火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程建設(shè)淺析

摘要：近年來(lái)，陸地森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)日益成熟。這種新型技術(shù)手段的發(fā)展前景十分廣闊，在未來(lái)的森林草原防火業(yè)務(wù)中必將成為最重要的技術(shù)手段之一。本文結(jié)合我國(guó)森林草原防火現(xiàn)狀及內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)防火工作及視頻監(jiān)控相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)情況，對(duì)火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)成與技術(shù)考慮進(jìn)行討論，旨在對(duì)森林草原防火系統(tǒng)建設(shè)提供幫助。

關(guān)鍵詞：森林草原；火情視頻監(jiān)測(cè)；工程建設(shè)；項(xiàng)目構(gòu)成

引言

我國(guó)國(guó)土面積遼闊，森林草原集中在東北、西北、西南，氣候條件復(fù)雜多樣，在跨越南北的五大氣候帶間形成了多種系統(tǒng)類型，動(dòng)植物種類繁多，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜。內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)坐落在內(nèi)蒙古的陰山山地，橫跨呼和浩特、包頭、烏蘭察布市三個(gè)轄區(qū)，總面積38.89萬(wàn)公頃，是我國(guó)北方面積最大的森林草原生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)。森林草原作為我國(guó)生態(tài)屏障和保護(hù)區(qū)資源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有戰(zhàn)略性價(jià)值與意義。近年來(lái)，我國(guó)不斷加大對(duì)生態(tài)環(huán)境及森林草原資源的保護(hù)力度，在“天保工程”等一系列森林草原建設(shè)項(xiàng)目和各項(xiàng)保護(hù)政策措施的實(shí)施下，我國(guó)森林草原資源保護(hù)情況得以明顯改觀，森林草原覆蓋率連年提高，生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)得到有效遏制。隨著林草信息化建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，防火信息化建設(shè)成績(jī)斐然，內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)建設(shè)了視頻監(jiān)控及綜合指揮系統(tǒng)、視頻匯聚融合系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行了部分升級(jí)。森林草原防火作為全國(guó)林草行業(yè)的重點(diǎn)工作，總體防火形勢(shì)不容樂(lè)觀[1]。受全球氣候異常影響，我國(guó)極端天氣明顯增多，現(xiàn)有森林草原防火成果是大量人力、物力投入下取得的，整體工作依然缺乏體系性支撐，持續(xù)性也有待進(jìn)一步增強(qiáng)，森林草原防火工作仍將面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，本文結(jié)合森林草原防火實(shí)際需求，針對(duì)地面森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程建設(shè)進(jìn)行論述與分析。

一、森林草原火情監(jiān)管現(xiàn)狀與發(fā)展

（一）森林草原火情監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)用于森林草原火情瞭望監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段有人工瞭望、人工巡護(hù)、航空巡護(hù)、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控。

1.人工監(jiān)測(cè)瞭望

利用高山搭建瞭望塔（臺(tái)），人員值守瞭望火情監(jiān)測(cè)。可以通過(guò)人工觀察、望遠(yuǎn)鏡觀察和經(jīng)驗(yàn)定位方法等進(jìn)行火情預(yù)警。人工監(jiān)測(cè)瞭望的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)效果較好、直觀。弊端是受地理、天氣等客觀條件制約，對(duì)煙霧濃重的大面積火場(chǎng)、余火和地下火無(wú)法進(jìn)行觀察判斷[2]。此外，瞭望技術(shù)是依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)觀測(cè)的方法，由于視界有限，地物遮蔽也會(huì)形成盲區(qū)，從而可能導(dǎo)致觀測(cè)不到位、定位誤差大和發(fā)現(xiàn)不及時(shí)。

2.人工巡護(hù)

人工巡護(hù)主要是根據(jù)重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)的火災(zāi)特點(diǎn)，利用交通工具或規(guī)定路線徒步實(shí)現(xiàn)對(duì)森林草原火災(zāi)的監(jiān)測(cè)巡邏。對(duì)林區(qū)的過(guò)往人員、車輛、野外作業(yè)、本地居民的人為火源進(jìn)行管控，盡量避免人為因素導(dǎo)致的森林草原火災(zāi)[3]。其優(yōu)點(diǎn)是可以早期預(yù)防、及時(shí)控制；缺點(diǎn)是巡護(hù)以點(diǎn)線為主，難以形成面的管控，組織困難、管理難度大、交通不便、通信手段有限等條件也大大限制了火情監(jiān)測(cè)效果。

3.森林草原航空巡護(hù)監(jiān)測(cè)

航空巡護(hù)是利用有人駕駛飛機(jī)或無(wú)人機(jī)對(duì)區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)動(dòng)態(tài)管控的先進(jìn)手段。具備視野寬廣、巡護(hù)速度快捷、靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，一旦火災(zāi)發(fā)生，周圍環(huán)境及火勢(shì)蔓延情況可以立體空域觀測(cè)與監(jiān)控[4]。然而，受氣候和局部天氣影響很大，巡視過(guò)程也受場(chǎng)站位置、航線和留空時(shí)間制約，導(dǎo)致可觀測(cè)時(shí)段和范圍受到限制。此外，航空巡護(hù)的建設(shè)和運(yùn)行成本較高，造成其在防火實(shí)踐中多是作為短期性、區(qū)域性或補(bǔ)充性的監(jiān)測(cè)手段。

4.衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)是借助空間遙感探測(cè)火場(chǎng)熱點(diǎn)及分析火情蔓延的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，高空火險(xiǎn)預(yù)報(bào)，是通過(guò)衛(wèi)星估算火場(chǎng)面積并連續(xù)跟蹤林火動(dòng)態(tài)的技術(shù)手段。由于高空監(jiān)測(cè)具備范圍廣、時(shí)效快、影像清晰、動(dòng)態(tài)連續(xù)的優(yōu)勢(shì)，屬于當(dāng)下林草防火業(yè)務(wù)中最重要的監(jiān)測(cè)手段[5]。然而，空中云霧厚度、含水量等因素會(huì)影響其對(duì)火點(diǎn)火情的觀測(cè)判斷，衛(wèi)星自身的圖像分辨力、在軌觀測(cè)姿態(tài)、過(guò)境時(shí)間等參數(shù)也會(huì)影響觀測(cè)效果，導(dǎo)致衛(wèi)星遙感對(duì)火點(diǎn)性質(zhì)的判斷存在困難，定位誤差波動(dòng)較大，難以控制。往往在發(fā)現(xiàn)異常熱點(diǎn)后，需要專業(yè)人員先行對(duì)監(jiān)測(cè)圖像進(jìn)行人工識(shí)別，再通過(guò)其他方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)目視確認(rèn)。

5.地面電子監(jiān)控監(jiān)測(cè)

林火地面電子監(jiān)控技術(shù)就是利用可見(jiàn)光（紅外）攝像裝置、熱感應(yīng)探測(cè)儀器、雷電探測(cè)儀器、火險(xiǎn)氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、火險(xiǎn)因子采集站等設(shè)備，從低空、地面對(duì)森林草原火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)管，再利用無(wú)線、光纖、衛(wèi)星通信手段進(jìn)行視頻、圖像或數(shù)據(jù)傳輸，從而在重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控[6]。其優(yōu)點(diǎn)是受氣候環(huán)境影響小，能夠監(jiān)測(cè)森林草原火情，進(jìn)行報(bào)警管理，部分地區(qū)可替代人工觀測(cè)，大大提高了監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確率。缺點(diǎn)是整體設(shè)備應(yīng)用水平低，探測(cè)范圍和效果受地點(diǎn)、性能、參數(shù)等因素限制，可靠性和準(zhǔn)確性還有待提高。

（二）森林草原火情監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，中央和地方各級(jí)政府高度重視森林草原防火工作，不斷加大相關(guān)投入和體系建設(shè)，防火工作投入的人力、物力成本逐年提高，要求后續(xù)工作必須注重質(zhì)量與實(shí)效，積極研究、應(yīng)用和發(fā)展各種高效、經(jīng)濟(jì)的新方法和新技術(shù)，不斷提高森林草原防火工作的管理和科技水平。森林草原火災(zāi)防控開(kāi)始由“人防”向“技防”轉(zhuǎn)變，空天地一體化聯(lián)動(dòng)的綜合監(jiān)管模式已經(jīng)初具規(guī)模，正在向更加深入的智能和數(shù)據(jù)領(lǐng)域延伸。尤其是視頻智能監(jiān)控技術(shù)推動(dòng)了森林草原防火信息化發(fā)展。因此，本文重點(diǎn)對(duì)類似系統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)成、技術(shù)考慮等進(jìn)行系統(tǒng)介紹和討論。

二、林火視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)

林火電子監(jiān)控系統(tǒng)在國(guó)家建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)成上有統(tǒng)一規(guī)范和要求，這里將以森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為模型來(lái)展開(kāi)介紹。

（一）建設(shè)項(xiàng)目基本構(gòu)成

森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)前端布放視頻監(jiān)控設(shè)備對(duì)重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)。通過(guò)AI算法對(duì)火情進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警，并將告警信息第一時(shí)間發(fā)送到指控中心，通過(guò)實(shí)時(shí)視頻能夠準(zhǔn)確提供現(xiàn)場(chǎng)情況，確保森林草原防火安全。根據(jù)國(guó)家林草局森林草原防火的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，整體系統(tǒng)構(gòu)成包含前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和指揮控制平臺(tái)三個(gè)部分。

前端系統(tǒng)包括視頻監(jiān)測(cè)塔（臺(tái)）、前端監(jiān)控設(shè)備、供電系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、防雷和接地系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)分為有線傳輸系統(tǒng)和無(wú)線傳輸系統(tǒng)。在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，優(yōu)先使用有線傳輸方式；當(dāng)采用有線傳輸?shù)某杀净蚴┕るy度明顯高于無(wú)線傳輸方式時(shí)，選擇無(wú)線傳輸方式。指揮控制中心包括顯示系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)、對(duì)講通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及備份系統(tǒng)、服務(wù)器、供備電系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)等。

（二）主要子系統(tǒng)及技術(shù)指標(biāo)考慮

1.視頻監(jiān)測(cè)塔（臺(tái)）

視頻監(jiān)測(cè)塔（臺(tái)）是森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須包含的建設(shè)項(xiàng)目，其作用是為監(jiān)控設(shè)備提供安裝和使用環(huán)境，保障系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

（1）建設(shè)內(nèi)容與項(xiàng)目構(gòu)成

視頻監(jiān)測(cè)塔：主要由塔（臺(tái)）體、視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備基座及設(shè)備維護(hù)平臺(tái)三部分構(gòu)成。視頻監(jiān)測(cè)塔的塔體：由塔基、塔身、設(shè)備安裝維護(hù)平臺(tái)三部分構(gòu)成。

（2）主要技術(shù)考慮

視頻監(jiān)測(cè)塔身常用的鋼材有熱軋邊角鋼、熱軋無(wú)縫鋼管、鋼板、異形鋼材等；在材質(zhì)上常用的有Q235、Q345、Q420等牌號(hào)；具體技術(shù)考慮應(yīng)執(zhí)行GB 699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 706-2008《熱軋型鋼》、YB/T 4163-2007《鐵塔用熱軋角鋼》等國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；視頻監(jiān)測(cè)塔身作為主要承重結(jié)構(gòu)的各種連接桿和塔柱等不得使用焊接鋼管；鋼塔桅結(jié)構(gòu)應(yīng)做長(zhǎng)效防腐蝕處理，一般情況以熱浸鋅為宜，構(gòu)件體形特殊且很大時(shí)可用熱噴鋅（鋁）復(fù)合涂層[7]。視頻監(jiān)測(cè)塔基礎(chǔ)建設(shè)所用的建筑材料應(yīng)當(dāng)執(zhí)行GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》、JG J55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、GB 1499.1-2024《鋼筋混凝土用鋼》等國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；所用的混凝土無(wú)論采用現(xiàn)場(chǎng)制備還是商砼均應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)號(hào)；條件允許情況下，混凝土、鋼筋等宜保留試樣并檢測(cè)；商砼需長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸?shù)膽?yīng)使用緩凝劑。參照森林草原防火瞭望塔設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，建議將視頻監(jiān)測(cè)塔耐火等級(jí)設(shè)定為二級(jí)。

2.前端監(jiān)控設(shè)備

（1）前端監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成

根據(jù)LY/T 2581-2016《森林草原防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》定義的前端監(jiān)控設(shè)備主要包括承載設(shè)備、攝像機(jī)、鏡頭等部件，應(yīng)具有連續(xù)巡航和預(yù)置位置巡航功能；可定時(shí)復(fù)位，具有自動(dòng)和手動(dòng)多種控制方式及通過(guò)角度信息直接定位等功能。

（2）前端監(jiān)控設(shè)備技術(shù)要求

應(yīng)采用集成化程度高、模塊化設(shè)計(jì)，在全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)工作的情況下，整體使用壽命不小于5年。前端監(jiān)控設(shè)備軟件系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程升級(jí)及參數(shù)設(shè)置等功能。

1）前端監(jiān)控設(shè)備應(yīng)符合下列基本要求

a）防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：整體防護(hù)等級(jí)不＜IP66；保護(hù)防護(hù)等級(jí)不＜IP67；

b）水平旋轉(zhuǎn)范圍不＜360°；

c）俯仰旋轉(zhuǎn)范圍為上下運(yùn)動(dòng)夾角之和不＜90°；

d）水平旋轉(zhuǎn)速度范圍：0.1°/s～30°/s；

e）俯仰旋轉(zhuǎn)速度范圍：0.1°/s～15°/s；

f）設(shè)備精度指標(biāo)要求如表1；

g）應(yīng)采用有效防護(hù)措施避免鏡頭結(jié)露；

h）耐腐蝕：抗銹蝕和耐腐蝕特性應(yīng)滿足GB/T 10125的規(guī)定；

i）外觀：應(yīng)無(wú)機(jī)械損傷、涂覆層損傷、銹蝕，緊固部位應(yīng)無(wú)松動(dòng)，銘牌的標(biāo)志和文字字跡應(yīng)清晰；

j）可接收系統(tǒng)平臺(tái)指令，并進(jìn)行水平、俯仰角度、焦距值實(shí)時(shí)回傳。

2）具有遠(yuǎn)程升級(jí)功能

（3）成像系統(tǒng)要求

1）可見(jiàn)光設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求

a）攝像機(jī)傳感器像面尺寸不＜1/3；

b）輸出圖像分辨率＜1920（H）×1080（V）；

c）透霧功能：光學(xué)電子透霧切換系統(tǒng)；

d）日夜功能：具備低照度能力。

2）鏡頭技術(shù)指標(biāo)要求

a）可見(jiàn)光鏡頭驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng)變焦；

b）透霧功能：光學(xué)透霧；

c）鏡頭圖像同軸度：同軸度不＞1/4；

d）鏡頭變焦重復(fù)精度：＜±1%之內(nèi)；

e）指控中心可實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前鏡頭視場(chǎng)角度值。

3）紅外傳感器技術(shù)指標(biāo)要求

a）噪聲等效溫差（NETD）不＞50mk；

b）像元尺寸不＞17μm；

c）像素?cái)?shù)不＜384×288；

d）視頻輸出：數(shù)字與模擬輸出；

e）非均勻性校正：快門校正、背景校正，電控，ON/OFF自動(dòng)快門校正功能；

f）紅外熱像儀自動(dòng)保護(hù)：強(qiáng)光探測(cè)、紅外傳感器遮擋功能。

4）紅外鏡頭技術(shù)指標(biāo)要求

a）鏡頭焦距類型：變焦OR定焦；

b）鏡頭焦距不大于200毫米時(shí)，F(xiàn)值不＞1.2；

c）鏡頭變焦和調(diào)焦控制：電動(dòng)；

d）波長(zhǎng)范圍：3μm～5μm或8μm～14μm。

3.供電設(shè)備及線路

供電設(shè)備及線路是森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中必須包含的建設(shè)項(xiàng)目，其作用是為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前后端的各種用電設(shè)備及裝置提供穩(wěn)定、可靠的電能來(lái)源。由于森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備均依靠電源驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行，如果失去供電，整個(gè)系統(tǒng)將完全無(wú)法工作。因此，供電設(shè)備及線路建設(shè)對(duì)森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)至關(guān)重要。

（1）供電系統(tǒng)的一般組成

森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電設(shè)施通常由三個(gè)部分構(gòu)成：電源系統(tǒng)、備電系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)。電源系統(tǒng)：通常是由整流設(shè)備、直流配電設(shè)備、交流配電設(shè)備、電流（電壓）變換器、機(jī)架和相關(guān)的配電線路的總體或其中一部分所組成的集合。備電系統(tǒng)：通常是由備用（應(yīng)急）電源設(shè)備、儲(chǔ)能元件、電流（電壓）變換器、配電設(shè)備和線路的總體或其中一部分所組成的集合。輸配電系統(tǒng)：由輸電設(shè)備、配電設(shè)備及相關(guān)線路所組成的集合。由于森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工和使用條件的特殊性，使得其供電系統(tǒng)的建設(shè)有著不同于一般供電系統(tǒng)建設(shè)的明顯特點(diǎn)和特殊要求。由于供電系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)涉及門類極廣、內(nèi)容龐雜，因此對(duì)各種供電系統(tǒng)分別加以簡(jiǎn)要分析。

（2）交流電直接供電系統(tǒng)

由于森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和使用條件特殊，其多建于山高路遠(yuǎn)、天氣變化劇烈、人煙稀少的地區(qū)。前端監(jiān)測(cè)站供電建設(shè)中普遍存在調(diào)遣距離遠(yuǎn)、環(huán)境條件惡劣、施工困難的情況，附近又很少有可供直接利用的便利資源，如果引接市電，電力部門通常需要長(zhǎng)距離架設(shè)輸電線路，并通過(guò)使用高壓傳輸或大線徑電纜以增加傳送距離和降低線損。這就造成引接市電的線路工程量巨大、建設(shè)造價(jià)居高不下，成為制約前端監(jiān)測(cè)站選址和影響建設(shè)投資的主要因素。

在接入交流電情況下，森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端監(jiān)測(cè)站一般需要配備開(kāi)關(guān)電源、諧波抑制/無(wú)功補(bǔ)償裝置、變（調(diào)）壓器等電源變換設(shè)備，其配置組合和性能參數(shù)應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各設(shè)備的工作電壓、功耗、電能質(zhì)量要求等確定。目前，常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備工作電壓為12V、24V、48V等直流系列及交流220V、24V，配套時(shí)應(yīng)注意合理選擇性能參數(shù)并盡量減少工作電壓種類。為提高交流電供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行保障性，可以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前后端配置備用電設(shè)備或電源管理系統(tǒng)。

（3）直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)

由于交流電直接供電系統(tǒng)在建設(shè)和投資方面受到諸多限制，迫使人們不斷尋找其他替代方案，于是通信設(shè)備用直流遠(yuǎn)程供電電源系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱直流遠(yuǎn)供）應(yīng)勢(shì)而生。直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)通常由局端設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備和供電線路組成，將機(jī)房等固定場(chǎng)所內(nèi)的穩(wěn)定電源或蓄電池組作為電能來(lái)源，通過(guò)局端設(shè)備進(jìn)行DC/DC升壓，再以電力線纜、光電復(fù)合電纜或雙絞線纜為傳輸介質(zhì)，通過(guò)能量管理分配器分路監(jiān)控、隔離、限流；最后經(jīng)遠(yuǎn)端設(shè)備轉(zhuǎn)換成用電負(fù)載所需的電壓等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端用電設(shè)備的不間斷供電和集中監(jiān)控[8]。

在直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)和工程建設(shè)領(lǐng)域，相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不多且多來(lái)自電力、通信等行業(yè)，如DL/T 5044-2014《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、YD/T 1817-2008《通信設(shè)備用直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)》和YD/T 1817-2008《通信用直流—直流變換電源系統(tǒng)》。關(guān)于供電線路或其他配套設(shè)施的技術(shù)和工程標(biāo)準(zhǔn)，可以參照上一節(jié)市電直接供電系統(tǒng)的線路建設(shè)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，這里不再列舉贅述。

（4）自然能供電系統(tǒng)

自然能供電是指利用自然環(huán)境中的太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等作為電能來(lái)源，將這些天然能源轉(zhuǎn)化為可直接利用的電能供用電負(fù)載使用的供電技術(shù)。如上所述，由于森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和使用條件的特殊性，導(dǎo)致市電直供或直流遠(yuǎn)供這類涉及供電線路建設(shè)的供電方式存在施工困難、代價(jià)高昂等問(wèn)題，造成前端監(jiān)測(cè)站難于選址或因投資過(guò)高而無(wú)法實(shí)施。近年來(lái)，各種利用自然的新能源技術(shù)獲得蓬勃發(fā)展，已使得森林草原火情監(jiān)測(cè)設(shè)施的供電系統(tǒng)建設(shè)發(fā)生了徹底改觀。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在自然能源供電當(dāng)中，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電方式主要還是以光伏發(fā)電系統(tǒng)為主，其他自然能供電方式在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用較少。因此，下面主要以光伏發(fā)電系統(tǒng)為例展開(kāi)分析。

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能控制器、膠體蓄電池組、逆變器、支架及線纜等組成，具有產(chǎn)品技術(shù)高度成熟、設(shè)備構(gòu)成簡(jiǎn)潔、可靠性好、安全性高、使用壽命長(zhǎng)、不使用燃料、運(yùn)維簡(jiǎn)便、環(huán)境適用性好等優(yōu)點(diǎn)，可以在近距離內(nèi)為用電負(fù)載提供可靠電力保障，是應(yīng)用十分廣泛的自然能供電系統(tǒng)。

光伏供電受季節(jié)（日照時(shí)長(zhǎng)、太陽(yáng)高度角）、緯度及朝向、天氣、組件安裝傾角等多種因素影響。除天氣因素外，其他影響因素都具有規(guī)律性和可控性，天氣影響也可以通過(guò)提高蓄電池儲(chǔ)能容量來(lái)加以平衡。總之，通過(guò)專業(yè)、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以保證連續(xù)供電的穩(wěn)定性，其供電波動(dòng)相對(duì)小。

與光伏系統(tǒng)相比，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備明顯復(fù)雜且存在較多的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)或機(jī)械，可靠性和維護(hù)性相對(duì)較低，尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的啟動(dòng)風(fēng)速要求較高，限制了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境。同時(shí)，由于自然風(fēng)能在時(shí)間和空間分布上極不均衡，造成其供電穩(wěn)定性能不如光伏系統(tǒng)。因此，在本類工程實(shí)踐中完全采用風(fēng)力供電的項(xiàng)目較為少見(jiàn)。[9]

4.建筑防雷接地

建筑防雷接地同樣事關(guān)設(shè)備系統(tǒng)可靠運(yùn)行和人身安全，其作用是避免或減小設(shè)備系統(tǒng)遭受各種雷擊傷害及其引發(fā)的電磁脈沖影響，保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。人工瞭望或視頻監(jiān)控用塔（臺(tái)）大多建設(shè)在林區(qū)地勢(shì)較高甚至是突出的位置，成為孤立的高聳建筑物，容易遭遇雷擊。通過(guò)一些實(shí)地調(diào)研了解到，由于雷電破壞造成通信、供電等設(shè)備毀壞的事件在各森林草原管理單位中時(shí)有發(fā)生。因此，相關(guān)建筑的防雷接地建設(shè)是森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中必須考慮的項(xiàng)目之一。

（1）建設(shè)內(nèi)容與項(xiàng)目構(gòu)成

森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建筑物防雷接地建設(shè)包括前端建筑物（視頻監(jiān)測(cè)塔）防雷接地和后端建筑物（指揮中心）防雷接地。

（2）主要技術(shù)考慮

GB 50689-2011《通信局站防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中第六章，比較詳細(xì)地規(guī)定了與視頻監(jiān)測(cè)塔相似系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)原則與技術(shù)考慮，可參照使用。這里我們著重強(qiáng)調(diào)其中6.2.6條的借鑒意義。其原文可釋義為：原則上要求基站地網(wǎng)的接地電阻值不大于10Ω，但是在土壤電阻率大于1000Ω·m情況下，可以不苛求該接地電阻值，只要接地面積大小、施工工藝達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)即認(rèn)為合規(guī)。該條的現(xiàn)實(shí)意義在于：許多森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都建設(shè)在林區(qū)山地上，表層土壤比較薄且多見(jiàn)風(fēng)化礦砂質(zhì)土壤，下層土壤砂石含量比較高，甚至幾乎完全為花崗巖、石英巖、石灰?guī)r等塊石、卵石等。因此，其土壤電阻率很高。以往為苛求達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定較低的接地電阻值，施工中往往大量使用人工開(kāi)挖石方、降阻劑甚至需要換土、深挖等，再加上交通運(yùn)輸不便，使得防雷接地工程建設(shè)的人力和經(jīng)濟(jì)投入比較高。

5.網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸是森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中必須包含的建設(shè)項(xiàng)目，其作用是在前端監(jiān)測(cè)站與后端指揮信息中心之間建立起實(shí)時(shí)、可靠的信息傳送鏈接，可以完成對(duì)前端采集的音視頻、圖像等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上行傳輸和匯聚以及后端對(duì)前端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、操作和同步等指令的下行分發(fā)。

（1）建設(shè)內(nèi)容與項(xiàng)目構(gòu)成

森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的通信設(shè)施按其傳輸介質(zhì)可以分為兩大類：有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)。有線通信系統(tǒng)：通常是由光纖數(shù)字傳輸設(shè)備、路由交換設(shè)備、傳輸線路、配線架、配套線纜及輔助設(shè)備的總體或其中一部分所組成的集合。無(wú)線通信系統(tǒng)：通常是由微波通信設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備、衛(wèi)星地面站設(shè)備、機(jī)架、配套線纜及輔助設(shè)備的總體或其中一部分所組成的集合。

（2）有線通信系統(tǒng)主要技術(shù)考慮

在光纖傳輸網(wǎng)的產(chǎn)品技術(shù)和工程建設(shè)領(lǐng)域，存在大量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)，這里我們僅列舉一些指導(dǎo)性較高的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：YD/T 5119-2005《基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)（MSTP）本地網(wǎng)光纜傳輸工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、YD/T 1475-2006《接入網(wǎng)技術(shù)要求-基于以太網(wǎng)方式的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）》、YD/T 1949.1-2009《接入網(wǎng)技術(shù)要求-吉比特的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）》、YD5137-2005 《本地通信線路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、YD 5148-2007《架空光（電）纜通信桿路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和YD 5220-2015《內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)規(guī)范》等。

（3）無(wú)線通信系統(tǒng)主要技術(shù)考慮

隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，在相關(guān)領(lǐng)域?yàn)橐?guī)范產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)其工程建設(shè)，形成了數(shù)量頗多的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這里我們僅列舉幾個(gè)指導(dǎo)性較高的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 13159-2008《數(shù)字微波通信系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求》、GB/T 13616-2009《數(shù)字微波接力站電磁環(huán)境保護(hù)要求》、YD 5031-1997《點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波通信工程設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

6.指揮控制中心

本部分主要介紹森林草原火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指揮控制中心一般性項(xiàng)目構(gòu)成，提出了與森林草原防火視頻監(jiān)測(cè)直接相關(guān)的重點(diǎn)技術(shù)考慮，如指揮控制、視頻監(jiān)測(cè)、GIS技術(shù)考慮。

（1）指揮控制中心一般性項(xiàng)目構(gòu)成

指控中心應(yīng)包括顯示系統(tǒng)、指控系統(tǒng)、對(duì)講通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)及備份系統(tǒng)、服務(wù)器、防雷接地系統(tǒng)、供備電系統(tǒng)。

（2）指揮控制技術(shù)考慮

1）巡航掃描功能

可以手動(dòng)控制和自動(dòng)控制、全區(qū)域條帶巡航，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的角度和軌跡完成重點(diǎn)區(qū)域巡航、報(bào)警，同時(shí)也可以手動(dòng)控制設(shè)備，重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行精細(xì)核查。

2）監(jiān)控Camera控制功能

系統(tǒng)可以控制Camera的ON/OFF，進(jìn)行調(diào)焦、變焦，切換Day/Night模式，ON/OFF透霧等操作。系統(tǒng)可控制鏡頭實(shí)現(xiàn)Auto調(diào)焦功能。

3）煙火識(shí)別與報(bào)警功能

系統(tǒng)應(yīng)具有煙火AI智能自動(dòng)識(shí)別功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)，Camera可Auto鎖定、拉近焦距、目標(biāo)居中，便于精確識(shí)別、定位。將報(bào)警信息指令推送到指定終端，聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警，同步實(shí)現(xiàn)短信或語(yǔ)音發(fā)送相關(guān)人員。

4）前端監(jiān)控設(shè)備手動(dòng)控制功能

系統(tǒng)應(yīng)具有操作前端監(jiān)控設(shè)備向↑、↓、←、→、↖、↗、↙、↘等八個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的控制功能。

5）多路視頻實(shí)時(shí)顯示功能

多路實(shí)時(shí)視頻同時(shí)顯示。當(dāng)視頻展示窗口＜設(shè)備視頻源數(shù)量時(shí)，應(yīng)具有視頻輪詢輸出功能；輸出火警視頻具備最高優(yōu)先級(jí)別。

6）視頻存儲(chǔ)與點(diǎn)播功能

日常視頻和告警視頻分別存儲(chǔ)并管理；日常監(jiān)控視頻系統(tǒng)自動(dòng)覆蓋存儲(chǔ)；告警視頻不可覆蓋，長(zhǎng)久保存，并關(guān)聯(lián)保存告警的信息；系統(tǒng)管理應(yīng)具有刪除、備份功能，用戶可以根據(jù)需求設(shè)定閾值；數(shù)據(jù)支持隨時(shí)調(diào)用。

7）告警上報(bào)

系統(tǒng)具有將所有告警信息實(shí)時(shí)上報(bào)到系統(tǒng)平臺(tái)的功能，告警信息包括站址數(shù)據(jù)、告警時(shí)間、告警時(shí)設(shè)備的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)、俯仰和水平角、目標(biāo)火情經(jīng)緯坐標(biāo)、視圖等，并且所報(bào)數(shù)據(jù)可以隨時(shí)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用、查看、轉(zhuǎn)發(fā)。

8）多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)

系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)功能。

9）多級(jí)管理

根據(jù)國(guó)家機(jī)關(guān)業(yè)務(wù)管理的需要，系統(tǒng)應(yīng)具備多級(jí)管理功能，可根據(jù)管理體系設(shè)置國(guó)家、省、市、縣（林草局）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（林場(chǎng)）等級(jí)別，同級(jí)可設(shè)置多個(gè)，便于分級(jí)授權(quán)管理。

10）授權(quán)管理

根據(jù)實(shí)際工作中崗位不同、級(jí)別不同、任務(wù)不同，實(shí)行不同等級(jí)授權(quán)管理?；鶎痈⒅貞?yīng)用授權(quán)，管理層更注重?cái)?shù)據(jù)授權(quán)，因此系統(tǒng)應(yīng)具備靈活授權(quán)管理功能。

11）應(yīng)急預(yù)案

確定系統(tǒng)報(bào)警為真實(shí)火情后，可啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行火災(zāi)撲救等工作。應(yīng)急預(yù)案主要包括森林草原火災(zāi)應(yīng)急組織指揮機(jī)構(gòu)及其職責(zé)、森林草原火災(zāi)預(yù)警、監(jiān)測(cè)、信息報(bào)告和處理、森林草原火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制和措施、綜合保障措施及災(zāi)后處置等，實(shí)現(xiàn)預(yù)案導(dǎo)入、編制、修改、啟動(dòng)。

12）指揮調(diào)度

指揮調(diào)度發(fā)現(xiàn)火情并定位后可實(shí)現(xiàn)以下功能，輔助撲救指揮決策應(yīng)用。

a）就近數(shù)據(jù)顯示：可就近顯示撲火資源數(shù)據(jù)（撲火隊(duì)、撲火器具等），各撲火資源詳細(xì)信息可直接在GIS上顯示，方便指揮員查看。

b）路徑分析：可顯示各撲火隊(duì)趕往火場(chǎng)的最優(yōu)路徑，并可模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，進(jìn)行路線分析。

c）火場(chǎng)標(biāo)繪：在地圖上對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行基本標(biāo)繪、火場(chǎng)態(tài)勢(shì)、火場(chǎng)環(huán)境、撲救資源等多種標(biāo)繪操作，如火場(chǎng)邊緣的形狀、位置、撲火力量分布、火場(chǎng)天氣、風(fēng)向等因素，利用標(biāo)繪面板在現(xiàn)場(chǎng)繪制火場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖。支持多種信息標(biāo)繪，可標(biāo)繪火點(diǎn)、標(biāo)繪隊(duì)伍、標(biāo)繪火線、標(biāo)繪隊(duì)伍分布線、標(biāo)繪火場(chǎng)、標(biāo)繪行軍箭頭、標(biāo)繪前指、標(biāo)繪隔離帶、標(biāo)繪風(fēng)向、標(biāo)繪態(tài)勢(shì)、添加標(biāo)注、添加圖片。

d）火災(zāi)報(bào)告：記錄不同階段森林草原火災(zāi)信息、任務(wù)單等工作表單的填報(bào)內(nèi)容，報(bào)表內(nèi)容及格式符合LY/T 2585-2016《森林草原火災(zāi)信息處置規(guī)范》相關(guān)要求。

13）災(zāi)后評(píng)估

根據(jù)采集的受災(zāi)區(qū)域內(nèi)各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)位計(jì)算過(guò)火面積，并對(duì)指定草地林地林相數(shù)據(jù)信息計(jì)算災(zāi)損相關(guān)（林相）屬性（樹(shù)種名稱、所占比例）、過(guò)火面積等。

（3）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)考慮

1）基本要求

a）前端系統(tǒng)內(nèi)置AI煙火算法模塊；

b）支持可見(jiàn)光及紅外16 位RAW 原始數(shù)據(jù)采集及分析；

c）處理器內(nèi)含圖像去抖功能；

d）采用邊巡航、邊檢測(cè)、邊報(bào)警動(dòng)態(tài)煙火識(shí)別算法；

e）支持根據(jù)不同林區(qū)環(huán)境、不同季節(jié)、不同時(shí)間段進(jìn)行調(diào)整煙火檢測(cè)算法；

f）支持離線煙火識(shí)別及報(bào)警存儲(chǔ)，聯(lián)網(wǎng)續(xù)傳；

g）支持屏蔽區(qū)、通視區(qū)域等多種區(qū)域信息標(biāo)記；

h）具備可見(jiàn)光相機(jī)與紅外相機(jī)的參數(shù)聯(lián)合標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光視頻和紅外視頻目標(biāo)點(diǎn)視覺(jué)校驗(yàn)與圖像配準(zhǔn)；

i）可見(jiàn)光AI煙火自動(dòng)識(shí)別：通過(guò)配備的可見(jiàn)光AI煙火算法進(jìn)行全天候自動(dòng)巡航；系統(tǒng)可以有效區(qū)分過(guò)濾霾、云、巖石、陰影、雪、霧、光線、樹(shù)枝晃動(dòng)等干擾源數(shù)據(jù)的變化因素；

j）紅外AI煙火自動(dòng)識(shí)別 ：通過(guò)配備的紅外煙火自動(dòng)識(shí)別算法進(jìn)行全天候自動(dòng)巡航；系統(tǒng)可以有效區(qū)分過(guò)濾干擾熱源引起的變化因素；

k）常規(guī)火源處理 ：智能識(shí)別監(jiān)控區(qū)域內(nèi)工礦區(qū)內(nèi)煙囪、定居點(diǎn)、耕地內(nèi)的煙火等常規(guī)火情告警，避免反復(fù)報(bào)警。

2）識(shí)別能力

在識(shí)別目標(biāo)與背景的對(duì)比度不小于10%時(shí)，可見(jiàn)光煙火識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)基于1080P及以上高清分辨率圖像進(jìn)行分析，最小識(shí)別煙目標(biāo)、火目標(biāo)面積不大于7×7像素，紅外熱成像最小識(shí)別煙目標(biāo)、火目標(biāo)面積不大于2×2像素。

3）火情識(shí)別率

整體系統(tǒng)漏報(bào)率不大于1‰；萬(wàn)公頃日誤報(bào)次數(shù)不大于3。

4）告警定位

告警定位功能，要求在15km半徑下定位誤差均應(yīng)＜100m。

（4）GIS技術(shù)考慮

1）地圖瀏覽

應(yīng)具有地圖瀏覽功能，包括放大、縮小、平移、查看地圖全圖、前一視圖、后一視圖、要素選擇、查看屬性、設(shè)置比例尺、實(shí)時(shí)坐標(biāo)、海拔顯示等工具，宜具有快速工具欄。

2）測(cè)量

應(yīng)具有長(zhǎng)度測(cè)量工具，測(cè)量地圖上任意兩點(diǎn)間和連續(xù)多點(diǎn)間的距離；應(yīng)具有面積測(cè)量工具，測(cè)量地圖上指定區(qū)域（可為不規(guī)則多邊形）的面積。

3）防火資源管理

對(duì)監(jiān)測(cè)站、護(hù)林所、撲火隊(duì)、防火隔離帶、水源等防火資源進(jìn)行編輯，應(yīng)包含添加、刪除與屬性編輯等操作。

結(jié)語(yǔ)

超遠(yuǎn)程智能化的地面視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新型、頗具發(fā)展前景的森林草原火情監(jiān)測(cè)手段，在未來(lái)的森林草原防火工作中必將扮演著更加重要的角色。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部也即將發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《森林草原防火工程項(xiàng)目規(guī)范》，森林草原防火工程項(xiàng)目的新建、擴(kuò)建和改建工程都必須執(zhí)行本規(guī)范。由于森林草原火情監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及多種專業(yè)技術(shù)，各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的合理應(yīng)用在項(xiàng)目具體建設(shè)上也有較大差別，本文是以森林草原火情視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)為主要內(nèi)容進(jìn)行闡述。 參考文獻(xiàn)

[1]李新華.我國(guó)森林草原火災(zāi)發(fā)生數(shù)連續(xù)7年下降[N].中國(guó)綠色時(shí)報(bào)，2016-01-20（01）.

[2]何海寧.森林草原防火監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（14）：1-2.

[3]王海忠.夯實(shí)基礎(chǔ)做好森林草原防火這篇大文章[N].中國(guó)綠色時(shí)報(bào)，2016-08-30（01）.

[4]王肇民，馬人樂(lè).GB 50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[5]范國(guó)慶.GB 5104-2015，建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

[6]王德言.GB 50343-2012，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[7]林維勇.GB 50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[8]姜寧.移動(dòng)通信直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)[J].現(xiàn)代建設(shè)電氣，2014，3（05）：11.

[9]劉吉克.GB 50689-2011，通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.