森林与草原火灾监测预警的信息学基础：设计者和应用者视角

森林与草原火灾监测预警的信息学基础：设计者和应用者视角是一本农业林业方面的书籍，全书共有291页，由王耀力所著，化学工业出版社于2020年9月2日出版发行

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前言：

林草火灾监测预警技术与系统是多学科发展与融合的产物。据作者不完全统计，以森林防火为关键词，使用CNKI中文检索，在检索出的836篇文章中，涉及可燃物研究的，1964—2019年有491篇，占比为58.73%；其次是视频监控研究的有关论文，2004—2019年，共104篇，占比为12.44%;排在第三位的是无人机相关论文，2006—2019年有67篇，占比为8.01%；第四位为传感器，从1995—2019年有43篇，占比为5.14%；随后依次为气象站、FWI、林分结构、土壤、火模型、生态站等。从以上统计不难看出，我国森林防火研究一半以上的成果源于林业工作者对燃烧对象，即可燃物的燃烧机理、传播途径、环境影响等所做的长期深入细致的研究，而对火灾预警监测所采用的观测手段(如信息采集用的传感器，包括无人机、视频监控等)、处理方法(如机器学习与人工智能等)以及控制技术等方面的研究，则受限于现代信息技术进展以及机器人技术、人工智能理论在森林防火研究的多学科交叉融合程度。为此，本书尝试从林草火灾监测预警的信息采集、处理与控制流程等方面，对林草火灾监测预警系统进行边界划分，以作者主导的太原理工大学智能感知与安全架构实验室近年来的研究成果为叙述主线，以系统设计者与应用者视角，探讨计算智能与机器人等现代技术在林草火灾监测预警的应用与科技创新。林草火灾监测预警多学科交叉融合的关键在于培养多学科创新人才，因此在本书的最后章节，笔者以普通高校电子类研究生从事机器人技术理论研究为例，以满足学习研究与工程实践自主机器人需求为目标，从机器人设计研发等环节在人才培养方面进行了探讨，给出了相应教学模型。本书通过深入剖析林草火灾监测预警系统的组成原理与应用实例，讨论了林草火灾监测预警技术与系统中，以计算智能及机器人技术为信息学基础的理论与应用等方面的研究内容。全书共10章，各章主要内容安排如下。第1章：介绍林草火灾监测预警理技术研究背景。第2章：介绍了林草火灾的概念与研究范畴，林草火灾监测预警的分类、技术发展方向及以应用者和设计者视角的监测预警信息系统设计流程，包括需求分析、业务与系统云架构等内容。第3章：介绍了以子模优化为基础的IoT无线传感器布局与信息传输方案，并给出适合林草火灾早期预警的大规模无线传感器部署与信息传输方法。第4章：讨论了计算视觉技术在林草火灾影像监测中的研究与应用成果。重点介绍了多分辨烟雾影像的神经网络识别与迁移学习方案。第5章：介绍以前馈神经网络为基础多层感知机在林草火灾监测预警中的应用，重点介绍了森林火险气象指数系统所涉及参数的空间插值技术。第6章：介绍林草火灾监测预警系统业务与系统架构和自主机器人系统云计算架构之间的同构关系。重点介绍基于表达层视觉的机器人系统感知、认知以及执行的原理与方法。第7章：着重讨论在风环境下旋翼飞行控制器抗干扰设计方面研究工作。第8章：以林内机器人常用形态之一的轮式机器人为研究对象，重点讨论机身尺度约束下的轮式机器人原型设计方案。根据林内环境的差异性避障需求，解决不同尺度轮式机器人的设计问题；然后讨论轮式机器人的虚拟仿真与算法验证。第9章：通过讨论基于云计算的信息系统抽象模型及其架构，构造了基于云计算的林草火灾监测预警系统架构模型，实现了形式化验证。然后讨论了半形式化语言构造的业务流程的验证，以及多线程程序的形式化验证。第10章：解决高等院校电子类研究生从事机器人系统理论研究与应用开发时，如何快速构建机器人技术信息学基础的教学方法与手段，并给出了教学模型。笔者要感谢所有为本书出版付出过辛勤劳动、给予支持与鼓励的人们。特别感谢太原理工大学智能感知与安全架构实验室的全体同仁，是你们的辛勤工作与无私奉献才有了作者研究总结的系统性基础研究成果。感谢团队初创时我的同事常青博士、武淑红博士、李铁鹰教授，是大家的加入形成了结合信息、计算机与自动化的机器人学科的研究基础团队。特别感谢王田苗教授在作者团队初创时及发展过程中给予的关键指导与无私帮助。感谢百人计划特聘教授王力波博士的加盟，为团队今后人工智能理论与应用的研究奠定了坚实的基础。同时感谢英国布鲁内尔大学李茂贞教授在高性能计算与迁移学习研究方面给予的具体指导。感谢实验室研究生谢晓娟、段宇君、卫鑫、刘晓慧、王亚琴、杨春霞、杨芳君、赵元魁、晁斌、陆建伟、李凌燕、李凯宁、高飞等人的工作，还包括刘鑫、郝慧琴、潘长城、李方良、王克丽、李燕、李航、张承秀、侯玉涵、牛丽丽、薛艳、牛慧敏、刘安睿吉力、姜海涛、王秀、王涛、王飞等研究生所做的大量基础研究工作。感谢中国林业科学研究院舒立福研究员，北京林业大学刘晓东教授、田呈明教授，山西省林业科学研究院郭学斌教授、孙永明教授等专家学者，是你们的基础研究与专业指导帮助笔者实验室实现了在森林防火研究的多学科交叉融合，对此再次表示衷心的感谢。最后深深感谢我的家人，没有你们的鼓励、陪伴与辛勤付出，笔者是不可能顺利完成本书的。尽管笔者力求做到对全书内容做严谨与科学论述，但限于技术进展，加之笔者水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。王耀力2020年6月

1.深入剖析了林草火灾监测预警系统的组成和应用实例；2.讨论了计算智能鸡机器人技术为信息学基础的理论与应用