智慧林業(yè)之森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

　　一、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(chǔ)，是人類賴以生存必備可少的資源之一。我國(guó)資源匱乏，其中以森林資源最為緊缺，國(guó)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(zāi)一旦發(fā)生，大片蒼翠茂密的森林化為灰燼，給國(guó)家和集體造成嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)林地容易造成水土流失，容易發(fā)生水旱風(fēng)沙災(zāi)害，影響農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，甚至影響到整個(gè)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?qū)α謪^(qū)的資源進(jìn)行大范圍、大視野的全天候24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)ψ詣?dòng)發(fā)現(xiàn)林區(qū)內(nèi)的有火或者有煙的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警，并且能夠?qū)⒒瘘c(diǎn)的位置能夠定位，一旦遇到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)通知相關(guān)的工作人員的一種先進(jìn)合理的預(yù)警機(jī)制，采用這種預(yù)警機(jī)制可以為現(xiàn)階段森林防火預(yù)警提供一種非常有效的解決方法。

　　2、森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)總體構(gòu)成：

　　森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是采用可見光煙火識(shí)別+紅外熱成像測(cè)溫識(shí)別智能雙光譜識(shí)別系統(tǒng)、攝像機(jī)、長(zhǎng)焦鏡頭及后端監(jiān)測(cè)管理軟件實(shí)現(xiàn)煙火智能識(shí)別并自動(dòng)報(bào)警，運(yùn)用重型數(shù)字云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的方位角和俯仰角、長(zhǎng)焦鏡頭的焦距及后端GIS管理軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)火點(diǎn)自動(dòng)精確定位，通過攝像機(jī)和傳輸鏈路將視頻圖像和控制信號(hào)傳輸?shù)街笓]中心進(jìn)行監(jiān)視、存儲(chǔ)、管理的一套智能型的森林防火預(yù)警系統(tǒng)。

　　森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是由前端監(jiān)測(cè)基站、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端監(jiān)控管理平臺(tái)及輸出展示系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　(1)前端智能監(jiān)測(cè)基站詳細(xì)設(shè)計(jì)

　　l 視頻采集系統(tǒng)

　　l 智能雙光譜識(shí)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(gè)子系統(tǒng)是構(gòu)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(jī)、長(zhǎng)焦鏡頭、野外大型防護(hù)罩、重型數(shù)字云臺(tái)、前端傳輸網(wǎng)絡(luò)等。

　　森林防火視頻采集系統(tǒng)應(yīng)具備以下要求：

　　l 全天候24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);

　　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(shí)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(shè)備具有易維護(hù)性設(shè)計(jì);在不用拆卸重型設(shè)備下山的情況下，僅對(duì)控制電路等部件進(jìn)行更換，完成重型設(shè)備的電氣故障維修、升級(jí)和保養(yǎng);

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

　　l 整機(jī)功耗低，降低供電建設(shè)費(fèi)用;

　　l 關(guān)鍵設(shè)備防護(hù)等級(jí)不得低于IP66。

　　2)智能雙光譜識(shí)別系統(tǒng)

　　智能雙光譜識(shí)別系統(tǒng)是構(gòu)成森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)最核心的和最重要的功能，是實(shí)現(xiàn)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(shè)備自動(dòng)監(jiān)看的重要轉(zhuǎn)換。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候24小時(shí)監(jiān)測(cè)森林防火，智能設(shè)備一旦發(fā)現(xiàn)疑似煙火通過系統(tǒng)報(bào)警平臺(tái)及時(shí)為用戶提供的現(xiàn)場(chǎng)信息，讓用戶在第一時(shí)間通過智能監(jiān)控系統(tǒng)迅速判斷，并作出相關(guān)的應(yīng)急處理措施。

　　森林防火智能雙光譜識(shí)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(shí)別處理器和基于林區(qū)熱輻射探測(cè)通過不同目標(biāo)溫差實(shí)現(xiàn)林火的智能探測(cè)的紅外熱成像識(shí)別構(gòu)成。基于林區(qū)視頻監(jiān)控圖像智能分析煙火的智能煙火識(shí)別處理器可以在監(jiān)控中心通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控圖像直觀、真實(shí)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(shí)別林區(qū)的林火，且即使林區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)林火的情況也能有效的識(shí)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(huì)出現(xiàn)不能夠正確識(shí)別林火的情況存在。

　　系統(tǒng)如圖所示：

　　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(nóng)電的情況下采用市/農(nóng)電，遠(yuǎn)距離一般不建議采用市/農(nóng)電，因?yàn)檫^長(zhǎng)的電源線路導(dǎo)致到達(dá)基站時(shí)電壓較低，容易造成設(shè)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(shè)備功耗應(yīng)<100W，根據(jù)實(shí)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(shè)備的供電要求。

　　市/農(nóng)電配置說明：

　　對(duì)于基站附近有市/農(nóng)電或者要求采用市/農(nóng)電時(shí)，由于野外220V供電線路較長(zhǎng)，應(yīng)考慮預(yù)防感應(yīng)雷沖擊導(dǎo)致取電端和設(shè)備端損壞的情況，所以需要在220V供電線路2端增加三級(jí)防雷器，保障設(shè)備安全。同時(shí)長(zhǎng)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(jù)實(shí)際情況配置如下：

　　220V供電配置：2芯×2/4/6mm2鎧裝電纜+三級(jí)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(gòu)成。根據(jù)實(shí)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(dāng)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(bào)警及對(duì)講系統(tǒng)

　　森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)前端基站設(shè)備大多數(shù)安裝在無人值守的密林深處，需要考慮設(shè)備防盜的問題，對(duì)于野外森林防火監(jiān)測(cè)基站的防盜，采用安防攝像機(jī)視頻移動(dòng)偵探方式進(jìn)行自動(dòng)防盜報(bào)警，并采用雙向語音對(duì)講方式起到警告和威懾作用。

　　防盜報(bào)警系統(tǒng)工作方式為：

　　在防盜攝像機(jī)后端安裝一臺(tái)數(shù)字報(bào)警主機(jī)，根據(jù)防盜攝像機(jī)動(dòng)態(tài)攝像的圖像，設(shè)置周界保護(hù)、物品丟失等報(bào)警類型，確保前端基站的設(shè)備安全。

　　如圖所示：

　　一旦有人靠近、攀爬基塔，告警系統(tǒng)啟動(dòng)，安保攝像機(jī)錄像回傳至監(jiān)控中心并實(shí)時(shí)錄像，同時(shí)，喇叭現(xiàn)場(chǎng)播放語音警示。監(jiān)控中心接收到報(bào)警信號(hào)后，立即通過語音對(duì)講系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)喊話。

　　如圖所示：

　　上級(jí)監(jiān)控指揮中心可通過對(duì)講系統(tǒng)對(duì)本地實(shí)現(xiàn)單向?qū)χv，本地聲音可被上級(jí)單向監(jiān)聽。

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

　　可以根據(jù)林區(qū)的特殊自然環(huán)境，采用視頻移動(dòng)偵探。并配合前端報(bào)警設(shè)備聯(lián)動(dòng)智能預(yù)警監(jiān)控管理平臺(tái)。

　　(2)傳輸網(wǎng)絡(luò)選型

　　傳輸網(wǎng)路是實(shí)現(xiàn)森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)前端基站視頻圖像及各種信號(hào)傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控中心的必要的組成部分，基于森林防火監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)主要有多種方式，具體如下：

　　第一種：采用有線光纜進(jìn)行傳輸

　　第二種：方式采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸

　　第三種：方式采用運(yùn)營(yíng)商專線網(wǎng)

　　第四種：采用無線+有線結(jié)合的方式

　　對(duì)于距離較近或者已有光纜的情況下采用有線光纜或運(yùn)營(yíng)商專線網(wǎng)絡(luò)，無有線或?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)時(shí)，優(yōu)先考慮采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，這是由于森林防火監(jiān)控自身的特點(diǎn)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(shì)都比較復(fù)雜，面對(duì)復(fù)雜的地形，采用有線光纜不僅施工復(fù)雜，而且成本也非常高，沿途施工還會(huì)對(duì)植被造成破壞，是一種既破壞環(huán)境又不經(jīng)濟(jì)的一種方式，而采用無線傳輸方式以施工簡(jiǎn)便，成本低，一次性投入等優(yōu)勢(shì)，成為森林防火監(jiān)控系統(tǒng)傳輸鏈路的首選。圖像實(shí)時(shí)傳輸、清晰，傳輸頻率可選，并且可根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近、現(xiàn)場(chǎng)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(shè)中繼系統(tǒng)。

　　附近有網(wǎng)絡(luò)接入(距離<500米或兩點(diǎn)之間不可視)

　　附近有網(wǎng)絡(luò)接入(距離>500米且兩點(diǎn)之間可視)

　　較遠(yuǎn)的地方有運(yùn)營(yíng)商通訊基站

　　(3)后端監(jiān)控管理平臺(tái)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

　　后端監(jiān)控管理中心是整個(gè)森林防火監(jiān)控預(yù)警的處理中心，所有前端的視頻監(jiān)控圖像、報(bào)警信息、監(jiān)控前端基站的遠(yuǎn)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：國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)軟件、GIS管理平臺(tái)軟件、支撐軟件系統(tǒng)的硬件服務(wù)器、監(jiān)控管理PC機(jī)、報(bào)警相關(guān)的軟硬件、大屏展示系統(tǒng)及相關(guān)控制器、LED顯示屏、控制臺(tái)、綜合布線、靜電地板、防雷接地、音視頻會(huì)議系統(tǒng)等。

　　1)國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)

　　國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)對(duì)前端基站監(jiān)控視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、保存處理，以及控制和管理前端基站設(shè)備的重要核心系統(tǒng)，通過國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)配合前端煙火識(shí)別系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)疑似煙火后實(shí)現(xiàn)后端監(jiān)控管理中心自動(dòng)報(bào)警功能，在配置短信報(bào)警主機(jī)后，可以通過系統(tǒng)自動(dòng)向相關(guān)工作人員發(fā)送報(bào)警短信等。

　　國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)主要包括：聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理軟件、服務(wù)器以及其它功能附件等構(gòu)成。

　　聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)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(wù)模塊、流媒體服務(wù)模塊、電視墻管理模塊、遠(yuǎn)程管理模塊、報(bào)警管理模塊、存儲(chǔ)服務(wù)模塊、客戶端管理。應(yīng)具有以下主要功能：

　　● 多層級(jí)、多元式聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控

　　● 國(guó)泰物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)應(yīng)將不同地區(qū)、不同環(huán)境的林區(qū)監(jiān)控設(shè)備有效整合，實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控，集中式管理。

　　● 管理權(quán)限層級(jí)分明，具有多層次、管理，建立視頻監(jiān)控、報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

　　● 集成報(bào)警聯(lián)動(dòng)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于視頻分析技術(shù)的煙為智能預(yù)警技術(shù)，前端智能監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜設(shè)計(jì)防盜報(bào)警裝置，當(dāng)林區(qū)出現(xiàn)疑似火情或防盜警情，系統(tǒng)在第一時(shí)間作出響應(yīng)并報(bào)警，報(bào)警發(fā)生時(shí)，將當(dāng)前瀏覽窗口自動(dòng)切換成報(bào)警畫面。支持報(bào)警信息的接收，同時(shí)具備聲音，圖像，文字的提示，并要隨機(jī)生成報(bào)警日志，有報(bào)警自動(dòng)恢復(fù)功能;報(bào)警類別，可能包括為火情報(bào)警、防盜報(bào)警、設(shè)備故障以及其它類型的報(bào)警信息等;當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，在有GIS系統(tǒng)支持下，可自動(dòng)在屏幕上顯地圖上提示報(bào)警位置及類型。報(bào)警信息應(yīng)該和錄像數(shù)據(jù)相結(jié)合，可由報(bào)警信息檢索回放相應(yīng)的圖像錄像。

　　● 兼容性強(qiáng)，擴(kuò)展靈活

　　林業(yè)行業(yè)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)區(qū)別于其它行業(yè)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是豐富的產(chǎn)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(shè)備和輔助設(shè)備，必須考慮它們的兼容性和擴(kuò)展性，避免出現(xiàn)設(shè)備不兼容的情況，采用的設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)為系統(tǒng)的擴(kuò)展升級(jí)預(yù)留接口。

　　系統(tǒng)界面如圖所示：

　　● 監(jiān)控管理平臺(tái)軟件

　　根據(jù)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控需要管理和使用海量的監(jiān)控資源，結(jié)合行政管理架構(gòu)的特點(diǎn)，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(gòu)多級(jí)級(jí)聯(lián)形成倒置樹狀結(jié)構(gòu)。

　　從功能上可以將系統(tǒng)分解為下圖結(jié)構(gòu)：一級(jí)監(jiān)控中心，二級(jí)監(jiān)控中心，三級(jí)監(jiān)控中心，內(nèi)部用戶，社會(huì)用戶群體，外部監(jiān)控資源及內(nèi)部監(jiān)控資源。其中監(jiān)控中心是管理平臺(tái)，用戶為服務(wù)對(duì)象。