路

    1. 总体思路

    依据国家林业局制定的《林业发展“十三五”规划》中提出要“加强生态监测评价体系建设”,“深化遥感、定位、通信技术全面应用,构建天空地一体化监测预警评估体系,实时掌握全国生态资源状况及动态变化,及时发现和评估重大生态灾害、重大生态环境损害情况。”基于全省林业现状,结合当前林业科学前沿技术及产品解决方案,利用卫星遥感、无人机、物联网、移动采集、通信技术,拟提出“全省林业厅信息化应用建设思路”,围绕“天空地”一体化林业监测预警体系(下简称“体系”),设计解决当前林业监测预警实际业务需求的项目应用。

    2. 天空地一体化林业监测预警体系技术构成

    利用天(卫星遥感)+空(无人机应用)+地(地面物联网设备及移动APP),从多个维度,针对林业资源、森林防治、森林防火等业务需求进行一体化监测预警。
     
    • 2.1天-基于卫星遥感技术的林业监测预警
    • 2.1.1当前遥感影像数据采集能力
    目前由全球卫星数量上千颗,在林业监测上利用可见光、红外、微波等探测仪器,通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理,利用多空间、时间分辨率的不同传感器卫星影像对大范围的林区进行数据获取、监测预警、灾后评估。
    • 国外商业卫星遥感数据源
    通过商业采购的方式获取以美国Landsat系列卫星、WorldView系列卫星、德国RapidEye卫星为代表的众多商业数据产品,涵盖多分辨率(0.3~30米)、多波段(可见光、远红外、近红外波段)、多时相(重访周期1~30天),可实现大--微观尺度的多源对地观测影像解决方案。
    进口卫星影像截图详见附件1
    • 国产卫星遥感数据源
    随着近年来国内遥感技术的发展,已形成以高分系列、北京二号、高景一号为代表的国产卫星对地观测影像系列产品,相对于进口数据源,国产数据有国家产业扶持政策,具有更好的性价比,可*的降低数据建设成本。
    国产卫星遥感影像具体性能介绍及截图见附件2
    • 气象卫星遥感数据源
    以高频次气象卫星遥感数据,如国产风云-4A气象卫星数据、日本葵花8气象卫星数据(中日气象数据交换国际合作),通过数据综合解译,可实现高频次(*高10分钟一次)、高精度(500m空间分辨率)、高光谱分辨率(从可见光到长波红外多光谱分辨率可识别高温点、云雨、温度等)、不间断(地球同步轨道亚太地区全年不间断连续观测)林业灾害监测预*务。由于卫星遥感监测具备大范围全时段的监测预警能力,是对传统摄像头、物联网、人工防护等监测手段的有效补充。
    • 卫星遥感技术在林业监测预警体系中的技术应用
    • 使用卫星遥感数据建立全省林业信息化管理工作底图
    利用卫星遥感技术,与地理信息技术、卫星定位技术结合,利用省林业厅信息中心计算资源优势,建立统一的数据标准体系,在省级林业部门建立全省尺度统一的卫星遥感影像本底图,作为林业信息化建设的*步,为整合、共享、管理及使用全省各类林业数据提供平台基础,提高各级林业部门的工作水平和服务质量,为林业宏观管理决策提供科学依据,为林业信息服务提供支持,提高对林企、林农及社会公众的服务能力
    以山西省为例:
    • 建立全省遥感影像底图数据库
    • 可结合林业厅门户网站将林业新闻资源保护信息公开工作动态进行地图化展示标注提高信息化服务能力
      
    • 卫星遥感是林业资源管理的辅助手段与客观依据
    区别于传统林业资源普查业务,基于卫星遥感数据,通过引进成熟的技术产品或购买商业服务,大尺度获取全省资源分布情况,全面掌握全省生态资源状况、植被覆盖变化、生态格局动态;通过多期遥感影像对比,可早期主动发现林业资源变化斑块,服务于各级林业管理部门,即使监测手段,也是事后评估和*依据,可用于如盗砍盗伐管理、保护区违建发现及*等应用场景。
     
     
    • 卫星遥感影像可作为林业各类业务数据及风险预警信息的展示底图
    基于全省卫星遥感底图,将各类林业应用成果进行数据汇总和可视化展示,便于省林业厅从全局掌握各部门业务开展情况预警风险提示
     
    并随着林业信息化水平的提升,以遥感影像为基础,逐步将林业资源管理及各科室业务用图专题数据统一汇总到统一数据平台上,如自然资源地图:森林分布图、林相图、土壤分布图、森林资源产量、质量分布图、野生动植物分布图、病虫害分布图、降水分布图、辐射量、日照量分布图、热量资源分布图等;自然地理地图:如地形图、地貌图、水系、流域分布图等;社会经济地图:如交通分布图、人口分布图、资源消耗分布图、居民点分布图、木材加工利用分布图等;森林经营地图:如林业区划图、造林规划图、资源预测图、森林火险等级分布图、调查样地分布图、树木种源规划图、森林资源评价图、自然保护区规划图、森林公园规划图、环境保护规划图、土地利用图等。
    • 基于气象卫星遥感数据,可准实时的监控森林火点预警
    利用国内外极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星等多源、多颗卫星数据构建森林火灾立体监测业务运行平台,可实现森林火灾的热点判识,及早发现早期林火。特别是边远地区和人烟稀少地区的林火,利用卫星遥感的方式,可弥补偏远地区常规火情监控的盲区,而且利用地球同步静止气象卫星数据,可每10分钟获取全省火点预警数据,时效性远优于国家下发的每日火情预警,可以早发现早处置,降低森林火情损失。而且可以对已发现的林火,特别是重大林火蔓延情况进行连续跟踪监测,为扑火提供服务,也可以为日常森林防火及航空护林提供气象、地理信息,以制定预防方案、巡护计划等。
     卫星遥感热红外通道原始图卫星遥感火点监测多通道合成图
     
    •  -基于无人机技术的林业监测预警
    无人机监测相比卫星遥感,成本较低、操作简单;能够在恶劣条件下进行低空飞行监测;相比卫星遥感,森林资源数据获取周期短,时效性高,实现实时监控,具备部署灵活、响应及时、可远程操控、实时视频回传等功能,应用于林业有害生物防治、森林防火等工作中,可新购或利旧,将在全省各林业部门部署无人机设备统一建立一套无人机远程指挥智能平台。使用无人机专用APP实现飞行路径远程规划、实时数据记录到远程服务器。使用无人机远程控制智能平台上进行可视化展示远程控制监测设备,实现自动定时拍照,照片回传,画面对比分析,实时直播画面查看。
    • 森林资源调查、森林动态变化、森林生物量估测——利用航空无人机局部小范围影像更新 ,视频照片实时获取
    • 森林火灾监测:实现实时视频监控及风向、风速、湿度等数据采集
    • 森林病虫害监测:巡护难到达区域巡检、发生危害林区遥感数据获取,勾画标注,为森保防治提供基础数据。
    • 林业生态工程监测、*监测:实时、定期进行视频及影像数据的获取,分析监测
     
     
    •  -物联网设备及移动端的林业监测预警
      • 高智能监测基站
    林业有害生物的发生、森林火情与气象条件密切相关。在异常气候条件影响下,林业灾害常常会出现多发、频发的态势,这不仅影响林木生长和森林生态功能的发挥,同时也制约着林农收入的提升和林区经济的发展。
    高智能监测基站系统配套测报采集APP使用,实现多个环境参数的监测、获取和回传。小气候信息采集系统实现与林业有害生物测报采集APP互联,并将空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤含水量、蒸发量、降雨量、风速、风向、光照度、光合有效辐射、气压、氨气等可能影响林业病虫害发生的气候参数上传至APP。通过小气候信息采集系统,提高了监测预测的科学性、准确性和时效性,为有害生物的发生、森林火情的监测预警、科学防控提供了准确依据。
     
    • 虫情测报系统
    智能虫情测报系统配套测报采集APP使用,二者相辅相成。虫情测报系统利用现代光、电、数控技术,实现了虫体远红外自动处理、接虫袋自动转换、整灯自动运行等功能。在无人监管的情况下,能自动完成诱虫、杀虫、收集、分装、排水等系统作业。可增设风速风向、环境温湿度、光照等多种传感器接口,并通过GPRS将采集的虫情数据远程上报至测报采集APP省级信息集中智能平台,平台通过分析采集的数据,以病虫害发生情况。
    系统内置摄像头图像采集设备,可通过摄像头实时采集接虫盒内的图像信息,并将采集数据实时回传至测报采集APP省级信息集中智能平台。通过平台远程进行拍照、控制诱虫灯开关、转仓、加热管开关、杀虫仓和烘干仓清空等功能及其它工作模式的设置。仪器内置计数装置,可以实时记录虫子数量并上传至采集APP省级信息集中智能平台。
     
     
    • 护林员巡检实用APP
    为基层林业管理人员分发手机移动端APP集成四大类功能:
    • 常规护林巡检功能
    加载林区影像底图、加载分管片区小班数据;
    护林巡检路线规划、实际巡检路线GPS轨迹的采集、上报;
    系统支持终端的智能上传,安卓端离线状态下自动保存采集数据,无线或4G状态下可选择自动上传。
    • 集成森林病虫害采集上报功能
    通过采集测报灯编号、工作状态、设备位置、采集时间、虫害种类、虫害数量、虫害照片、上报人员、植被受害程度、有害生物类型、有害生物发生量、有害生物发生时间、发生级别、图片、说明文档等信息监测病虫害发生情况。
    远程监测设备数据查看:APP支持对远程监测设备全景信息实时查看,实现与监测设备互联,直观展示有害生物远程监测点设备拍摄的画面,及设备的监控信息。用户可对监测的照片拍摄并保存。
    为解决用户在监测过程中,遇到不常见或不认识物种的问题,林业有害生物测报采集APP提供图片智能识别功能。APP通过特定算法智能识别采集的图片,并提供与图片相似度较高的物种,供用户参考。用户可通过智能识别结果查看该有害生物的基本信息(名称、纲、目、科、属、种等)、种群分布、危害、形状特征、防治方法等实用信息。针对人工智能技术无法准确事变的病害、虫害,联合林业研究机构如中国林科院、西南林业大学、中科院生态所等,组建一只专家库团队,针对终端用户上报的各类病虫害,进行有针对性的解答。
     
     
    • 集成森林火点准实时报警推送功能
    基于卫星遥感火情监测系统,通过气象卫星获取的遥感卫星火情发现疑似火点经纬度,准备判断疑似火点的所属的基层林业管护部门及护林员终端,*短10分钟之内即将火情预警推送APP消息或直接拨打报警电话,并可用APP发送火点路径导航,督促地面人员及时到达现场确认处置,并可利用APP实时回传火场视频画面。

    3. 基于天空地一体化林业监测预警体系的具体应用场景

    •  林业病虫害监测预警
    平台利用“互联网+物联网+GIS+大数据”,开展林业有害生物省级中心测报点建设,并可接入国家级测报系统,实现全省范围内主要林业有害生物监测的规范化、数字化、智能化、可视化、科学化,及时采集有害生物的图像、文字、视频等材料,经过软件系统的数据格式化、挖掘、分析、统计,及时准确地发布各中心测报点的主要林业有害生物发生情况,为省级及国家级林业有害生物主管部门提供实时数据、分析结果和防治建议。
    在各个林业有害生物中心测报点安装部署林业有害生物远程诊断智能平台客户端和服务器端,将无人机监测设备、高智能监测基站(气象监测系统、虫情测报系统)、远程监测设备、林业有害生物测报采集APP进行系统智能集成、无缝对接;虫情测报灯和影像采集设备自定回传虫害信息,配合人工辅助方式通过APP进行数据的录入及上传到平台中;林业有害生物远程诊断智能平台作为平台的核心,经过数据的智能化采集,将数据进行分析处理,能够将数据通过网络上传到省级或国家级林业有害生物主管部门,实现智能化有害生物监测实时预警,帮助有关人员快速、准确的掌握有害生物发生情况。
     
    购置无人机监测设备,通过林业有害生物防治无人机专用APP控制平台,将无人机实时拍摄的图像、飞行数据(位置、速度等)通过无线网络回传到各级林业有害生物远程诊断智能平台,并将图像、飞行数据进行存储,可在平台中浏览查询历史飞行活动及图片、视频信息。
    安装部署高智能监测基站,分别为气象监测站、虫情测报系统,能够实现设备的物联、远程控制及数据传输,设备实现清洁能源太阳能供电。设备可将气象数据、虫情图像及虫数量通过无线网络传输到林业有害生物远程诊断智能平台中进行智能及人工辅助识别分类,并将结果数据进行入库存储。
    选择重点区域安装部署远程监测设备,实现视频的远距离监测数据的无线回传,并在平台中实时查看各监测点的数据及图像信息。
    部署安装林业有害生物测报采集APP软件,以满足各中心测报点的工作人员野外工作要求,能够记录并上报有害生物采集点的信息,并将位置信息、采集的图像信息和文字描述一体化,远程上报到林业有害生物远程诊断智能平台,其次可通过人工观察野外虫情测报灯采集的虫情,通过APP将虫情测报灯的虫情远程上报到平台中。
    •  森林防火监测预警
    通过将卫星、视频、无人机、移动APP多端联动,构建统一、高效的森林防火监测预警平台。
    • 遥感卫星监测到火点后,自动进行周边摄像头搜索
      
    • 遥感卫星监测到火点后,自动进行周边摄像头搜索,获取实时视频
      
    • 摄像头监控盲区,远程控制无人机自动执行任务,现场回传火场画面
     
     

     
    • 无人机、视频都无法监测到火场位置时,通过移动终端进行护林员信息的通知,推送路径导航,回传实时视频
      

    4. 附件

    • 进口卫星遥感影像
      
    Landsat-8合成假彩色遥感影像 30米分辨率 可全省每年更新12期
     
     
    德国RapidEye卫星遥感影像 5米分辨率 可全省每年更新4期
     
     
    WorldView-30.3米分辨率 可用于重点监控区域局部观测
    •  国产卫星遥感影像
    • 国产资源三号(ZY-3
    01星和02星组成,分别于2012年和2016年组网,是中国自主的民用高分辨率立体测绘卫星,空间分辨率2.5米,星下点全色:2.1 m;前、后视22°全色:3.5m;星下点多光谱:5.8 m1:5万、1:2.5万比例尺立体测图提供了坚实基础,全色:近100km² / 天;融合:近100km²/天。
     资源三号 2米分辨率 可全省范围每年更新4~6期

    • 高分系列卫星
    • 高分一号卫星20134月发射,GF-1卫星搭载了两台:2m分辨率全色、8m分辨率多光谱相机,四台16m分辨率多光谱相机,重访问周期4天;
     
     高分一号16米全国真彩色正射产品 可全国每年更新12期
    • 高分二号卫星:2014819日发射,高分二号卫星的空间分辨率优于1米,全色0.8米,多光谱3.2米,重访问周期5天;
     
     高分二号 1米真彩色正射产品 可全省每年更新2~4期
     
    • 北京二号
    北京二号星座:北京时间2015711日发射,北京二号星座由30.8米分辨率的光学遥感卫星组成。全色:0.8 m;多光谱:3.2 m
     
    北京二号 0.8米分辨率可用于重点监控区域局部观测
     

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