林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在露水河林業(yè)局的應(yīng)用評(píng)估

孫立法

（吉林省露水河林業(yè)局，吉林 白山 134506）

露水河林業(yè)局地處長(zhǎng)白山西北麓撫松縣境內(nèi)，總經(jīng)營(yíng)面積120 934 hm2，森林覆蓋率95.4%，植被類型屬以紅松為優(yōu)勢(shì)樹種的溫帶針闊混交林，且多為原始森林。施業(yè)區(qū)地勢(shì)由南向北逐漸升高，中部以南比較平緩，北部山峰陡峭，溝谷縱橫，平均海拔700～800 m之間。有大小山峰30多座，其中千米以上有8座，最高山峰老禿頂子1 359 m，最低點(diǎn)是三道砬子河與二道松花江相匯處，海拔僅369 m，氣候?qū)俸疁貛駶?rùn)氣候區(qū)。露水河林業(yè)局建有占地182.3 hm2、全國(guó)最大的紅松種子園，是吉林省重要的紅松良種基地。建有國(guó)家AAAA級(jí)旅游景區(qū)——露水河國(guó)家森林公園。公園內(nèi)有面積11 725 hm2、全國(guó)僅存、亞洲最大的紅松母樹林景觀和著名的長(zhǎng)白山紅松王、連理樹等旅游景點(diǎn)，素有“紅松故鄉(xiāng)”的美譽(yù)。2009年被國(guó)家劃定為一級(jí)森林火險(xiǎn)區(qū)，森林防火任務(wù)十分艱巨。

為加強(qiáng)林火監(jiān)測(cè)，提高森林防火科技含量，2015年9月至2016年8月，露水河林業(yè)局累計(jì)投資772.13萬元，完成了森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)家試點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，先后建成視頻監(jiān)控前端系統(tǒng)7套，并于2017年7月一次性通過國(guó)家林業(yè)局專家組驗(yàn)收。這里就其建設(shè)和測(cè)試情況進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要內(nèi)容

1.1 指揮中心建設(shè)

完成指揮中心的適應(yīng)性改造229 m2；建設(shè)森林防火視頻監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)1套、點(diǎn)位授權(quán)7點(diǎn)、視頻管理平臺(tái)1套、系統(tǒng)客戶端3套、機(jī)柜1個(gè)、交換機(jī)1臺(tái)、大屏顯示系統(tǒng)1套（含55寸液晶拼接單元12塊、圖像拼接控制器1臺(tái)、拼接控制軟件1套、分配器1臺(tái)、機(jī)柜1個(gè)、輔材1套）。

1.2 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

將原有的人工瞭望塔進(jìn)行適應(yīng)性改造，使其具備視頻瞭望塔的功能。改造瞭望塔7套、防雷系統(tǒng)7套；建設(shè)存放機(jī)柜、蓄電池的彩鋼房7處。

1.3 前端監(jiān)控點(diǎn)建設(shè)

建成森林防火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控點(diǎn)（前端）設(shè)備7套，含監(jiān)控系統(tǒng)終端7套（智能煙火識(shí)別軟件7套、智能煙火定位軟件7套）、基站安防系統(tǒng)7套（定點(diǎn)監(jiān)控?cái)z像機(jī)、動(dòng)點(diǎn)監(jiān)控?cái)z像機(jī)、室外紅外幕簾、拾音器、警號(hào)揚(yáng)聲器各7套）。

1.4 信號(hào)傳輸系統(tǒng)建設(shè)

使用通信光纜和微波兩種信號(hào)傳輸方式。選定3座瞭望塔建設(shè)3條光纜傳輸線路共計(jì)10.59 km。在另外4座瞭望塔建設(shè)微波設(shè)備4套、天線4對(duì)、配件4套、超五類室外屏蔽網(wǎng)線4套。

1.5 供電系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)太陽能供電系統(tǒng)7套（太陽能控制器7套、蓄電池56塊）。

1.6 其他輔助設(shè)備

購置安裝與之配套的服務(wù)器、機(jī)柜、蓄電池等通信設(shè)備（含太陽能電池板組件168塊、匯流箱7套、電池柜7臺(tái)）。

2 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)試運(yùn)行情況評(píng)估

在項(xiàng)目試運(yùn)行期間，露水河林業(yè)局采用明火和煙霧測(cè)試方式進(jìn)行了系統(tǒng)初驗(yàn)工作，重點(diǎn)驗(yàn)證了巡航、前端監(jiān)控設(shè)備控制、視頻存儲(chǔ)與點(diǎn)播、火情識(shí)別定位、指揮調(diào)度、常規(guī)火源處理等功能。

2.1 基本功能評(píng)估

1）外觀良好。無明顯機(jī)械損傷，無涂層剝落、表面銹蝕和塑料件起泡開裂情況。銘牌標(biāo)志和文字字跡清晰，緊固件無松動(dòng)。

2）自動(dòng)巡航?？砂凑罩付ǖ慕嵌群蛙壽E自動(dòng)完成巡航報(bào)警工作。自動(dòng)巡航期間可切換手動(dòng)控制模式，在釋放手動(dòng)控制后系統(tǒng)可恢復(fù)自動(dòng)巡航功能。

3）成像控制。支持手動(dòng)調(diào)焦、手動(dòng)變焦和開關(guān)透霧，并具備自動(dòng)對(duì)焦功能。

4）設(shè)備控制。支持上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)控制。

5）視頻存儲(chǔ)點(diǎn)播。支持歷史視頻（報(bào)警視頻）的存儲(chǔ)與點(diǎn)播，顯示報(bào)警視頻應(yīng)關(guān)聯(lián)或報(bào)警的站點(diǎn)、時(shí)間、位置等信息。

6）多視頻顯示。支持多路實(shí)時(shí)視頻同時(shí)顯示和輪巡功能，并對(duì)火警視頻優(yōu)先顯示。

7）防盜報(bào)警。支持對(duì)靠近前端設(shè)備人員的探知和聯(lián)動(dòng)語音報(bào)警。

8）常規(guī)火源處理。支持屏蔽區(qū)設(shè)置，對(duì)在屏蔽設(shè)置區(qū)域內(nèi)燃放煙火等目標(biāo)不再進(jìn)行報(bào)警。

9）應(yīng)急預(yù)案。支持森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的相關(guān)內(nèi)容、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、修改、編制。

10）指揮調(diào)度。支持在地圖上對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行基本標(biāo)繪，顯示就近撲火力量裝備等資源情況和各撲火隊(duì)趕往火場(chǎng)的最優(yōu)路徑。記錄火災(zāi)不同階段森林火災(zāi)信息處置單的填報(bào)內(nèi)容，報(bào)表內(nèi)容及格式符合LY/T 2585—2016《森林火災(zāi)信息處置規(guī)范》。

11）災(zāi)后評(píng)估。根據(jù)采集的坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算受災(zāi)面積，對(duì)指定面積的林地計(jì)算因?yàn)?zāi)損失，分析受災(zāi)區(qū)域相關(guān)（林相）屬性。

12）權(quán)限管理?？稍O(shè)置不同管理權(quán)限和操作權(quán)限，支持高級(jí)別用戶搶占低級(jí)別用戶操作（吉林省林業(yè)廳防火辦可直接遠(yuǎn)程操控露水河林業(yè)局森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)，觀察實(shí)時(shí)圖像）。

2.2 實(shí)戰(zhàn)演習(xí)評(píng)估

根據(jù)實(shí)戰(zhàn)演習(xí)測(cè)試情況，確定視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件及硬件在測(cè)試周期內(nèi)無故障發(fā)生，萬公頃日誤報(bào)次數(shù)為2.86次。測(cè)試報(bào)警情況具體如下：

1）煙識(shí)別。0～5 km，正確報(bào)警8次，漏報(bào)0次，最大定位誤差64.3 m，最小定位誤差13.6 m；0～10 km，正確報(bào)警3次，漏報(bào)0次，最大定位誤差98.6 m，最小定位誤差56.7 m；0～13 km，正確報(bào)警1次，漏報(bào)0次，最大定位誤差86.2 m。

2）火識(shí)別。0～5 km，正確報(bào)警3次，漏報(bào)0次，最大定位誤差59.3 m，最小定位誤差22.7 m；5～10 km，正確報(bào)警4次，漏報(bào)0次，最大定位誤差90.1 m，最小定位誤差60.6 m。

2.3 使用效果評(píng)估

2.3.1 前端設(shè)備技術(shù)指標(biāo)良好

鏡頭配備SONY圖像傳感器，有效像素207萬PX，支持62倍12.5～775 mm變焦，光學(xué)透霧濾光。光圈支持自動(dòng)和手動(dòng)控制。色調(diào)、銳度、亮度、對(duì)比度和飽和度等多種參數(shù)可調(diào)。最低照度彩色模式為0.01 Lux，黑白模式為0.001 Lux。支持?jǐn)?shù)字降噪、強(qiáng)光抑制、寬動(dòng)態(tài)，信噪比≥50 dB。

鏡頭可360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，俯仰角為+90°～-90°。水平鍵控速度0.005°/s～90°/s，水平預(yù)置點(diǎn)速度90°/s。垂直鍵控速度0.005°/s～90°/s，垂直預(yù)置點(diǎn)速度90°/s。設(shè)備精度為0.0038°，支持自動(dòng)跟焦、3D定位、抓圖功能，預(yù)置點(diǎn)個(gè)數(shù)2 048個(gè)，巡航掃描16條。

設(shè)備工作溫度范圍-40℃～70℃，濕度小于93%，防護(hù)等級(jí)為IP67，電磁兼容性符合相關(guān)規(guī)定，具備防凝露和除雪功能。＞10 km半徑全區(qū)域巡航時(shí)間≤30分鐘，最小識(shí)別像素7×7 PX，最大圖像尺寸1 920×1 080 PX。可見光主碼流分辨率及幀率為50 Hz:25 fps（1 920×1 080 PX）和60 Hz:30 fps（1 920×1 080 PX），可見光子碼流分辨率及幀率為 50 Hz:25 fps（704×576 PX）和60 Hz:30 fps（704×576 PX），支持ROI編碼和視頻壓縮、語音壓縮功能。

2.3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)優(yōu)勢(shì)明顯

軸系結(jié)構(gòu)。采用高精度的雙向推力球軸承，使用精選的鋼球和高強(qiáng)度、精加工的軸承環(huán)，軸承安裝加有預(yù)緊力。其精度高于標(biāo)準(zhǔn)軸承P2級(jí)，徑向軸承環(huán)之間裝有精選的鋼球，采用適當(dāng)?shù)倪^盈配合，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為防火視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在火情監(jiān)測(cè)中實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)與準(zhǔn)確定位打下了良好基礎(chǔ)。

基座與底座結(jié)構(gòu)。進(jìn)行了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度鑄鋁配以足夠的加強(qiáng)筋鑄成，不但保證了軸承環(huán)的剛度和良好的支撐剛度及穩(wěn)定性，而且有利于達(dá)到各結(jié)構(gòu)配置的精度要求。這是區(qū)別其他安防監(jiān)控設(shè)備、普通轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)。

光軸調(diào)節(jié)與成像基座鎖定結(jié)構(gòu)。在固定高精密光學(xué)設(shè)備時(shí)，采用捆扎與底平面調(diào)節(jié)鎖定方式和自成像焦平面安裝與鎖定方法，使系統(tǒng)成像清晰，為火情識(shí)別與早發(fā)現(xiàn)提供可靠保障。經(jīng)過高低溫、震動(dòng)等環(huán)境變化測(cè)試，光軸調(diào)節(jié)、成像基座鎖定等細(xì)節(jié)精準(zhǔn)程度未影響到系統(tǒng)成像及火情識(shí)別精度。這種細(xì)節(jié)強(qiáng)化設(shè)計(jì)使整體設(shè)備具備了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化。整體設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，將水平軸系、垂直軸系、成像系統(tǒng)、基座與底座等關(guān)鍵組成部件模塊化設(shè)計(jì)，各部件接口精準(zhǔn)，便于加工、生產(chǎn)、組裝、測(cè)試與設(shè)備維護(hù)。

高精度伺服控制。采用軍方轉(zhuǎn)化的高精度運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，電流環(huán)、電壓環(huán)、位置環(huán)多種控制技術(shù)相結(jié)合，與中心軸傳動(dòng)系統(tǒng)相配合，大大提高了整體系統(tǒng)控制精度、煙火識(shí)別精度、系統(tǒng)定位精度。

2.3.3 操作及實(shí)用性能較高

一是雙光譜識(shí)別。利用可見光和熱成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候不間斷的監(jiān)測(cè)預(yù)警，并對(duì)煙火雙目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。其中，煙目標(biāo)最小識(shí)別范圍對(duì)比度在5%的情況下是7×7像素，火目標(biāo)最小識(shí)別范圍對(duì)比度在5%的情況下是2×2像素，高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二是0.003 8°的設(shè)備精度優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)0.005°，為目標(biāo)的定位精度在15 km處誤差小于100 m提供了重要保障。三是球型設(shè)計(jì)可以有效降低風(fēng)阻，同時(shí)設(shè)備本身為IP67防護(hù)等級(jí)，在防水和防塵方面能力優(yōu)秀，并可抵御6000 V高壓的感應(yīng)雷，有效降低雷電帶來的損害。四是太陽能供電時(shí)間達(dá)到70 h以上，可以在三個(gè)連續(xù)陰雨天的情況下正常開展工作。同時(shí)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，在線式管理。易于遠(yuǎn)程升級(jí)和維護(hù)，快速解決故障問題。

2.3.4 符合節(jié)能環(huán)保要求

在節(jié)能方面，選用的設(shè)備均為低功耗產(chǎn)品。如前端監(jiān)控設(shè)備為前置DSP煙火識(shí)別處理方式，免去了指揮中心圖像處理與煙火識(shí)別算法處理帶來的設(shè)備功耗；采用球型設(shè)備，減少了抗風(fēng)功耗；塔上設(shè)備采用直流供電方式，提高了電源轉(zhuǎn)換效率；指揮中心采用液晶顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多數(shù)設(shè)備具有休眠與喚醒功能，降低了設(shè)備用電功耗；遠(yuǎn)程升級(jí)及維護(hù)管理技術(shù)，有效降低了運(yùn)維成本，體現(xiàn)了節(jié)能減排。

在環(huán)保方面，前端系統(tǒng)采用太陽能供電。選用了可再生環(huán)保能源發(fā)電方式，既節(jié)能又環(huán)保；大部分森林覆蓋網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸方式，避免了開挖破土和破壞森林植被。在模塊設(shè)計(jì)與遠(yuǎn)程維護(hù)管理上，也相對(duì)減少了維護(hù)工作量。

2.3.5 存在的問題和不足

一是受林木遮擋和視頻觀測(cè)點(diǎn)距離、位置、角度及山形地勢(shì)影響，在火點(diǎn)處于初發(fā)階段，可燃物充分燃燒、無較大煙霧產(chǎn)生時(shí)，紅外和可見光兩種監(jiān)測(cè)方式偶發(fā)未能探測(cè)到火點(diǎn)情況。二是晝間紅外監(jiān)測(cè)易受反光體干擾影響，靈敏度需要進(jìn)一步提高。當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)煙霧時(shí)，小概率地出現(xiàn)過同步運(yùn)行的紅外監(jiān)測(cè)功能沒有探測(cè)到火點(diǎn)的情況。三是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)算得到的火點(diǎn)坐標(biāo)與實(shí)地坐標(biāo)數(shù)據(jù)存在一定誤差，火點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)報(bào)軟件需不斷地校準(zhǔn)和完善。四是監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳輸線路長(zhǎng)，設(shè)備及配件較多，一旦出現(xiàn)問題，非專業(yè)人員難以在第一時(shí)間有效排除故障。

3 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要結(jié)論

智慧林業(yè)是未來林業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必由之路，核心是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立一種智慧化發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制。森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為我國(guó)森林防火信息化建設(shè)的重要手段之一，屬國(guó)家重點(diǎn)支持項(xiàng)目。系統(tǒng)特有的監(jiān)測(cè)預(yù)警功能，符合國(guó)家和省政府關(guān)于“構(gòu)建森林災(zāi)害綜合調(diào)度指揮管理平臺(tái)，建立林業(yè)災(zāi)害應(yīng)急管理體系，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急防控全流程的智能化管理”的總體思路，具備可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

露水河林業(yè)局森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)投入使用，使林火監(jiān)測(cè)及撲救工作實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。一是建成了完備的林火監(jiān)測(cè)體系，在瞭望員和護(hù)林員人工監(jiān)測(cè)火情的基礎(chǔ)上，增加了視頻智能監(jiān)控功能，并避免了人工測(cè)報(bào)火場(chǎng)位置及角度的誤差。二是全天候、全過程監(jiān)控觀測(cè)區(qū)內(nèi)的火情發(fā)生、發(fā)展以及撲救隊(duì)伍實(shí)施林火撲救的情況，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可以在指揮中心進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度指揮，為撲火指揮決策提供便利條件。對(duì)撲滅后的火場(chǎng)是否復(fù)燃可進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，取代人工巡查火燒跡地，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。三是系統(tǒng)具備的森林防火準(zhǔn)備、監(jiān)測(cè)預(yù)警、撲救、災(zāi)后評(píng)估等各階段初步管理能力，為露水河林業(yè)局森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)工作向科學(xué)化、智能化、現(xiàn)代化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。