智慧林業(yè)之森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)

1、系統(tǒng)搭建背景：

森林資源是地球上最重要的資源之一，是生物多樣化的基礎，是人類賴以生存必備可少的資源之一。我國資源匱乏，其中以森林資源最為緊缺，國土面積960萬平方公里，約占世界總量的7%，人口14億，約占世界總量的22%，而森林面積僅占世界的4.6%。森林火災一旦發(fā)生，大片蒼翠茂密的森林化為灰燼，給國家和集體造成嚴重損失，同時林地容易造成水土流失，容易發(fā)生水旱風沙災害，影響農業(yè)穩(wěn)產高產，甚至影響到整個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。

目前來說，最有效的手段是能夠對林區(qū)的資源進行大范圍、大視野的全天候24小時實時監(jiān)測，能夠對自動發(fā)現林區(qū)內的有火或者有煙的時候自動報警，并且能夠將火點的位置能夠定位，一旦遇到火災自動報警，及時通知相關的工作人員的一種先進合理的預警機制，采用這種預警機制可以為現階段森林防火預警提供一種非常有效的解決方法。

2、森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)總體構成：

森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)是采用可見光煙火識別+紅外熱成像測溫識別智能雙光譜識別系統(tǒng)、攝像機、長焦鏡頭及后端監(jiān)測管理軟件實現煙火智能識別并自動報警，運用重型數字云臺轉動的方位角和俯仰角、長焦鏡頭的焦距及后端GIS管理軟件平臺實現火點自動精確定位，通過攝像機和傳輸鏈路將視頻圖像和控制信號傳輸到指揮中心進行監(jiān)視、存儲、管理的一套智能型的森林防火預警系統(tǒng)。

森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)是由前端監(jiān)測基站、傳輸網絡、后端監(jiān)控管理平臺及輸出展示系統(tǒng)構成，系統(tǒng)結構如圖所示：

智能監(jiān)測基站詳細設計

l  視頻采集系統(tǒng)

l  智能雙光譜識別系統(tǒng)

l  供電系統(tǒng)

l  防盜系統(tǒng)

l  基站控制系統(tǒng)

l  防雷接地系統(tǒng)

l  鐵塔基建系統(tǒng)

以上七個子系統(tǒng)是構成前端基站的組成部分。

１）視頻采集系統(tǒng)

森林防火視頻采集系統(tǒng)主要包括攝像機、長焦鏡頭、野外大型防護罩、重型數字云臺、前端傳輸網絡等。

森林防火視頻采集系統(tǒng)應具備以下要求：l  全天候24小時實時監(jiān)測；

l  在夜間極低的光線照明度下獲得監(jiān)控圖像；

l  日夜24小時拍攝清晰的圖像

l  即使在霧天也能清晰可見；

l  野外重型設備具有易維護性設計；在不用拆卸重型設備下山的情況下，僅對控制電路等部件進行更換，完成重型設備的電氣故障維修、升級和保養(yǎng)；

l  充分考慮野外運行環(huán)境，主要設備在-20℃和60℃（可選：-45℃－＋60℃）環(huán)境時能正常工作；

l  整機功耗低，降低供電建設費用；

l  關鍵設備防護等級不得低于IP66。

２）智能雙光譜識別系統(tǒng)

智能雙光譜識別系統(tǒng)是構成森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)最核心的和最重要的功能，是實現傳統(tǒng)普通森林防火監(jiān)控由人工監(jiān)看向智能型森林防火監(jiān)控由智能設備自動監(jiān)看的重要轉換。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現全天候24小時監(jiān)測森林防火，智能設備一旦發(fā)現疑似煙火通過系統(tǒng)報警平臺及時為用戶提供的現場信息，讓用戶在第一時間通過智能監(jiān)控系統(tǒng)迅速判斷，并作出相關的應急處理措施。

森林防火智能雙光譜識別系統(tǒng)主要由基于林區(qū)視頻監(jiān)控圖像智能分析煙火的智能煙火識別處理器和基于林區(qū)熱輻射探測通過不同目標溫差實現林火的智能探測的紅外熱成像識別構成?；诹謪^(qū)視頻監(jiān)控圖像智能分析煙火的智能煙火識別處理器可以在監(jiān)控中心通過遠程視頻監(jiān)控圖像直觀、真實的反映林區(qū)的情況，并且能夠在能見度較好的環(huán)境下有效識別林區(qū)的林火，且即使林區(qū)內部出現林火的情況也能有效的識別，但是在霧霾天氣由于能見度較低造成視頻監(jiān)控的圖像不清晰從而會出現不能夠正確識別林火的情況存在。

３）供電系統(tǒng)

前端監(jiān)控基站所處位置在野外，除基站附近有市/農電的情況下采用市/農電，遠距離一般不建議采用市/農電，因為過長的電源線路導致到達基站時電壓較低，容易造成設備損害，而且成本高，建議在日照比較豐富的地方采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)，前端基站的設備功耗應＜100W，根據實際情況建議配置600W-1000W的發(fā)電系統(tǒng)即可滿足前端基站所有設備的供電要求。

市/農電配置說明：

對于基站附近有市/農電或者要求采用市/農電時，由于野外220V供電線路較長，應考慮預防感應雷沖擊導致取電端和設備端損壞的情況，所以需要在220V供電線路2端增加三級防雷器，保障設備安全。同時長距離電纜采用地埋方式可比架空更安全，所以建議供電線路采用直埋鎧裝電纜，根據實際情況配置如下：

220V供電配置：2芯×2/4/6mm2鎧裝電纜+三級防雷箱（兩端）

太陽能供電配置說明：

太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池板、蓄電池、控制器、電池保溫箱構成。根據實際情況太陽能發(fā)電系統(tǒng)配置如下：

太陽能電池板：250W太陽能電池板*4塊（日照較差地區(qū)可適當增加）

太陽能專用電池：12V/200ah膠體電池*4只（日照較差地區(qū)可配8只電池）

太陽能控制器：40A MPPT光伏控制器

電池箱：電池保溫箱

太陽能供電系統(tǒng)圖如圖所示：

４）防盜報警及對講系統(tǒng)

森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)前端基站設備大多數安裝在無人值守的密林深處，需要考慮設備防盜的問題，對于野外森林防火監(jiān)測基站的防盜，采用安防攝像機視頻移動偵探方式進行自動防盜報警，并采用雙向語音對講方式起到警告和威懾作用。

防盜報警系統(tǒng)工作方式為：

在防盜攝像機后端安裝一臺數字報警主機，根據防盜攝像機動態(tài)攝像的圖像，設置周界保護、物品丟失等報警類型，確保前端基站的設備安全。

如圖所示：

一旦有人靠近、攀爬基塔，告警系統(tǒng)啟動，安保攝像機錄像回傳至監(jiān)控中心并實時錄像，同時，喇叭現場播放語音警示。監(jiān)控中心接收到報警信號后，立即通過語音對講系統(tǒng)對現場喊話。

如圖所示：

上級監(jiān)控指揮中心可通過對講系統(tǒng)對本地實現單向對講，本地聲音可被上級單向監(jiān)聽。

通過遠程控制軟件，在監(jiān)控中心遠程控制前端基站的電子監(jiān)控設備，可控制云臺、攝像機、鏡頭等設備。

可以根據林區(qū)的特殊自然環(huán)境，采用視頻移動偵探。并配合前端報警設備聯動智能預警監(jiān)控管理平臺。

（２）傳輸網絡選型

傳輸網路是實現森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)前端基站視頻圖像及各種信號傳輸到后端監(jiān)控中心的必要的組成部分，基于森林防火監(jiān)控預警系統(tǒng)的傳輸網絡主要有多種方式，具體如下：

第一種：采用有線光纜進行傳輸

第二種：方式采用無線網絡進行傳輸

第三種：方式采用運營商專線網

第四種：采用無線+有線結合的方式

對于距離較近或者已有光纜的情況下采用有線光纜或運營商專線網絡，無有線或專線網絡時，優(yōu)先考慮采用無線網絡傳輸系統(tǒng)，這是由于森林防火監(jiān)控自身的特點所決定，森林防火監(jiān)控基一般都建在山區(qū)中，不同監(jiān)控基站的地理情況以及地勢都比較復雜，面對復雜的地形，采用有線光纜不僅施工復雜，而且成本也非常高，沿途施工還會對植被造成破壞，是一種既破壞環(huán)境又不經濟的一種方式，而采用無線傳輸方式以施工簡便，成本低，一次性投入等優(yōu)勢，成為森林防火監(jiān)控系統(tǒng)傳輸鏈路的首選。圖像實時傳輸、清晰，傳輸頻率可選，并且可根據傳輸距離的遠近、現場自然條件的不同，其功率的大小可以按要求配制，在遇障礙物阻擋的情況下，可采用架設中繼系統(tǒng)。

附近有網絡接入（距離＜500米或兩點之間不可視）

（3）后端監(jiān)控管理平臺系統(tǒng)

詳細設計后端監(jiān)控管理中心是整個森林防火監(jiān)控預警的處理中心，所有前端的視頻監(jiān)控圖像、報警信息、監(jiān)控前端基站的遠程控制、輸出展示等均在后端監(jiān)控管理中心完成。后端監(jiān)控管理中心主要包括：華瑞通視頻監(jiān)控管理平臺軟件、GIS管理平臺軟件、支撐軟件系統(tǒng)的硬件服務器、監(jiān)控管理PC機、報警相關的軟硬件、大屏展示系統(tǒng)及相關控制器、LED顯示屏、控制臺、綜合布線、靜電地板、防雷接地、音視頻會議系統(tǒng)等。

1）華瑞通森林防火視頻監(jiān)控管理平臺

華瑞通森林防火視頻監(jiān)控管理平臺是實現對前端基站監(jiān)控視頻圖像進行實時監(jiān)控、保存處理，以及控制和管理前端基站設備的重要核心系統(tǒng)，通過華瑞通視頻監(jiān)控管理平臺配合前端煙火識別系統(tǒng)在發(fā)現疑似煙火后實現后端監(jiān)控管理中心自動報警功能，在配置短信報警主機后，可以通過系統(tǒng)自動向相關工作人員發(fā)送報警短信等。

華瑞通視頻監(jiān)控管理平臺主要包括：聯網監(jiān)控管理軟件、服務器以及其它功能附件等構成。

聯網監(jiān)控管理平臺是一套視頻監(jiān)控的解決方案，系統(tǒng)包含：管理模塊、代理服務模塊、流媒體服務模塊、電視墻管理模塊、遠程管理模塊、報警管理模塊、存儲服務模塊、客戶端管理。應具有以下主要功能：

a)多層級、多元式聯網監(jiān)控

b)華瑞通視頻監(jiān)控管理平臺應將不同地區(qū)、不同環(huán)境的林區(qū)監(jiān)控設備有效整合，實現分布式監(jiān)控，集中式管理。

c)管理權限層級分明，具有多層次、管理，建立視頻監(jiān)控、報警聯動。

d)集成報警聯動

系統(tǒng)設計采用基于視頻分析技術的煙為智能預警技術，前端智能監(jiān)測點宜設計防盜報警裝置，當林區(qū)出現疑似火情或防盜警情，系統(tǒng)在第一時間作出響應并報警，報警發(fā)生時，將當前瀏覽窗口自動切換成報警畫面。支持報警信息的接收，同時具備聲音，圖像，文字的提示，并要隨機生成報警日志，有報警自動恢復功能；報警類別，可能包括為火情報警、防盜報警、設備故障以及其它類型的報警信息等；當發(fā)生報警時，在有GIS系統(tǒng)支持下，可自動在屏幕上顯地圖上提示報警位置及類型。報警信息應該和錄像數據相結合，可由報警信息檢索回放相應的圖像錄像。

e)兼容性強，擴展靈活

林業(yè)行業(yè)的遠程聯網監(jiān)控管理系統(tǒng)區(qū)別于其它行業(yè)的聯網監(jiān)控系統(tǒng)的特點之一是豐富的產品兼容性，在林業(yè)系統(tǒng)的視頻控體系中，所采用的監(jiān)控設備和輔助設備，必須考慮它們的兼容性和擴展性，避免出現設備不兼容的情況，采用的設備或系統(tǒng)應為系統(tǒng)的擴展升級預留接口。

監(jiān)控管理平臺軟件

根據多級聯網監(jiān)控需要管理和使用海量的監(jiān)控資源，結合行政管理架構的特點，將海量的監(jiān)控資源劃歸各監(jiān)控中心管理，各監(jiān)控中心按行政管理架構多級級聯形成倒置樹狀結構。

從功能上可以將系統(tǒng)分解為下圖結構：一級監(jiān)控中心，二級監(jiān)控中心，三級監(jiān)控中心，內部用戶，社會用戶群體，外部監(jiān)控資源及內部監(jiān)控資源。其中監(jiān)控中心是管理平臺，用戶為服務對象。