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森林防火監控方案

一、森林防火行業現狀

    森林火災是世界性的林業重要災害之一,年年都有一定數量的發生,造成森林資源的重大損失和全球性的環境污染。森林火災具有突發性,災害發生的隨機性,短時間內能造成巨大損失的特點。
    2016年5月3日加拿大西部艾伯塔省迎來最恐怖最有災難性的一場火災,小城麥克暮瑞堡遭猛烈野火侵襲,10萬居民緊急撤離,加拿大保險和銀行金融機構初步認為,火災可能造成90億加元(約合455億元人民幣)經濟損失,可能成為加拿大史上損失最為慘重的自然災害。

加拿大森林大火航拍圖
    俄羅斯一度表示愿意處理幫助加拿大滅火,可沒等加拿大森林火災熄滅,11日,俄羅斯境內也發生了一宗森林火災,并且規模更大,燒毀森林面積達100萬公頃,是加拿大森林大火燒毀面積的5倍,多個地區已進入森林火災防控緊急狀態。這次森林火災或為俄羅斯造成3000億美元(約合20000億元人民幣)的損失。
    據國家林業局統計,我國每年平均發生森林火災約1萬多次,燒毀森林面積約占全國森林面積的5~8%。森林火災的突發性、隨機性、短時間內可造成巨大損失,因此迅速發現和撲滅林火,就成為了森林防火的重中之重。
    因此一旦有火警發生,就必須以極快的速度采取撲救措施,撲救是否及時,決策是否得當,重要原因都取決于對林火行為的發現是否及時,分析是否準確合理,決策措施是否得當。為此國內外都在為預防,減少和控制森林火災而努力。為了早日實現森林防火工作的規范化,科學化,信息化,貫徹“預防為主,積極撲救的方針”,真正做到早發現,早解決。

二、森林防火需求

    森林火災是森林的三大災害之一,以《森林法》《森林防火條例》《全國森林防火發展規劃》等法規為指導,預防森林火災,是實現森林資源增長的保障,是發展現代林業,建設生態林業的重要舉措。
    林業在防火工作方面面臨著“五難局面”:
    1、林業火險預警預測科技含量不高。
    2、基層設施薄弱。
    3、及時發現案情難、及時組織撲救難。
    4、現場指揮調度難。
    5、監管部門各設平臺,缺乏一體化監管模式,林業資源共享難。

1)發生森林火災必須具備的條件:
    1、可燃物(包括樹木、草灌等植物)是發生森林火災的物資基礎;
    2、火險天氣是發生火災的重要條件;
    3、火源是發生森林火災的主導因素。

    以上三個條件缺少一個,森林火災便不會發生。大量的事實說明森林火災是可以預防的,可燃物和火源可以進行人為控制,而火險天氣也可進行預測預報來進行防范,進而減少損失和傷害。

2)預防措施:

    針對以上三個條件,有必要建立智能化的森林火險綜合管理系統,彌補人工防范的不足,采取有效的手段能夠對林區進行大范圍、大視野的全天候24小時實時監測,能夠自動發現林區火源并自動報警,并且能夠將火點的位置準確定位和實時觀看現場視頻。
傳統的森林防火及林業資源管理預警系統通常誤報很高,而且對一些早期的特殊防火預警監測不到位,比如說地熱能的問題,光學幻影和類似煙霧的飛行物等問題。
該方案專為高端森林防火監控系統設計,配備高性能測溫型紅外熱成像模組和高清可見光攝像機模組,搭載360°全方位高速數字云臺,內嵌火情識別模塊,采用先進算法,對原始測溫數據進行分析,僅用75mm鏡頭,就能監測5公里處1米×2米的木質火源,避免了以往采用純視頻分析算法的缺陷。該產品通過網絡輸出火警數據、白光圖像和熱圖像等,支持主流圖像編碼格式。

三、森林火災視頻監控方案

1)設計規范

根據國家有關法規的要求,以及我們多年認真研究、分析設計本系統方案。該系統具有性能先進、質量可靠、經濟實用等特點,而且該系統具有方便擴展、與其它信息系統實現無縫連接的能力。為實現森林防火智能監控系統的可視化管理奠定了基礎。

依據的相關規范包括:

GB50116-98

火災自動報警設計規范

GA/T70-1994

安全防范工程費用概預算編制辦法

GB4943-2001

信息技術設備的安全

GB8898-2001

音頻、視頻及類似電子設備安全要求

GB16796-1997

安全防范報警設備安全要求和試驗方法

GB17859-1999

計算機信息系統安全保護等級劃分準則

GB50057-1994

建筑物防雷設計規范

GB50198-1994

民用閉路監控電視系統工程技術規范

GB50348-2004

安全防范工程技術規范

GA-T670-2006

安全防范系統雷電浪涌防護技術要求

GA308-2001

安全防范系統驗收規則

GA/T74-20

安全防范系統通用圖形符號

GA/T75-94

安全防范工程程序與要求

GA/T367-2001

視頻安防監控系統技術要求

GA/T388-2002

計算機信息系統安全等級保護操作系統技術要求

GA/T388-2002B

計算機信息系統安全等級保護管理要求

GA/T390-2002

計算機信息系統安全等級保護通用技術要求

YD/T1171-2001

IP網絡技術要求--網絡性能參數與指標

RFC2327

SDP:SessionDescriptionProtocol會話描述協議

ISO/IEC-13818-1

(2000edition)MPEG音視頻封裝標準

ISO/IEC-14496-2

MPEG4視頻編碼標準

ISO/IEC-11172-3

MPEG音頻編碼標準


2)設計原則

1、先進性原則

    系統應充分考慮科學技術的迅猛發展趨勢,應用國內外業界較先進和標準的主流技術來保證智能化系統各項功能的實現;采用“現代化計算機網絡信息科技”智能化相結合的系統結構,使得系統可以方便靈活地在處理能力、系統容量、功能點等方面進行擴充和升級換代,從而確保系統可以支撐未來一段較長的時間內形勢和業務發展的需要。
使用無線傳輸設備,沒有布線的煩惱,不破壞原有環境設施,施工周期短,性價比高,且擴充性強,只要增加或減少被監控點的無線橋接器,就可以完成被監控點的增加或減少。

模擬監控、有線網絡數字監控、無線數字監控對比:

監控系統

優點

缺點

模擬監控

設備成本低、視頻圖像清晰

可監控距離短、大量錄像資料存儲檢索困難。

有線以太網監控

監控距離長、范圍廣、數字視頻質量可調、存儲檢索方便

網絡布線成本高、收地形影響較大。

無線數字監控系統

不受山川、河流、橋梁道路燈復雜地形限制,降低網絡布線成本、加快建設周期、滿足靈活機動的應用需求

在小區域內的監控項目成本比前兩者要高,適合于野外長距離或無法布線的場合,也非常適合于要求機動靈活的特殊場合。


森林防火一般攝像機和高清智能一體化攝像機對比:

前端采集系統

優點

缺點

紅外攝像機

監控視場角度較大,設備成本低

可監控距離短無法大范圍監控、紅暴現象、紅外燈板發熱較大導致壽命不長

激光夜視攝像機

可監控距離遠,可達到幾公里的監控目標,使用壽命長,夜視效果清晰

夜視監控視場角度較小,夜視監控識別分析火情較難,設備成本高

高清智能一體化攝像機

具有雙光譜監控功能,本身對森林防火有識別功能,降低對傳輸系統的要求,減少誤報率,反應速度及時,降低了項目成本。云臺水平360°,垂直-90°~+90°,使監視范圍擴大。

本身造價高,屬于中型攝像機,使用于野外和靈活特性的監控場合安裝


2、實用性原則

系統的設計應遵守實用性原則,人機互通原則。以監控各信息系統作為指揮和通知的主要手段,為其它的各項職能提供所需的信息。系統的輸入設備和系統軟件還應具有良好的操作性,使一般文化水平的防護人員,在略懂電腦操作的情況下通過基本的培訓就能掌握系統的操作要領,達到勝任值班和監控任務的水平。

3、可靠性原則

系統采用“現代化計算機網絡信息科技”技術相結合的方式,在關鍵節點保證系統的可靠性;采用成熟的技術和優質品牌的配套設備,并充分考慮系統實施地點和使用環境進行選擇,以提高系統的可靠性和使用壽命;系統設計時還應考慮數據的備份保存和快速恢復,以便在系統出現問題時能以最快的速度恢復正常運作。

4、可擴展維護性

    系統采用的硬件設備及軟件系統產品應支持國際工業標準以及行業相關標準,以便能和不同廠家的開放型產品在同一系統中共存。在系統設計中,應選擇具有可擴展性的系統結構,特別是通過模塊化設計的設備和可升級的系統軟件,使系統能靈活增減或更新各個子系統的功能來滿足各項職能發展的需要。

5、安全性和保密性

    在系統設計中,既考慮信息資源的充分共享,更要注意信息的保護和隔離,因此系統應分別針對不同的應用和不同的通訊環境,采取不同的措施,包括系統安全機制、數據存取的權限控制等。
由于無線局域網采用公共的電磁波作為載體,因此與有線線纜不同,任何人都有條件竊聽或干擾信息,因此在無線局域網中,網絡安全很重要。常見的無線網絡安全方法有:物理地址(MAC)過濾、連線對等保密(WEP)等。

3)森林防火及林業資源管理預警系統結構圖
4)系統技術特點

1、基于遠紅外設備的長距離森林火災分析算法

獨特的森林火災熱成像分析算法,最遠能監測5公里處1米*2米木質火源,從8公里處能偵測到3米*3米火源。單終端最大覆蓋面積超過80km2;能去除車輛等轉瞬即逝的熱源和日間太陽照在山體沒有植披的石層和土層導致的高溫干擾。高火情識別率,低誤報率;系統能偵測5公里處4平方米木質火源,8公里處9平方米木質火源。
2、基于DEM的全三維地理信息系統建模

    軟件平臺自帶離線的GIS地理信息系統和DEM的全三維地理信息系統高程庫實現了監控基站站點周邊全區域的三維建模,操作人員可以自由編譯路徑、地名與周邊設施等。精度達到Google地球中國區的9倍。
3、基于DEM庫三維建模實現的單站點精確火情定位

    通常火情或事件的標志和地理信息定位需要由2個站點配合才能完成(類似人類的雙眼定位原理),但我們的系統可由單個監控基站站點通過DEM的全三維地理信息系統的高程庫完成三維模型實現單個監控基站站點精確定位,經實測定位精度小于半徑27米,火情精確定位有助于森林防火人員的預防、控制、決策與撲救工作。
4、雙光譜火情分析功能

    系統在高清智能一體化攝像機再配合專用智能分析軟件,輔助紅外分析軟件觀測山背/山溝火情,同時實現了周邊林業資源觀測、病蟲害觀測與其他的觀測功能。
5、火情標志和自動定位

    在出現火情預警之后,操作人員可以及時點擊地圖上多個火情標志中的任意一處火點,系統可自動分析鎖定火點情況,自動調整前端監控基站的攝像機云臺水平/垂直方位與鏡頭焦距/視場角,使指揮人員能立即觀看現場視頻,做到火情的所見即所得。
6、全景圖與智能屏蔽功能

    此軟件支持360度的全景拼圖功能,系統可以實現紅外熱像圖的無縫智能全景拼圖,進行對紅外熱像圖分析功能,從而使圖像分析的可視角度更廣。獲得前端現場環境信息,快速實現全方位的火情決策分析功能。
    支持遮擋報警功能通過標識監控區域內的已知熱對象,對已知熱源進行屏蔽和遮擋,最大程度上減少人為誤報和系統識別的誤報現象,如建筑物/光伏,太陽能板等。
7、監測覆蓋范圍仿真功能

    通過三維模型和準確的高度數據庫,我們可以在系統的地理信息系統上進行軟件仿真所有前端監控基站建設站點,模擬監控基站站點的監控區域覆蓋范圍,從中選取最優監測站點從而達到最大的覆蓋范圍,大大減少了勘測成本。
8、系統技術優勢

    火災熱成像圖像分析算法,單臺終端最遠能監測5公里處2米*2米木質火源,從8公里處能偵測到3米*3米火源。單終端覆蓋面積超過78.5km2,為業界同類產品覆蓋面積28.26km2的3倍。
    在GIS地理信息系統的3D站點建模的基礎上采集NASA地理觀測數據庫中的高度數據進行建模,精度達到Google中國地球的9倍以上。
    智能視頻分析軟件支持在GIS地理信息系統的基礎上實現實時的火情地理位置標定,可對火情進行精確的定位,理論誤差小于50米,實測誤差小于27米。
    支持自動巡檢與主動告警功能。監控終端支持全范圍的自動掃描,指定范圍自動掃描,手動掃描功能,定時設置掃描和閑時設置掃描功能。支持對火情判定的主動告警功能,包括聲音告警和短信告警。
    支持數據分析功能。此系統可以進行歷史信息檢索功能,監控數據、異常數據和報警信息會自動存儲在相對應的設備數據欄目中,可以實現快速準確的調用相應數據進行分析。
前端攝像機智能化功能,為了防止傳輸系統、后端的智能分析服務器、監控主機等設備運行過忙造成卡機和系統的誤報與漏報,前端攝像機具有對火情的智能自動判斷,減輕后端運行負荷和增強系統的運行性能。
站點軟件仿真功能,通過三維模型和準確的高度數據庫,我們可以在系統的地理信息系統上進行軟件仿真所有建設站點的可視范圍,做到系統識別盲區可視化,大大降低了選點與勘測成本。

5)森林防火監控模擬覆蓋功能

    軟件具有對森林防火監控點的監測區模擬覆蓋功能,從而對森林防火進行模擬選點(坐標位置)。如下圖1、圖2兩張模擬監控點監測區覆蓋圖顯示出模擬真實的實際覆蓋情況,對監控基站有著很好的針對性選址,方便架設整個系統的規劃。
圖1
圖2
注:林區的山體情況較復雜,實際安裝的設備及路線需按現場調研、以及用戶的需求制定。
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