智慧火情預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用研究
——以廣東省河源市為例

曾 瑜 曾東洋 陳偉偉

（1.河源市應(yīng)急科技信息化中心，廣東 河源 517000；2.中國(guó)鐵塔股份有限公司河源市分公司，廣東河源 517000；3.河源市園林綠化管理中心，廣東 河源 517000）

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、危險(xiǎn)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)成果和自然保護(hù)區(qū)森林資源安全的最大威脅，甚至引發(fā)生態(tài)災(zāi)難和社會(huì)危機(jī)[1-3]。廣東省由于森林覆蓋率的逐步提高，林區(qū)內(nèi)可燃物增厚，林區(qū)企業(yè)、群眾的生產(chǎn)性用火增多，戶外旅游探險(xiǎn)活動(dòng)增加等因素，一直大力推進(jìn)林區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控體系建設(shè)，但當(dāng)前原有的視頻監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)階段的森林防火要求，亟需加大力度提升預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)的科技信息化水平，構(gòu)建起智慧火情預(yù)警平臺(tái)，確保生態(tài)資源和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1 森林火情預(yù)警平臺(tái)現(xiàn)狀

廣東省河源市是林業(yè)大市，全市森林面積114.6 萬(wàn)hm2，在廣東全省排名第4，森林蓄積量達(dá)7 160.46 萬(wàn)m3，森林覆蓋率為73.2%，在國(guó)家、省的大力支持下，2017年開(kāi)始河源市分三期推進(jìn)林區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控安裝，于2020年完成林區(qū)監(jiān)控全覆蓋并投入運(yùn)行使用后，現(xiàn)林區(qū)共有前端監(jiān)控站點(diǎn)及林火監(jiān)控系統(tǒng)657個(gè)，實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)發(fā)生率、森林火災(zāi)受害率持續(xù)大幅下降，為保護(hù)生態(tài)資源和人民生命財(cái)產(chǎn)發(fā)揮較大作用。

但當(dāng)前林區(qū)視頻監(jiān)控仍只能實(shí)現(xiàn)以數(shù)字設(shè)備取代人工巡視、高山瞭望等傳統(tǒng)監(jiān)控方式，依托于前端攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)實(shí)況的采集，結(jié)合GIS（地理信息）系統(tǒng)，通過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò)回傳至后方指揮/監(jiān)控中心，借助中心內(nèi)部配備的軟硬件資源如監(jiān)控系統(tǒng)和大屏顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)可視化呈現(xiàn)，支撐各級(jí)管理部門工作人員完成遠(yuǎn)程值班值守，離智慧森林火情預(yù)警監(jiān)控要求仍有一定差距。

2 當(dāng)前林火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控平臺(tái)存在問(wèn)題

當(dāng)前林火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)已使用數(shù)年，主要使用場(chǎng)景為撲救森林火災(zāi)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)度觀察火情和值班值守監(jiān)控，在使用過(guò)程中，筆者仍發(fā)現(xiàn)存在系統(tǒng)前期預(yù)警不敏捷、攝像頭掉線率高、運(yùn)維難度較大等問(wèn)題[4-6]。

2.1 平臺(tái)部分

一是歷史建設(shè)的解碼器已不能滿足日漸新增的高清點(diǎn)位的上墻需求，無(wú)法正常解碼預(yù)覽；二是項(xiàng)目建設(shè)監(jiān)控點(diǎn)沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)鐘源，導(dǎo)致每個(gè)攝像機(jī)的時(shí)間不統(tǒng)一，難以追溯事件準(zhǔn)確時(shí)間；三是項(xiàng)目建設(shè)主要依賴市局中心平臺(tái)，但是計(jì)算資源投入不足，容災(zāi)備份設(shè)計(jì)不合理，常常因?yàn)橐慌_(tái)服務(wù)器斷電影響全市林火監(jiān)控?zé)o法預(yù)覽。四是項(xiàng)目平臺(tái)建設(shè)落后，沒(méi)有及時(shí)更新，657個(gè)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量大、范圍廣，需專人7×24 h“緊盯”發(fā)現(xiàn)火情并告警。

2.2 傳輸部分

傳輸部分主要存在的問(wèn)題為當(dāng)初建設(shè)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)混亂，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)先到市一級(jí)，再通過(guò)專線到縣區(qū)一級(jí)，導(dǎo)致基層縣區(qū)預(yù)覽頻繁報(bào)錯(cuò)；而硬件建設(shè)概念是前端網(wǎng)絡(luò)到縣區(qū)一級(jí)，再統(tǒng)一資源上傳到市一級(jí)；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與硬件建設(shè)不統(tǒng)一，導(dǎo)致頻繁出錯(cuò)[5]。且建設(shè)前期前端攝像頭帶寬為4 M，后期升級(jí)到10 M，對(duì)于目前高清晰度的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，難以滿足需求。

2.3 前端部分

項(xiàng)目建設(shè)重在建設(shè)，對(duì)于后期設(shè)備運(yùn)維往往跟不上，常常因?yàn)闊o(wú)法預(yù)覽才去維修，而且修復(fù)未閉環(huán)跟進(jìn)，時(shí)常出現(xiàn)無(wú)法看到出現(xiàn)問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)是設(shè)備廠家、維護(hù)商還是運(yùn)營(yíng)商，也無(wú)法查證及追溯進(jìn)度[6]。且當(dāng)前前端攝像頭基本為低配置、年限長(zhǎng)情況，全市林火監(jiān)控總計(jì)657個(gè)，白天監(jiān)控火情情況須靠人工方式排查，晚上基本無(wú)效果，且大部分?jǐn)z像機(jī)使用年限超過(guò)3 a以上。

3 智慧火情預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用

3.1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)與本研究預(yù)警平臺(tái)對(duì)比

3.1.1 智能監(jiān)測(cè)功能

原有平臺(tái)系統(tǒng)缺乏智能算法，目前基本上都是依靠人工7×24 h值班盯守，容易忽視火情發(fā)生。智慧火情預(yù)警平臺(tái)24 h自動(dòng)巡航，每3 min可完成360°巡航，實(shí)現(xiàn)AI預(yù)警上報(bào)，對(duì)出現(xiàn)煙霧的情況后臺(tái)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)上報(bào)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情[7-9]。

3.1.2 平臺(tái)終端功能

原有系統(tǒng)平臺(tái)目前只應(yīng)用于森林防火，系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，視頻無(wú)法共享、數(shù)據(jù)無(wú)法互通，在一定程度上造成資源浪費(fèi)。智慧火情預(yù)警平臺(tái)可接入多種通信終端，國(guó)標(biāo)接口，可對(duì)接其他平臺(tái)，共享和復(fù)用視頻監(jiān)控資源，可實(shí)現(xiàn)森林防火、應(yīng)急調(diào)度、礦山監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)“1 個(gè)平臺(tái)+1 臺(tái)攝像機(jī)+N個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景”。

3.1.3 資產(chǎn)管理模式

原有平臺(tái)設(shè)備資產(chǎn)管理難度大，由于攝像頭是在野外，經(jīng)常風(fēng)吹日曬且使用年限很長(zhǎng)（第一期超7 a），設(shè)備損壞后無(wú)法維修，需要對(duì)報(bào)廢設(shè)備進(jìn)行日常管理。智慧火情預(yù)警平臺(tái)可采用整體購(gòu)買服務(wù)的合作模式，全量滿足需求，提供端到端的全流程服務(wù)，免除后續(xù)資產(chǎn)的管理壓力[10]。

3.1.4 預(yù)警監(jiān)測(cè)范圍

原有部分區(qū)域存在監(jiān)控盲區(qū)，有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)只有一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位，無(wú)法對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全覆蓋。智慧火情預(yù)警平臺(tái)利用三維立體建模測(cè)繪技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)查勘[11-12]，測(cè)算每個(gè)點(diǎn)位監(jiān)控區(qū)域和可見(jiàn)率，做到每個(gè)點(diǎn)位精準(zhǔn)選擇，確保站點(diǎn)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

3.2 智慧火情預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用

3.2.1 整體架構(gòu)

平臺(tái)按照“一級(jí)架構(gòu)、多級(jí)部署、資源共享、開(kāi)放解耦”建設(shè)原則，采用底臺(tái)、中臺(tái)、前臺(tái)三級(jí)分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了底臺(tái)數(shù)據(jù)集中采集、中臺(tái)業(yè)務(wù)集約管控、前臺(tái)應(yīng)用靈活定制、AI算法按需加載。

算法準(zhǔn)確先進(jìn)，系統(tǒng)準(zhǔn)確率高，該架構(gòu)合理分配算力和帶寬資源的同時(shí)，運(yùn)用了先進(jìn)的邊緣計(jì)算、人工智能和云計(jì)算技術(shù)，系統(tǒng)的誤報(bào)率降低至兩萬(wàn)分之一，報(bào)警準(zhǔn)確性大幅提升。同時(shí)系統(tǒng)具備了對(duì)于極端天氣的自動(dòng)規(guī)避能力和場(chǎng)景自動(dòng)理解能力，使得智能化水平得到顯著提升。架構(gòu)靈活科學(xué)，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，該架構(gòu)既可以用于老舊點(diǎn)位升級(jí)改造，又可以整套用于新建項(xiàng)目，在確保林火監(jiān)測(cè)及時(shí)性、準(zhǔn)確性的同時(shí)，最大限度考慮資源的合理利用，避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。業(yè)務(wù)合理高效，利于協(xié)同監(jiān)管，通過(guò)該架構(gòu)可打破原本的“數(shù)據(jù)壁壘”，得益于精準(zhǔn)的報(bào)警信息，極大減少人工值守壓力，同時(shí)使得集群化管理變得高效、可靠[13]。

3.2.2 主要功能

1)監(jiān)測(cè)預(yù)警“一張圖展示”。監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)現(xiàn)基于地圖的森林防火全要素監(jiān)控和快速處置。實(shí)現(xiàn)“一張圖”的高效綜合管理和應(yīng)用。平臺(tái)支持以一張圖的形式展現(xiàn)點(diǎn)位建設(shè)情況，包括點(diǎn)位監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備的在線情況、展示今日火情情況，包括火情數(shù)量、火情處置情況；展示最新預(yù)警情況，包括預(yù)警名稱、預(yù)警圖片、預(yù)警時(shí)間等；并可對(duì)歷史火情按照不同時(shí)間周期、不同火情類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2)火點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位。主要分為三種方式：衛(wèi)星遙感全域監(jiān)測(cè)、攝像機(jī)全天候監(jiān)測(cè)、人工巡查重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星遙感全域監(jiān)測(cè)利用國(guó)內(nèi)外14 顆極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星進(jìn)行全域監(jiān)測(cè)，最高觀測(cè)頻次可達(dá)10 min。攝像機(jī)全天候監(jiān)測(cè)通過(guò)前后端二次識(shí)別和可見(jiàn)光算法識(shí)別的方式，減少漏報(bào)。識(shí)別到火點(diǎn)后，可見(jiàn)光通道快速拉近放大再次識(shí)別，確認(rèn)取證。人工巡查重點(diǎn)監(jiān)測(cè)護(hù)林員、瞭望員充分發(fā)揮火災(zāi)預(yù)防的“探頭作用”，在日常巡護(hù)中可通過(guò)移動(dòng)端進(jìn)行巡查情況反饋、發(fā)現(xiàn)火情人工上報(bào)、對(duì)林區(qū)隱患進(jìn)行排查和上報(bào)、導(dǎo)航定位等。

3)遠(yuǎn)程指揮調(diào)度。遠(yuǎn)程指揮調(diào)度分為事前預(yù)防、事中處置閉環(huán)流程、災(zāi)后評(píng)估，事前預(yù)防可錄入周邊防火資源信息，如防滅火資源、救援隊(duì)伍、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域、避難場(chǎng)所等的情況；提前錄入應(yīng)急預(yù)案，平時(shí)可針對(duì)不同地區(qū)不同等級(jí)制定預(yù)案，并且演練，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可調(diào)取相應(yīng)預(yù)案進(jìn)行查看和應(yīng)用。事中處置閉環(huán)流程包括告警推送、告警研判、現(xiàn)場(chǎng)處置、指揮調(diào)度，支持語(yǔ)音會(huì)商，系統(tǒng)高度集成指揮調(diào)度功能，指揮中心通過(guò)GIS地圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻，對(duì)消防車、消防員、護(hù)林員進(jìn)行集中音頻調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)火場(chǎng)撲火力量的全面了解和統(tǒng)一調(diào)配。

火災(zāi)處理完成后，系統(tǒng)可對(duì)火災(zāi)基本信息、火災(zāi)態(tài)勢(shì)信息、火災(zāi)撲救情況、火災(zāi)肇事者情況進(jìn)行采集、記錄和評(píng)估，評(píng)估森林火災(zāi)損失和生態(tài)環(huán)境資源損失，生成災(zāi)后評(píng)估報(bào)告，方便相關(guān)部門總結(jié)分析。

4)“林長(zhǎng)制”管理。實(shí)行分層分級(jí)管理，系統(tǒng)支持劃定“林長(zhǎng)制”。聯(lián)合應(yīng)急局、自然資源局、城綜局、消防等相關(guān)部門，對(duì)林區(qū)、公園綠地按網(wǎng)格劃分責(zé)任田，并設(shè)置對(duì)應(yīng)賬號(hào)權(quán)限，分級(jí)管理，構(gòu)建完整的森林防滅火智慧調(diào)度架構(gòu)體系。如可支持對(duì)護(hù)林員進(jìn)行考勤管理，支持自定義考勤規(guī)則，可基于位置進(jìn)行考勤打卡和考勤信息統(tǒng)計(jì)查詢，且護(hù)林員可通過(guò)APP接收巡查任務(wù)、反饋巡查結(jié)果[14-16]。

5)數(shù)據(jù)共享和多部門聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)支持開(kāi)放接口，支持調(diào)用存量監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)支持各職能部門接入共享，制定相應(yīng)組織架構(gòu)進(jìn)行權(quán)限分級(jí)分域管理。后期可進(jìn)一步共享開(kāi)放給其他行業(yè)，如農(nóng)業(yè)、水利、耕地保護(hù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

森林防火是森林資源保護(hù)的首要任務(wù)和生態(tài)文明建設(shè)的安全保障，事關(guān)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，仍需不斷借助信息化手段強(qiáng)化各地森林火災(zāi)防治能力，不斷提升“早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)、早預(yù)防”的火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，穩(wěn)步提升火情上報(bào)、態(tài)勢(shì)分析等決策輔助能力，運(yùn)用“智慧+”保護(hù)國(guó)家森林資源安全。