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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(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，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(xiàn)林區(qū)內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)煙火智能識別并自動報警，運用重型數(shù)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(xiàn)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?shù)街笓]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(wǎng)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(shù)字云臺、前端傳輸網(wǎng)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(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)控由智能設備自動監(jiān)看的重要轉換。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)全天候24小時監(jiān)測森林防火，智能設備一旦發(fā)現(xiàn)疑似煙火通過系統(tǒng)報警平臺及時為用戶提供的現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)部出現(xiàn)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(xiàn)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(nóng)電的情況下采用市/農(nóng)電，遠距離一般不建議采用市/農(nóng)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(jù)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(nóng)電配置說明：

對于基站附近有市/農(nóng)電或者要求采用市/農(nóng)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(jù)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(jù)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(shù)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(shù)字報警主機，根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(lián)動智能預警監(jiān)控管理平臺。

（２）傳輸網(wǎng)絡選型

傳輸網(wǎng)路是實現(xiàn)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?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)控預警系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)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(wǎng)絡進行傳輸

第三種：方式采用運營商專線網(wǎng)

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(wǎng)絡，無有線或專線網(wǎng)絡時，優(yōu)先考慮采用無線網(wǎng)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(jīng)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(jù)傳輸距離的遠近、現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)疑似煙火后實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理軟件、服務器以及其它功能附件等構成。

聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(xiàn)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(lián)動。

d)集成報警聯(lián)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(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)控設備和輔助設備，必須考慮它們的兼容性和擴展性，避免出現(xiàn)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(jù)多級聯(lián)網(wǎng)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(lián)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(nèi)部用戶，社會用戶群體，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，用戶為服務對象。