智慧林業之森林防火監控預警系統

　　一、系統搭建背景：

　　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，容易發生水旱風沙災害，影響農業穩產高產，甚至影響到整個區域的生態環境和可持續發展。

　　目前來說，最有效的手段是能夠對林區的資源進行大范圍、大視野的全天候24小時實時監測，能夠對自動發現林區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、森林防火監控預警系統總體構成：

　　森林防火監控預警系統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、攝像機、長焦鏡頭及后端監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視、存儲、管理的一套智能型的森林防火預警系統。

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

　　(1)前端智能監測基站詳細設計

　　l 視頻采集系統

　　l 智能雙光譜識別系統

　　l 供電系統

　　l 防盜系統

　　l 基站控制系統

　　l 防雷接地系統

　　l 鐵塔基建系統

　　以上七個子系統是構成前端基站的組成部分。

　　1)視頻采集系統

　　森林防火視頻采集系統主要包括攝像機、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應具備以下要求：

　　l 全天候24小時實時監測;

　　l 在夜間極低的光線照明度下獲得監控圖像;

　　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;

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

　　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

　　智能雙光譜識別系統是構成森林防火監控預警系統最核心的和最重要的功能，是實現傳統普通森林防火監控由人工監看向智能型森林防火監控由智能設備自動監看的重要轉換。智能監控系統能夠實現全天候24小時監測森林防火，智能設備一旦發現疑似煙火通過系統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控系統迅速判斷，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主要由基于林區視頻監控圖像智能分析煙火的智能煙火識別處理器和基于林區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。基于林區視頻監控圖像智能分析煙火的智能煙火識別處理器可以在監控中心通過遠程視頻監控圖像直觀、真實的反映林區的情況，并且能夠在能見度較好的環境下有效識別林區的林火，且即使林區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。

　　系統如圖所示：

　　3)供電系統

　　前端監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電系統，前端基站的設備功耗應<100W，根據實際情況建議配置600W-1000W的發電系統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：

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

　　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

　　太陽能供電系統圖如圖所示：

　　4)防盜報警及對講系統

　　森林防火監控預警系統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，告警系統啟動，安保攝像機錄像回傳至監控中心并實時錄像，同時，喇叭現場播放語音警示。監控中心接收到報警信號后，立即通過語音對講系統對現場喊話。

　　如圖所示：

　　上級監控指揮中心可通過對講系統對本地實現單向對講，本地聲音可被上級單向監聽。

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

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

　　(2)傳輸網絡選型

　　傳輸網路是實現森林防火監控預警系統前端基站視頻圖像及各種信號傳輸到后端監控中心的必要的組成部分，基于森林防火監控預警系統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，優先考慮采用無線網絡傳輸系統，這是由于森林防火監控自身的特點所決定，森林防火監控基一般都建在山區中，不同監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，一次性投入等優勢，成為森林防火監控系統傳輸鏈路的首選。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。

　　附近有網絡接入(距離<500米或兩點之間不可視)

　　附近有網絡接入(距離>500米且兩點之間可視)

　　較遠的地方有運營商通訊基站

　　(3)后端監控管理平臺系統詳細設計

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

　　1)國泰物聯網視頻監控管理平臺

　　國泰物聯網視頻監控管理平臺是實現對前端基站監控視頻圖像進行實時監控、保存處理，以及控制和管理前端基站設備的重要核心系統，通過國泰物聯網視頻監控管理平臺配合前端煙火識別系統在發現疑似煙火后實現后端監控管理中心自動報警功能，在配置短信報警主機后，可以通過系統自動向相關工作人員發送報警短信等。

　　國泰物聯網視頻監控管理平臺主要包括：聯網監控管理軟件、服務器以及其它功能附件等構成。

　　聯網監控管理平臺是一套視頻監控的解決方案，系統包含：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：

　　● 多層級、多元式聯網監控

　　● 國泰物聯網視頻監控管理平臺應將不同地區、不同環境的林區監控設備有效整合，實現分布式監控，集中式管理。

　　● 管理權限層級分明，具有多層次、管理，建立視頻監控、報警聯動。

　　● 集成報警聯動

　　系統設計采用基于視頻分析技術的煙為智能預警技術，前端智能監測點宜設計防盜報警裝置，當林區出現疑似火情或防盜警情，系統在第一時間作出響應并報警，報警發生時，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;當發生報警時，在有GIS系統支持下，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。

　　● 兼容性強，擴展靈活

　　林業行業的遠程聯網監控管理系統區別于其它行業的聯網監控系統的特點之一是豐富的產品兼容性，在林業系統的視頻控體系中，所采用的監控設備和輔助設備，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，采用的設備或系統應為系統的擴展升級預留接口。

　　系統界面如圖所示：

　　● 監控管理平臺軟件

　　根據多級聯網監控需要管理和使用海量的監控資源，結合行政管理架構的特點，將海量的監控資源劃歸各監控中心管理，各監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分解為下圖結構：一級監控中心，二級監控中心，三級監控中心，內部用戶，社會用戶群體，外部監控資源及內部監控資源。其中監控中心是管理平臺，用戶為服務對象。