現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)在森林防火瞭望監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

張偉 劉浩 王艷平 包佳卿

摘要：隨著科技的發(fā)展，視頻監(jiān)控已經(jīng)被普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在林火的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、指揮等方面，它可以幫助我們更加全面、快速、準(zhǔn)確掌握火情，從而提升林火綜合防御及控制指揮能力。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代技術(shù)；森林火災(zāi)；林火監(jiān)測(cè)；林火管理；滅火救援

在全球氣候變暖的大背景下，森林火災(zāi)發(fā)生頻率也越來(lái)越高，它們的出現(xiàn)給人類的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大災(zāi)難。森林火災(zāi)破壞原有的森林結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重危害自然環(huán)境，對(duì)生物化學(xué)循環(huán)、生物地球化學(xué)循環(huán)、碳循環(huán)等生態(tài)循環(huán)過(guò)程帶來(lái)多重影響，同時(shí)也給人們的生活帶來(lái)極大困擾。森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、危險(xiǎn)系數(shù)高、撲救難度大，火災(zāi)發(fā)生后需要耗費(fèi)巨大的社會(huì)資源去撲救。因此，有效預(yù)防和精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)林火行為對(duì)防范重大自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、快速撲救災(zāi)害具有十分重要的意義^[1-5]。

近年來(lái)，由于科技的飛速發(fā)展，許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于林火監(jiān)測(cè)。地理信息技術(shù)、空間定位技術(shù)、遠(yuǎn)程視頻林木自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測(cè)技術(shù)等都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于林火監(jiān)測(cè)，為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)創(chuàng)新提供技術(shù)支持，促進(jìn)林火管理的科學(xué)性、規(guī)范性、精準(zhǔn)性。通過(guò)將先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)融入到林火監(jiān)測(cè)體系，構(gòu)建出覆蓋不同區(qū)域的完整監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，有效滿足“打早、打小、打了”的滅火要求，為我國(guó)森林防火提供有力支持，切實(shí)減輕消防救援部門的救援壓力。瞭望監(jiān)測(cè)技術(shù)一直是促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展、減輕林區(qū)防火壓力的有力手段，多年來(lái)被廣泛應(yīng)用于森林防火、動(dòng)植物保護(hù)等工作中。在林業(yè)管理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)已逐步應(yīng)用在森林資源連續(xù)清查、建立林業(yè)檔案、記錄林內(nèi)氣象數(shù)據(jù)等多個(gè)方面，但是在與林區(qū)內(nèi)瞭望監(jiān)測(cè)相結(jié)合方面卻一直是薄弱環(huán)節(jié)^[6]。因此，要保障森林資源安全、精準(zhǔn)監(jiān)控林火的發(fā)生，必須加大現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)在瞭望監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，積極引入現(xiàn)代化科技手段，加強(qiáng)對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。本文從瞭望臺(tái)的作用、功能以及現(xiàn)代視頻技術(shù)在瞭望監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用三個(gè)方面，探析現(xiàn)代林火監(jiān)測(cè)新手段，旨在促進(jìn)現(xiàn)代視頻技術(shù)與瞭望監(jiān)測(cè)技術(shù)的結(jié)合，為今后林火行為的監(jiān)控、救援決策部署、消防救援行動(dòng)提供理論支撐。

一、瞭望監(jiān)測(cè)

瞭望監(jiān)測(cè)的主體便是瞭望臺(tái)，其在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)體系中扮演著至關(guān)重要的角色，它結(jié)合衛(wèi)星監(jiān)控、飛機(jī)監(jiān)控、紅外線監(jiān)控、探頭監(jiān)控和地面監(jiān)控等多種技術(shù)，構(gòu)建出一個(gè)完整、全方位、高效的森林防火監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。瞭望監(jiān)測(cè)在東北地區(qū)已經(jīng)被證明是地面防火的有力手段，它可以提供準(zhǔn)確的信息，幫助管理人員更好地監(jiān)控森林火災(zāi)狀況。它的最佳地理位置在山頂，通過(guò)寬敞的視角，快速監(jiān)測(cè)出存在的火災(zāi)，而且后期維修費(fèi)用相較于傳統(tǒng)的飛行監(jiān)測(cè)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。此外，瞭望監(jiān)測(cè)對(duì)環(huán)境要求相較于傳統(tǒng)的飛行監(jiān)控更低，只要不是極端惡劣天氣頻發(fā)的區(qū)域，基本都可實(shí)行瞭望監(jiān)測(cè)。盡管瞭望監(jiān)測(cè)可以提供一定的參考信息，但由于檢測(cè)設(shè)備的局限性以及檢測(cè)人員有限的專業(yè)知識(shí)水平，使得它的精度受到一定影響，在日常使用中經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)畫面不清晰、傳送的相關(guān)信息不準(zhǔn)確等情況。由于檢測(cè)塔的位置受到一定限制，無(wú)法滿足一些特定的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，如在集中連片未開發(fā)的原始林區(qū)域，如果出現(xiàn)極難發(fā)現(xiàn)的暗火則較難監(jiān)測(cè)。除此之外，瞭望臺(tái)需要每隔一定距離進(jìn)行布設(shè)，瞭望臺(tái)的建設(shè)對(duì)選址、建設(shè)高度和通信設(shè)施有較高要求，單個(gè)瞭望臺(tái)成本達(dá)到數(shù)萬(wàn)元。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的硬件和通信投入成本比較高，而且在建立監(jiān)控中心時(shí)，還需要投入大量資源，這使得信息傳輸體系的建設(shè)和維護(hù)變得更加復(fù)雜^[7-9]。

二、瞭望監(jiān)測(cè)的作用及功能

（一）瞭望監(jiān)測(cè)的作用

1.監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)。瞭望臺(tái)的主要作用是當(dāng)出現(xiàn)熱點(diǎn)、煙點(diǎn)時(shí)及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)向森林防火指揮部報(bào)告，密切關(guān)注火災(zāi)情況，定期傳送火災(zāi)發(fā)展形勢(shì)，并做出相應(yīng)預(yù)報(bào)，通知相關(guān)地方專業(yè)撲火隊(duì)、森林消防救援隊(duì)伍及早采取行動(dòng)，幫助他們盡快獲知火線長(zhǎng)度、植被類型、火場(chǎng)氣象等火情信息，輔助他們科學(xué)決策，周密部署兵力，進(jìn)而快速撲滅火災(zāi)，保護(hù)森林資源。

2.監(jiān)測(cè)火災(zāi)隱患。除了監(jiān)測(cè)火災(zāi)發(fā)生情況外，還需把監(jiān)測(cè)關(guān)口前移，有經(jīng)驗(yàn)的瞭望員能夠敏銳、準(zhǔn)確識(shí)別和判斷林內(nèi)天氣變化，包括森林內(nèi)可燃物狀況和氣候變化。通過(guò)敏銳觀察，形成相應(yīng)的監(jiān)測(cè)報(bào)告，進(jìn)而第一時(shí)間將最新信息傳達(dá)給森林防火指揮部。

3.監(jiān)測(cè)林區(qū)用火。林區(qū)違規(guī)用火一直是森林火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵因素。研究表明^[10]，90%以上的林火都是林區(qū)內(nèi)違規(guī)用火導(dǎo)致的。瞭望臺(tái)不僅可以監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)和火險(xiǎn)，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、阻止任何可能危害森林資源安全的生產(chǎn)性、非生產(chǎn)性、野外違章用火、農(nóng)事用火等行為，也可以為居住在林區(qū)的人提供監(jiān)控家庭用火服務(wù)。

（二）瞭望監(jiān)測(cè)的功能

瞭望臺(tái)主要完成瞭望監(jiān)測(cè)任務(wù)，主要配備望遠(yuǎn)鏡、無(wú)線通信電臺(tái)、定位儀、電源（太陽(yáng)能電池板）、地形圖以及生活必需品。因其獨(dú)特的地理位置和所配置的儀器設(shè)備使瞭望臺(tái)具有以下功能。

1.監(jiān)測(cè)功能。瞭望員通過(guò)望遠(yuǎn)鏡，能夠在大區(qū)域范圍的林地上持續(xù)不斷觀察，以便更好了解森林狀況，并且能夠準(zhǔn)確掌握當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r，從而為指揮中心提供有力的決策支持。

2.火場(chǎng)定位功能。由于林區(qū)內(nèi)地形條件復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)，想要做到精準(zhǔn)救援就必須準(zhǔn)確判斷林火發(fā)生位置，而瞭望監(jiān)測(cè)通常帶有相關(guān)的定位裝置，而瞭望員經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)，也可以利用望遠(yuǎn)鏡和定位儀，精確觀察火場(chǎng)位置，準(zhǔn)確繪制火場(chǎng)地理坐標(biāo)、森林資源分布狀況，從而為進(jìn)一步的精準(zhǔn)救援提供數(shù)據(jù)支持。

3.通信功能。在林區(qū)內(nèi)，由于信號(hào)限制，通信較為困難，而瞭望臺(tái)可以輕松接收來(lái)自森林防火指揮部的指令，并將其轉(zhuǎn)化為撲火隊(duì)伍的行動(dòng)命令。在相關(guān)通信設(shè)備失靈的情況下，這些信息可以通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備傳輸?shù)街車牟t望臺(tái)，從而使地面森林防火指揮部的命令得以及時(shí)傳達(dá)^[11-12]。

4.無(wú)線通信中繼功能。在非防火期時(shí)，瞭望臺(tái)可以起到無(wú)線通信的中繼作用 。為了確保無(wú)線電信號(hào)的傳播范圍，在當(dāng)?shù)刈罡吆０翁幗⒁惶幓蚨嗵師o(wú)線通信中繼臺(tái)，而這些中繼臺(tái)可以放置在瞭望臺(tái)上，并且采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，如架設(shè)市電、組建大容量太陽(yáng)能電池組等，滿足不同的需求。

5.宣傳警示功能。瞭望臺(tái)聳立于高山上，幾公里之外便可看到它的身影，尤其是那些違規(guī)進(jìn)山人員，他們會(huì)有意識(shí)抑制自己的行為，擔(dān)心自己的野外用火行為或破壞森林行為被瞭望臺(tái)發(fā)現(xiàn)，從而起到警示和威懾作用。瞭望臺(tái)高大和顯眼的特點(diǎn)使得它成為一個(gè)理想的宣傳平臺(tái)，不僅能夠張貼宣傳標(biāo)語(yǔ)，還能夠廣播防火常識(shí)，從而提升林區(qū)居民的防火意識(shí)和森林防火宣傳效果，推動(dòng)森林防火工作有序進(jìn)行。

三、現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)在瞭望監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

視頻監(jiān)控是一個(gè)集通信、視頻處理、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、能源建設(shè)、系統(tǒng)防護(hù)、氣象預(yù)報(bào)、鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)等綜合技術(shù)的工程^[13-14]。視頻監(jiān)控技術(shù)和無(wú)線技術(shù)正廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前，許多林業(yè)部門開始建立基于無(wú)線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控，實(shí)時(shí)傳輸視頻圖像，有效解決或緩解林火信息傳輸不及時(shí)、不通暢、信息處理手段單一、森林防火監(jiān)控不力等問(wèn)題。

當(dāng)前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)高效的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成，它能夠通過(guò)WiFi將重要森林地區(qū)的實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)街笓]中心，從而提高監(jiān)控效率。通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以迅速采取行動(dòng)，在發(fā)生火災(zāi)前夕，及早派出專業(yè)的消防隊(duì)伍前往現(xiàn)場(chǎng)，盡可能減少由于疏忽大意造成的財(cái)產(chǎn)損失?？偟膩?lái)說(shuō)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下6個(gè)特點(diǎn)。

（一）監(jiān)控范圍大

為了獲得更廣闊的視野和更大的監(jiān)控范圍，監(jiān)控探頭應(yīng)該安裝在森林的最高處。監(jiān)控探頭最好設(shè)置在視野開闊、盲點(diǎn)較少的地方，必要時(shí)需在多個(gè)角度增設(shè)多個(gè)監(jiān)控探頭，以形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)而擴(kuò)大監(jiān)控范圍。

（二）監(jiān)控設(shè)備維護(hù)困難

因?yàn)楸O(jiān)控前端設(shè)備位于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，維護(hù)起來(lái)非常困難，大大增加系統(tǒng)的維護(hù)難度。因此，監(jiān)控中心必須能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)前端設(shè)備的運(yùn)行情況，可通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警機(jī)制，同時(shí)也可依托林區(qū)生態(tài)站、定位觀測(cè)點(diǎn)等，成立設(shè)備維護(hù)小組，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查維修，向當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理等部門申請(qǐng)相應(yīng)經(jīng)費(fèi)，定期維護(hù)。

（三）攝像機(jī)的選擇非常重要

人們通常會(huì)考慮使用具有紅外敏感性的黑白轉(zhuǎn)彩色攝像機(jī)以及可以在白晝和黑暗中運(yùn)行的雙重?cái)z像機(jī)。此外，還要考慮使用3km以內(nèi)的可視角度，以便更好捕捉周圍環(huán)境的變化。同時(shí)，還應(yīng)考慮使用可旋轉(zhuǎn)的室內(nèi)一體化云臺(tái)，以降低長(zhǎng)時(shí)間拍攝的影響。

（四）無(wú)線傳輸必不可少

視頻技術(shù)因其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控畫面高清無(wú)線傳輸，傳輸不受地域、空間限制。由于其對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴較大，傳輸過(guò)程中極易出現(xiàn)畫面丟失、失真現(xiàn)象。因此，在傳輸時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮它的安全性和防盜性，當(dāng)出現(xiàn)畫面缺失情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)找回機(jī)制，對(duì)畫面進(jìn)行插補(bǔ)。

（五）設(shè)備防雷、防盜等安全措施

由于設(shè)備大部分在野外工作，一方面要求避雷接地安全可靠，另一方面要求設(shè)備具有良好的防盜功能。

（六）視頻畫面高清

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控都能夠提供比較高清的畫面，從而清晰監(jiān)測(cè)林火行為以及林火發(fā)生后周邊環(huán)境情況。

結(jié)語(yǔ)

森林火災(zāi)不僅危害大、蔓延快、毀滅性強(qiáng)，救援上也較為困難。如果不及時(shí)采取有效措施，會(huì)給我們的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響。為了確保森林安全，我們應(yīng)該建立完善的監(jiān)測(cè)和預(yù)警體系，以便及時(shí)采取行動(dòng)。因此，應(yīng)利用先進(jìn)技術(shù)，將視頻監(jiān)控技術(shù)與瞭望監(jiān)測(cè)相結(jié)合，有效降低森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，大大增強(qiáng)森林防火的精準(zhǔn)性，同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)性發(fā)展，使其達(dá)到現(xiàn)代化、信息化、科學(xué)化、專業(yè)化水平。此外，還可以利用視頻監(jiān)控技術(shù)，更好收集、分析、記錄、傳輸、報(bào)告、分析相關(guān)信息數(shù)據(jù)，以便更好地保護(hù)森林資源，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航，最終切實(shí)提升森林防火部門的工作效率和質(zhì)量。

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