中國森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)探討

鄒全程　閆平　王生杰　于千淼　慕曉煒

摘要： 森林防火設(shè)施是開展森林防火工作的基礎(chǔ)保障，其中火情監(jiān)測設(shè)施是實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)“早發(fā)現(xiàn)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以我國森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)為研究對象，在全國重點(diǎn)森林防火單位廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)出當(dāng)前林火監(jiān)測設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀與局限，并據(jù)此分析出今后林火視頻監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的項(xiàng)目構(gòu)成：即前端、網(wǎng)絡(luò)傳輸和監(jiān)測控制中心3大系統(tǒng)及其28子項(xiàng)100個可選分項(xiàng)的具體內(nèi)容，同時討論了相關(guān)的建設(shè)要點(diǎn)，旨在為全國林火視頻監(jiān)測設(shè)施建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞： 森林防火； 視頻； 監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號： S 762. 3 + 2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： C

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體， 在維護(hù)國土生態(tài)安全和統(tǒng)籌山水林田湖綜合治理中占有基礎(chǔ)地位，為人類生存發(fā)展提供著不可替代的生態(tài)福祉。目前，我國森林覆蓋率為21.63%，總體上仍是一個缺林少綠、生態(tài)脆弱的國家，森林覆蓋率遠(yuǎn)低于全球31%的平均水平[ 1 - 3 ]。全國森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)雖實(shí)現(xiàn)了連續(xù)7年的下降[ 4 ]，但防火總體形勢仍不容樂觀，特別是近年受全球氣候異常的影響，我國局部干旱、高溫、大風(fēng)等極端天氣明顯增多，森林防火成果是在較高的人力、物力投入下取得的，缺乏體系性支撐與協(xié)調(diào)，可延續(xù)性有待觀察，可預(yù)見在未來一定時期內(nèi)森林防火工作仍將面臨較大壓力。森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、危險性高，是全球發(fā)生最頻繁、處置最困難、危害最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，是生態(tài)文明建設(shè)成果和森林資源安全的最大威脅[ 5 ]，而森林防火設(shè)施則是開展森林防火工作的基礎(chǔ)保障。

1987年以前，我國林區(qū)森林防火設(shè)施薄弱，撲火裝備缺乏，相當(dāng)數(shù)量地區(qū)近乎空白，道路交通、通信設(shè)備、氣象服務(wù)等也十分落后。“5·6”大火后，國家和各地不斷加大森林防火投入力度，在全國范圍內(nèi)更新改造瞭望監(jiān)測系統(tǒng)、信息指揮系統(tǒng)、預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，建設(shè)隔離帶網(wǎng)，購置先進(jìn)的撲火裝備，截至2016年，全國火情瞭望覆蓋率68.1%[ 5 ]。火險預(yù)警是預(yù)防工作的先導(dǎo)，林火監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)“早發(fā)現(xiàn)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，須充分利用現(xiàn)有鐵塔、電力、網(wǎng)絡(luò)等公共資源，采用先進(jìn)的紅外探測技術(shù)、高清可見光視頻技術(shù)、智能煙火識別等成熟技術(shù)，力爭實(shí)現(xiàn)森林火情24小時不間斷探測和自動報警，實(shí)現(xiàn)我國森林火災(zāi)預(yù)防體系更加健全、撲救體系全面加強(qiáng)之目的。

1 研究內(nèi)容

1. 1 調(diào)查范圍

根據(jù)全國森林防火規(guī)劃（2016～2025年）將全國范圍內(nèi)（不含港、澳、臺）151個森林火災(zāi)高危區(qū)和1 418個森林火災(zāi)高風(fēng)險區(qū)中的重點(diǎn)縣級行政單位作為研究對象，采取函調(diào)、實(shí)地典型調(diào)查、座談會和問卷調(diào)查的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

1. 2 調(diào)查內(nèi)容

森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)查因子以住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展和改革委員會2009年11月1日起施行的《森林火情瞭望監(jiān)測設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》為基本參考依據(jù)，將森林防火視頻監(jiān)測系統(tǒng)主要包括的基礎(chǔ)設(shè)施、供電設(shè)備、信息采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、圖像處理分析設(shè)備、避雷設(shè)備和地面監(jiān)控設(shè)備等作為主要調(diào)查內(nèi)容。

1. 3 調(diào)查方法

在全國范圍內(nèi)，特別是東北和西南森林防火重點(diǎn)區(qū)域， 進(jìn)行了森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及未來需求的分析工作。研究結(jié)論既體現(xiàn)出不同地域有代表性的基層林業(yè)部門或生產(chǎn)經(jīng)營單位現(xiàn)實(shí)需求， 又結(jié)合了國內(nèi)重點(diǎn)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備廠商科技支撐能力。

2 林火監(jiān)測現(xiàn)狀與不足

2. 1 森林火情監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

目前，我國用于森林火情監(jiān)測的主要技術(shù)手段有：塔（臺）人工瞭望、地面巡護(hù)、森林航空巡護(hù)、衛(wèi)星遙感、地面電子監(jiān)控[ 6 ]，其特點(diǎn)如下：

2. 2 森林火情監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用局限

2. 2. 1 政策保障機(jī)制

目前我國已初步建立起多層級、廣域覆蓋、經(jīng)濟(jì)適用、具備一定技術(shù)水準(zhǔn)的林業(yè)防火組織體系和火情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，但林業(yè)防火建設(shè)在總體規(guī)劃布局、資金投入分配和技術(shù)應(yīng)用等方面還存在諸多不平衡性，各區(qū)域各部門間的發(fā)展層次和方向也參差不齊，難于形成綜合防控的最大合力，整體水平與林業(yè)發(fā)達(dá)國家仍有相當(dāng)差距[ 7 - 10 ]。

2. 2. 2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)層面

由于瞭望塔（臺）通常建設(shè)在林區(qū)制高點(diǎn)，如山頂、坡頭之上，普遍存在施工環(huán)境嚴(yán)苛、運(yùn)輸條件差等問題，甚至大量建筑材料需要完全依靠人力畜力進(jìn)行長距離運(yùn)輸，形成瞭望塔（臺）建設(shè)難度大、工期長、造價居高不下的局面；瞭望塔（臺）普遍存在配套設(shè)施不完善的問題，供電、供水、餐宿、通信和采暖等基本條件難以得到可靠保障，值守人員的工作生活條件比較艱苦，瞭望塔（臺）僅能保障值守人員在防火期內(nèi)短期的駐留和生活?？傮w來看，全國大面積林區(qū)瞭望塔數(shù)量不足，配套生活設(shè)施簡陋，林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用水平不高。

2. 3 森林火情監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

通過多年現(xiàn)代化森林防火實(shí)踐，可以預(yù)見在未來林火防控工作中，高效的“技防”必將結(jié)合甚至逐步取代傳統(tǒng)的“人防”，并呈現(xiàn)向著立體、可視、精確、快速反應(yīng)、智能化方向不斷發(fā)展的趨勢[ 11 ]。

時下的視頻監(jiān)控技術(shù)有力推動了森林防火信息化發(fā)展，一是因通用安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域日臻成熟的技術(shù)成果不斷地向其他行業(yè)滲透；二是適合森林防火特殊應(yīng)用需求及環(huán)境的煙火圖像識別、精密伺服驅(qū)動定位、GIS等相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展[ 11 ]。林火監(jiān)測主要技術(shù)形態(tài)也由傳統(tǒng)的火源卡口視頻監(jiān)控攝錄系統(tǒng)，逐漸發(fā)展成能夠在多個特征頻譜段工作，具備遠(yuǎn)程視頻探測能力，實(shí)現(xiàn)精密地理定位功能，具有良好環(huán)境適應(yīng)性的專用森林防火視頻監(jiān)測系統(tǒng)[ 12 - 15 ]。此外，一些系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了與指揮決策、音視頻會議、通信網(wǎng)絡(luò)、自動環(huán)境監(jiān)測、資源監(jiān)管及辦公等系統(tǒng)的深度整合，成為一套完整的、集視頻圖像采集和分析處理、分發(fā)存儲、通信調(diào)度、火情定位預(yù)警、輔助指揮決策等功能于一體的綜合性森林火情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

3 林火視頻監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)成

將2009～2014年全國累計實(shí)有瞭望塔（臺）總座數(shù)及當(dāng)年總座數(shù)與各年度火災(zāi)總次數(shù)及火場總面積疊加分析，得出火情監(jiān)測設(shè)施與林火發(fā)生的次數(shù)和面積呈一定程度的負(fù)相關(guān)（圖1）?？紤]到各類林火地面電子監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)成上有一定的相似性，為突出重點(diǎn)，本文以專用的森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)為研究對象介紹[ 16 - 21 ]。

森林火情視頻監(jiān)測系統(tǒng)是通過前端監(jiān)控設(shè)備對監(jiān)測范圍內(nèi)的森林進(jìn)行全天時監(jiān)測，對火情進(jìn)行自動識別和報警，使指揮控制中心工作人員能夠準(zhǔn)確掌握森林防火情況，確保森林防火安全，因此整體系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)成應(yīng)至少包含前端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸和監(jiān)控中心3個部分（表2）。本文所指項(xiàng)目為基本構(gòu)成要素，在實(shí)際具體工程建設(shè)中則可能僅涵蓋其中一部分或大部分項(xiàng)目，另外各廠商的設(shè)備功能形態(tài)不盡相同，一種設(shè)備或系統(tǒng)有可能兼有多種設(shè)備的功能或者某一功能需要多種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，因此項(xiàng)目構(gòu)成更強(qiáng)調(diào)的是設(shè)備功能屬性的集合而不特指某一具體設(shè)備。

由于森林火險區(qū)的自然、地理和原有建設(shè)基礎(chǔ)等情況差異較大，本文只給出各分項(xiàng)建設(shè)內(nèi)容的參考（表3～表5），建設(shè)單位需根據(jù)本地森林火情瞭望監(jiān)測設(shè)施工程建設(shè)的實(shí)際情況，有重點(diǎn)、有選擇地對項(xiàng)目建設(shè)構(gòu)成表所列內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。如：前端系統(tǒng)中光伏供電系統(tǒng)的太陽能電池陣列、太陽能支架、太陽能支架基礎(chǔ)、光伏設(shè)備安裝4個分項(xiàng)選擇內(nèi)容不需要全部建設(shè)，根據(jù)環(huán)境與需求情況選配即可。

地面森林火情視頻監(jiān)測技術(shù)作為一種新型的、頗具發(fā)展前景的林火監(jiān)測手段，在未來的森林防火工作中必將扮演著更加重要的角色，由于森林火情監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及多種技術(shù)形式，各種監(jiān)測技術(shù)在具體建設(shè)上也差別較大，因此在實(shí)際建設(shè)中還應(yīng)注意以下問題（表6）。

4 討論與建議

森林火情瞭望監(jiān)測設(shè)施是林火預(yù)防工作的先導(dǎo)，隨著我國森林防火工作的迅速發(fā)展，對森林火情瞭望監(jiān)測手段和能力都提出了更高的要求。本文以林火視頻監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)為研究對象，在我國森林防火重點(diǎn)地區(qū)和單位的調(diào)查研究基礎(chǔ)上，結(jié)合以往建設(shè)成效及行業(yè)專家意見，給出今后林火視頻監(jiān)測系統(tǒng)詳細(xì)建設(shè)構(gòu)成參考，并提出建設(shè)要點(diǎn)，旨在為維護(hù)國家生態(tài)安全和森林防火工作的需要、規(guī)范和加強(qiáng)森林火情瞭望監(jiān)測設(shè)施建設(shè)、提高林火監(jiān)測設(shè)施工程項(xiàng)目決策和建設(shè)的科學(xué)管理水平、有效增強(qiáng)預(yù)警和監(jiān)測森林火災(zāi)的能力提供核心支撐和技術(shù)支持。

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第1作者簡介： 鄒全程（1984-）， 博士研究生， 高級工程師。從事林業(yè)生態(tài)工程咨詢等相關(guān)工作。

收稿日期： 2018 - 06 - 06

（責(zé)任編輯： 李 丹）

Abstract Forest fire prevention facilities are the basic guarantee for forest fire prevention work. And the fire monitoring facilities are the keys to realize the 'early detection' of forest fires. Based on the extensive investigation of forest fire prevention units in China， we summarize the current situation and limitations of forest fire monitoring facilities and analyze the future construction of forest fire video monitoring system. This project consists of the three major systems of front-end， network transmission and monitoring / control center and 100 sub-items of its 28 sub-items. Relevant construction points are also discussed to provide reference for the construction of national forest fire video monitoring facilities.

Key words Fire prevention； Video； Fire monitoring system