“灵境”技术是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合,主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面,然而由于技术的局限性,通常仅将“灵境”技术理解为虚拟现实(VR)技术。随着技术的成熟,“灵境”将可以成为一个崭新的虚拟世界,该世界通过自我完善逐渐符合真正社会的认知与运行方法,并具备可超越普通人的思考速度,进行预知与创造,本文将这种变化结果命名为“灵境体系”。该体系将完成多种领域内多类技术的整合,实现无壁垒的技术全面一体化。
>>WebGL 仿真应急界面(引自网络)
一体化体系对于森林消防有重大意义。本研究将通过“灵境体系”路线完成对智慧感知、分析、指挥、训练一体化的森林消防体系的全面构建,从制定标准、稳定通信、规范队伍、应用新技术等环节出发,摆脱现有组织架构,以资源最大化利用为核心,跨区域根据地形和气候调配前线森林消防资源,构建具备统筹规划、可兼容现有体系、涵盖国土林草广袤场景等功能的新体系。
森林消防“灵境体系”由三大部分组成:第一部分是感知,主要用于对各类监测数据实时采集,数据类型包含地理信息、文本信息、视频信息、音频信息、图像信息等;第二部分是分析,利用数据资源作为基础建立以多模态机器学习模型为核心的数据梳理、加工模块,在制定统一设备、数据标准的情况下建立数据传输、数据服务系统;第三部分是指挥,通过建模实现多维可视化和加工分析数据相结合的森林资源虚拟仿真,建立多线指挥平台,数据加工后根据火情级别判定指挥权,最终通过区块+地形方式划定队伍任务范围。
一体化平台的构建共有六层架构,分别为数据采集层、数据传输层、数据资源层、数据服务层、数据应用层、展示层。数据采集层包括人工巡护终端、高点云台监控+道路死角监控、卫星遥感监测+专人值班、无人机+有人机(直升机、飞机等)监测+挂载装备、天文地理生态监测站等。数据传输层由卫星通信、林业专网,或者多类通信融合技术等组成,通信网由多种设备智能组成。对于火情重点监测地区,通信方式将以不同方式展开。数据资源层按照数据标准要求,将监测设备数据、地理环境数据、消防知识数据、平台管理维护数据、图形数据进行集纳整理,建立种类知识库,实现数据资源信息的利用最大化,以及各区域的信息共享,从而实现一体化管理。数据服务层包括多模态机器学习模型数据加工和数据封装、区块链身份管理和智能合约的执行、多维可视化平台底层数据稳定性和模型可靠性管理、多平台数据集成服务、日志/录像管理等。数据应用层与展示层主要为可视化平台的多类数据分析、挖掘和应用,以及管理后台平台与感知、分析子系统的应用。展示层提供呈现方式,采取图形、动画等多感官表达,为上层指挥提供辅助决策支撑。
本研究建议森林防火指挥中心增设统一的“灵境”系统,按照“局—总队—大队—中队—小队”5级指挥,可以根据设备监测范围更有效地制定方案,充分发挥多模态机器学习模型的技术优势,加强不同区域间的联通作战。
具体应为在制定统一通信标准,调配系统、地理信息、林业资源等信息规范通讯方式情况下,各级指挥中心可采用区块链进行通信传输、信息存储和调取、身份管理等,由森林消防内部联盟链构建。这项技术可以使中队级指挥中心以上的指定联盟成员成为多类火情的指挥大脑,小队指挥中心将不再仅有唯一的、指定的中队信息上传渠道,而是根据火情位置、距离、地形判定上传就近的中队级或甚至上传大队级。局级、总队级、支队级指挥中心也可实时监测现场状况,为远程现场指挥提供了更多支持,且决策过程中将不会出现上下级决策冲突等问题。
“灵境”采用多种交互技术为底层进行建设,与区块链结合进行数据高安全性、高同步率的实景模拟建设,是连接感知、分析、指挥、训练全面一体化平台的重要连通方法。森林消防“灵境”采用分布式部署的方式,将每个小队监测点信息上传至747个中队“灵境”的覆盖范围,总队级、大队级可访问所有中队“灵境”,反之亦可由中队“灵境”组成不同精度的大队“灵境”、总队“灵境”。未来直接在虚拟多维“灵境”中对现实中的设备进行感知并操控(虚实级“灵境体系”)。
应用方式上,利用多种方式标注火情区域,展示相关各类现场数据、感知设备数据分析结果,并利用设备模型标识,为上层指挥提供高度仿真的实时界面等,实现不同功能全方位覆盖。建立森林消防训练“灵境”,根据各级“灵境”内的模型和相应权限,可以制作仿真数据用于“灵境”中进行访问、交流,通过虚拟技术增加森林消防队伍内的成员交流方式,帮助成员熟悉各类装备。通过一系列的技术应用方式融合应用,实现森林消防统一制定标准、统一人员培训、一线远程指挥、辅助决策防灭火任务,提高队伍信息化水平,最终建立科技化森林消防一体化体系,为我国森林消防队伍提供坚实保障。
本研究以大数据为支撑建设现代化智能决策系统,采取区块链的技术搭建数据传输方式,利用多维建模软件等技术构建虚拟场景,形成全天候、全覆盖、立体化、智能化的森林消防感知、分析、指挥、训练全面一体化的虚拟级“灵境体系”。“灵境体系”强调使用机器解决人力所不及、难以完成或需大量时间完成的事情,在面临突发情况下迅速建立智能化、统一化、去中心化的救援方案。
本文所描述的仅为针对森林消防构建的虚拟级“灵境体系”,完整的“灵境体系”将具备以下9个主要要素:理性、感知、学习、方法、融合、开悟、判断、预知、创造。对于其“创造”要素本文并未提及,将在后续深层次的真实级“灵境体系”研究中阐述。
“灵境体系”可以对森林消防系统产生诸多影响,如减少对人力资源的投入,提高联合训练的效果,避免事故的发生;增加队伍灵活度,解决信息孤岛问题;去中心化,降低重大灾难发生率;减少冗余投入,减少地区差异化;有效推进森林消防队伍信息化工作;有效提升一线人员面对火情时的心理适应能力等。