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智慧林業(yè)之森林防火監(jiān)控預(yù)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(chǔ)，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(zāi)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(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，能夠?qū)ψ詣影l(fā)現(xiàn)林區(qū)內(nèi)的有火或者有煙的時(shí)候自動報(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別+紅外熱成像測溫識別智能雙光譜識別系統(tǒng)、攝像機(jī)、長焦鏡頭及后端監(jiān)測管理軟件實(shí)現(xiàn)煙火智能識別并自動報(bào)警，運(yùn)用重型數(shù)字云臺轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)火點(diǎn)自動精確定位，通過攝像機(jī)和傳輸鏈路將視頻圖像和控制信號傳輸?shù)街笓]中心進(jìn)行監(jiān)視、存儲、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)測基站、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端監(jiān)控管理平臺及輸出展示系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：

智能監(jiān)測基站詳細(xì)設(shè)計(jì)

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(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)、長焦鏡頭、野外大型防護(hù)罩、重型數(shù)字云臺、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；

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(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)警平臺及時(shí)為用戶提供的現(xiàn)場信息，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(biāo)溫差實(shí)現(xiàn)林火的智能探測的紅外熱成像識別構(gòu)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(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(yuǎn)距離一般不建議采用市/農(nóng)電，因?yàn)檫^長的電源線路導(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，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端增加三級防雷器，保障設(shè)備安全。同時(shí)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(shí)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(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，對于野外森林防火監(jiān)測基站的防盜，采用安防攝像機(jī)視頻移動偵探方式進(jìn)行自動防盜報(bào)警，并采用雙向語音對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)后端安裝一臺數(shù)字報(bào)警主機(jī)，根據(jù)防盜攝像機(jī)動態(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，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)場播放語音警示。監(jiān)控中心接收到報(bào)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(shí)現(xiàn)單向?qū)χv，本地聲音可被上級單向監(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、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，采用視頻移動偵探。并配合前端報(bào)警設(shè)備聯(lián)動智能預(yù)警監(jiān)控管理平臺。

（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)營商專線網(wǎng)

第四種：采用無線+有線結(jié)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(yùn)營商專線網(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都比較復(fù)雜，面對復(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，沿途施工還會對植被造成破壞，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(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）

（3）后端監(jiān)控管理平臺系統(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：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(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、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(shí)現(xiàn)對前端基站監(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(shí)現(xiàn)后端監(jiān)控管理中心自動報(bào)警功能，在配置短信報(bào)警主機(jī)后，可以通過系統(tǒng)自動向相關(guān)工作人員發(fā)送報(bào)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(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、存儲服務(wù)模塊、客戶端管理。應(yīng)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(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。

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

d)集成報(bào)警聯(lián)動

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。

e)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)展升級預(yù)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(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)多級級聯(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(wù)對象。