1、森林防火视频监控平台方案森林防火视频监控平台方案一、 需求分析绿色森林是地球赖以呼吸的肺，然而每年都会因自然或人为原因而引发森林火灾，烧毁大片森林。多数森林火灾都是因为小火未能及时发现、扑救，终酿成大面积火灾，造成重大损失。因此，如何及时、准确、有效地监测可能和已经发生的森林火灾，减少灾害损失，保护森林资源和野生动物，维护生态平衡，具有非常重要的意义。一.1 森林防火工作面临的挑战现在森林防火方面的工作面临着诸多挑战和困难，主要体现在一下几个方面：（1）认识滞后（2）工作任务重（3）管理难度加大（4）防火周期延长（5）防范能力差，技术手段落后（6）防火工作的系统协同性不强一.2 系统性平台化解
2、决方案的必要性（1）降低巡护成本传统的地面巡护，主要任务是宣传群众，控制人为火源，深入瞭望台观测的死角进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。（2）提高判断准确性及反应及时性现有的传统监控手段对火情的判断准确率偏低，不能在火情的较早阶段发做出判断。而且，对火情的反应速度普遍很慢，往往都是看到火势已经起来才能发现，但已经造成巨大的不可挽回的损失。（3）保护巡防人员生命安全森
3、林防火综合系统可根据防火的综合形势做出比较有效地判断，可以大大提高防火巡防人员的安全系数。（4）提升防火效率和效果综合森林防火系统平台可以有效综合利用各种信息和资源，综合化立体化运作，使防火效率和效果有效提升。（5）弥补其他技术防范措施的不足现有常见的技术手段是卫星遥感，利用各类卫星探测林火。卫星探测存在的不足是准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。当热点达到3个像素时，火已基本成灾。一些相对比较落后的森林防火手段（如：地面巡护、地面瞭望台监测等方式）将会被逐步被新的监测方式替代。（6）国家政策指引最近各级政府都推出了一系列关于森林防火的
4、政策法规，要求各切实有效提高森林防火的效率和效果，现在森林防火是广大林区各级政府的重点工作之一。建设高效地森林防火体系已成必然。二、 系统设计二.1 系统架构森林防火视频监控系统是高新技术在森林防火领域中的具体应用，系统集成光电技术、无线传输技术、智能识别、人工智能、边缘计算与控制等先进技术，将软硬件有机地结合在一起，从而组成一个完整的森林防火视频监控系统。如图1所示。图1 系统架构图森林防火视频监控系统由前端视频监控系统、前端辅助系统、传输系统、监控中心四大部分组成。（1）前端视频监控系统由高清摄像机（含长焦距雾透镜头）、野外重载云台等组成；（2）前端辅助系统包括：结构件、防雷、供电系统等；
5、（3）传输系统包括网络布线、有线传输系统与无线传输系统；（4）监控中心包括各种数据处理服务器和应用服务器，可分为区县级、地市级、省级监控中心，可灵活设置。常见的一种示意图如图2所示。图2 系统示意图二.2 功能设计系统通过布放于远端的数字摄像设备，能够实现以下主要功能：(1) 自动识别烟火(2) 定位疑似火点位置(3 )监控管理中心自动报警功能（4）上、下级联动，实现统一的综合视频监控管理。（5）病虫害及野生动物、盗砍盗伐行为等进行有效监控二.3 方案特点本方案主要有以下特点（1） 充分利用中国铁塔的站址资源优势本方案不同于其他方案的最大优势就是充分利用了既有的站址资源优势。我公司的站址分布均
6、匀，点多面广，可快速部署，且每一点位都有足够高的铁塔，稳定的电源，可靠地传输系统以及大量的日常维护队伍。采用公司的方案可以大大降低建设投资成本。可以说，森林防火项目我们具有无可替代的绝对优势。（2）险情识别率高系统配置高效地险情识别算法，可以大大提高险情识别率，降低损失。系统自动发现火点并报警。（3）定位准确系统基于通用GIS 系统，准确定位险情点，提高防火效率和效果。（4）多层级、多元式联网监控,是一个综合解决方案本方案充分利用了各类高新技术及资源优势，形成立体联动的高效防火灭火到日常管理的综合解决方案。（5）系统兼容性强，扩展方便（6）集成物联网辅助决策支持三、 解决方案三.1 前端视频监
7、控系统及辅助设施前端视频监控系统由高清晰度摄像机、长焦距雾透镜头、野外重载云台等组成，是整个系统的眼睛。三.1.1 前端系统的基本要求前端系统的基本设计要求如下：（1）监控范围大；（2）全天候监控；（3）提供有线或无线可靠传输；（4）必要时可提供风光互补供电，在无市电地方采用风光互补供电（无风阴雨天最少保证系统正常工作48小时）；（5）避雷接地安全可靠；（6）前端设备工作状态可实现中心监控。三.1.2 监控点的选择前端基站首先需要分析的是基站的选址，基站选址主要是根据林区的地形地貌结合森林防火监控预警的特点进行选址。首先摄像机应安装在森林制高点，要求视野宽、无障碍、监控范围大，尽量少设监控点，
8、并尽可能使得每个监控点监控覆盖的森林面积最大，如无法回避有死角，可增加监控点。监控点选择可以参考几个常见的原则：（1） 根据地形选址原则（2） 根据烟火识别系统特点选址原则摄像机监控范围以平视为主、俯仰为辅的原则，这就需要在选址时，对其重点监视区域要是大致符合这一原则，这样便于烟火识别。（3）根据人群活动的情况选址原则选址人群活动较为密集的地方，一般而言，人密集的地方也是容易引起事故的区域，需重点监控。对于不符合以上选址原则的山形，可以根据实际的山形进行现场实地勘察进行选址。三.1.3 摄像机及镜头作为野外森林防火监控预警系统最核心的设备就是摄像机和镜头，需要根据用户对监控图像质量需求分析摄像
9、机，根据监控的范围需要分析镜头。监控点要全天候工作，镜头应选用日夜两用型镜头，并且5KM内能看清人物活动。摄像机及镜头选择（1）摄像机按分辨率可以分为：标清D1、高清720P、全高清1080P等；（2）根据监控半径的范围，一般采用长焦电动镜头，监控半径范围及长焦镜头选择原则如下：1）3公里以内的监控范围：选择不低于200mm长焦镜头就可以满足要求；2）3-5公里的监控范围：选择不低于300mm长焦镜头；3）5-8公里的监控范围：选择不低于500mm长焦镜头；4）8公里以上的监控范围：选择不低于700mm长焦镜头。三.1.4 室外云台三.1.4.1 云台的总体特性森林防火监控预警需要采用云台实现
10、对林区资源进行大范围、大视野的监控，云台是森林防火智能化监控系统中非常重要的设备，因为森林防火的云台一般都安装在野外较高的位置，一般的普通云台在林区有风的情况下，非常容易发生抖动，从而导致监控图像抖动，对于森林防火监控预警系统需要采用重型数字云台才能满足野外森林防火监控的要求。云台要求选用螺杆传动的室外一体化云台，为了减少远距离图像的抖动，摄像机的安装也要确保牢固稳定。三.1.4.2 室外云台的部分具体要求针对森林防火监控预警系统需求的重型数字云台应具备一下特性：（1）一般自重 20kg5kg为宜，既可以防止监控图像抖动又利于野外搬运及安装；（2）载重50kg以上时，满足森林防火监控一些特殊需
11、要；（3）旋转范围：0-360方位角，俯仰角：4545，实现对林区资源大范围监控需要，转角精度应该不低于0.1度的级别，现在市场上有的精度可达0.01度。总之，精度越高控制越精准。（4）集成数字云台接口，支持远程控制云台并联动控制镜头焦距，支持实时采集云台的方位角和俯仰角以及镜头焦距等参数；（5）便于维护，适应性强。由于重型云台一般都安装在野外较高的铁塔或立杆上，搬运、安装极为不便利，所以需要重型云台等设备出现故障时，维护要尽可能便利且能够适应户外严酷的自然条件。三.1.5 前端辅助设施三.1.5.1 防护罩考虑到野外恶劣的环境，需要采用野外大型防护罩对摄像机和镜头进行保护，采用的野外大型防护
12、罩需要配有温控系统，保障摄像机和镜头能够在全天候的高低温环境下正常工作，能够支持在零下45环境下保障摄像机和镜头正常工作的保温性能。三.1.5.2 前端基站供电系统森林防火监控预警前端基站一般都位于野外，基站设备的供电是非常重要的环节，是保障前端基站设备正常工作的重要前提的条件。如果使用我公司通信基站作为防火监控基站，则电源接供给基本可以保障。但是，有时候我们的站塔不一定完全满足需求，就需另设新塔，这时候电源供应就是一个必须认真考虑的问题。大多数情况下，野外前端基站都没有市/农电接入，接入市/农电的接入点距离一般都较远，长距离的接入市/农电到前端基站不仅导致到达基站的电压非常低容易造成设备损坏
13、，而且沿途施工会对环境造成破坏，费用高昂，所以在无法复用我公司基站的情况下，野外森林防火监控预警前端基站优先考虑采用太阳能或风力供电。在基站附近无市/农电接入的情况下需要采用太阳能或者风光互补发电系统，并配备适合野外恶劣环境的电池箱，原则上设计要求满足2-3天的供电容量。三.1.5.3 防雷接地系统前端基站所处位置一般都在野外林区内，无论是针对基站铁塔还是基站上的设备，都需要考虑防雷接地的安全措施，防雷接地措施是保障前端基站设备全天候安全正常工作的重要前提，为了防止基站铁塔和基站设备雷击造成破坏，需要采用接地系统将雷击大电流迅速导入大地，从而起到保护基站的作用，针对基站铁塔需要采用避雷针保护铁
14、塔，需要采用防雷器保护基站设备的安全。避雷原则是所有设备都要安装在避雷针的保护范围之内，接地电阻不大于10欧姆，避雷与接地的自身特点是环境决定并影响避雷与接地的实际效果。三.1.5.4 防盗设施前端基站一般都处在无人值守的地方，为了预防基站设备被盗，需要考虑基站自身的防盗，前端基站防盗有多种方式，较为安全的方式是采用红外入侵探测加自动监控录像取证以及采用对讲系统进行喊话起到威慑作用。三.1.5.5 物联网辅助设施随着物联网技术的发展，尤其是LPWAN的迅速发展，基于我公司现有物联网应用平台合计数，可以充分利用公司综合业务的优势，在每个火情监测点配备一些物联网化的辅助设施，比如一个物联网化的小型
15、气象节点，来收集各个地区林区的气象数据，比如当地的风力、湿度、气温等等与火情相关的参数，从而可以进一步调整分析，让识别的精确度更高更具智能化。当感知到当地某个时刻风力比较大，气候比较干燥，易发生火情，系统就可以实时调高监测的灵敏度；而如果当地在下雨，湿度很大，不太可能发生火情，就可以暂时调低灵敏度，防止误报的发生。公司的物联网感知系统可以作为森林防火的一个辅助决策支持。这也是我公司综合业务优势体现。三.2 网络传输系统我公司可以为客户提供多网络传输方式，网络传输可根据客户需求灵活配置。三.2.1 网络传输方式概述传输网是实现森林防火系统的关键部分之一，是前端的视频图像及各种信号传输到业务网管理
16、平台的必要的组成部分，基于森林防火系统传输网有多种可能方式，具体如下：第一种：采用有线光缆进行传输第二种：方式采用无线网络进行传输，包括微波、及运营商的3/4G网络。由于森林防火视频监控系统自身的特点，前端视频监控图像数据传输方式用到光缆与有线的机会较少。因此应首先考虑无线传输方式，无线传输方式施工方便，相对灵活。三.2.2 光纤接入方式光纤传输方式充分可利用现有公司站点进行选点建设，所以选点建设时尽可能选择我公司已有站塔作为防火基站，这样可以省去了林业部门再建塔挂载设备的投资，通过共享既有站点资源，满足林业部门森林防火项目需求而快速实施，同时，也便于后期的维护与管理，实现双方资源整合与共赢。
17、如利用光纤组网建议采用MPLS-VPN方式组网。MPLS提供了电信、计算机、有线电视网络三网融合的基础，除了ATM，是目前唯一可以提供高质量的数据、语音和视频相融合的多业务传送、包交换的网络平台。因此基于MPLS技术的MPLSVPN，在灵活性、扩展性、安全性各个方面是当前技术最先进的VPN。此外，MPLSVPN提供灵活的策略控制，可以满足不同用户的特殊要求，快速实现增值服务(VAS)，在带宽价格比、性能价格比上，相比其他广域VPN也具有较大的优势。这种组网方式比较适合森林防火项目。三.2.3 无线接入方式三.2.3.1 无线接入方式的优势对于距离较近或者已有光缆的情况下采用有线光缆或运营商专线
18、网络，无有线或专线网络时，优先考虑采用无线网络传输系统 ，这是由于森林防火防盗的特点所决定，森林防火防盗感知系统基站一般都建在山区中，不同基站的地理情况以及地势都比较复杂，面对复杂的地形，采用有线光缆不仅施工复杂，而且成本也非常高，沿途施工还会对植被造成破坏，是一种既破坏环境又不经济的一种方式，而采用无线传输方式以施工简便，成本低，一次性投入等优势，成为森林防火防盗传输链路的首选。图像实时传输、清晰，传输频率可选，并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同，其功率的大小可以按要求配制，在遇障碍物阻挡的情况下，可采用架设中继系统。三.2.3.2 无线组网方式无线组网方式主要用无线网桥的方式，无
19、限制的无线网络主要有2种，一种是2.4G无线网络，一种是5.8G无线网络。由于使用2.4G无线网络设备非常多，极易造成干扰，而5.8G无线网络使用的设备较少，而且抗干扰能力强，所以建议优先考虑采用5.8G无线网络。但是在风、光供电的场合，2.4G网桥也是个不错的选择，因为2.4G的网桥系统较5.8G的功耗低。用于森林防火防盗传输链路的5.8G无线网络（网桥）系统主要包括：信号收发、增益天线、馈线、供电模块、同轴避雷器或防浪涌保护器等构成。森林防火防盗的无线传输系统不仅需要考虑设备选型情况，对于涉及到较多的无线传输点时，传输网络的路由情况也是非常重要的，在可视的情况下，优先采用已有的监控基站铁塔
20、实现无线网络的传输和中继可以节省较多费用，因为通过已有的监控基站铁塔无线网络设备可以共享铁塔、电源保障、防雷接地等，所以无线传输网络的路由规划十分重要。对于必须单独采用中继站点，建议采用立杆和配置较小功率的发电系统即可满足要求，因为单独的无线网络中继站点设备较少，功耗非常低、而且设备自重也非常轻，配置立杆和小功率发电系统就可以实现中继站点的要求。运营商的3/4G网络可以作为无线方式的一个补充。三.2.4 传输网络质量要求因为森林防火需要向监控中心传输高质量视频图像信号，所以带宽和网络质量有相当的质量要求。为了确保高清监控视频远程监控及录像的稳定性，条件允许的情况下，建议采用专用带宽线路，可根据
21、现场时间情况选择各运营商网络；在监控中心采用监控专网，网络带宽在50M以上。三.2.4.1 网络的带宽需求高清视频监控对网络的带宽需求为：视频带宽+IP包头开销。保证录像质量情况下，在高清1080p30fps视频效果的情况下，前端监控点网络带宽不小于4Mbps。三.2.4.2 端到端的时延及时延抖动网络端到端的通用时延建议为小于150ms；由于音频/视频的传输为实时的交互，因此网络的时延抖动更为至关重要，我们的建议范围为通用时延的小于50ms内。三.2.4.3 丟包率由于IP网络的不稳定性，建议网络丟包率应该在可控范围内，如1%-3%。如果网络上的丢包率过大，则会影响监控视频图像质量。三.3
22、综合视频监控管理平台三.3.1 平台概述森林防火综合视频监控管理平台是实现对前端防火防盗基站监控视频图像进行实时监控、保存处理，以及控制和管理前端基站设备的重要核心系统。通过综合视频监控管理平台配合前端林火识别系统在发现疑似烟火及被盗迹象后实现后端监控管理中心自动报警功能，系统可以与上、下级单位的系统联网，实现统一监控管理。三.3.2 平台的设计基本原则综合视频监控管理平台设计符合以下原则： （1）多层级、多元式联网监控（2）分布式监控，集中式管理。（3）管理权限层级分明，具有多层次、管理，建立视频（4）兼容性强，扩展灵活（5）便于利用公司的站址资源及综合业务优势三.3.3 平台架构视频监控管
23、理平台一般会由流媒体服务器（包括数据存储和处理）、监控平台服务、转码服务器（实现码流转换等功能）、网络设备（路由器、交换机等）、管理终端、对讲系统、大屏展示系统等部分组成。如图3所示。图3 监控管理平台架构三.3.4 平台主要功能综合视频监控管理平台和林业站用控制软件主要包含以下管理和服务功能。三.3.4.1 险情识别险情的发现和识别是系统最主要最基本的功能，系统设计需采用基于视频分析技术对前端情况做出判断。（1）系统内置险情识别算法本方案的系统内置可见光火情图像智能识别算法，可以根据烟雾情况及早发现险情。险情识别实际是一种先进的图像识别技术，用到大数据及深度学习和机器学习技术，而且这些技术还
24、在不断地飞快发展，识别准确率越来越高，发现险情的阶段越来越早。我们会不断升级系统算法，提高险情识别率是第一要务。（2）边缘算法险情识别随着边缘计算技术的发展，可以将具有足够性能且具有足够可靠性的微型处理器置于前端设备，及时处理一系列的图像分析工作。前端处理器通过险情识别算法，无需将信号传送到服务器端，就能够第一时间做出判断并告警，且在传输网络出现问题也能够自前端发出某种告警信息。需要注意的是前端处理器必须能够在恶劣环境下的工作。可以帮助客户选配具有此功能的前端视频系统。我们提供具备边缘算法的摄像设备供客户选择。（3）热成像险情识别以上的智能识别技术再结合传统的红外热成像技术，可以克服以往单纯依
25、靠热成像技术来甄别火情的弱点，可以提早、缩短发现时间，提高预警判断，才是森林防火的关键。三.3.4.2 险情定位系统的另外一个基本功能就是险情定位，主要是烟火点定位。火点必须能够实时显示，系统在收到前端烟火自动识别系统传送过来的告警信号后，森林防火综合平台就要根据火情报警进行自动运算，得到火点报警的精确地理位置，在地图中及时标注出报警火点并定位，并将林火定位结果通过大屏、指挥终端显示屏、手机等多种显示，让用户快速通过多个途径准确知道火点位置。在本系统中，火点自动定位功能是根据前端控制系统能实时采集反馈回来的云台方位角、俯仰角、镜头焦距这三个参数，根据智能监测点所在位置的经度、纬度、海拔高度，结
26、合GIS系统测算出火点的经度、纬度、海拔高度，并在GIS地图上进行标注，然后可视化展示出来。定位功能模块包括GIS系统、数据库、地图、航片或卫片、烟火点自动定位软件等，可根据实际情况进行设置。要想对险情点定位准确，使用方便，需要根据项目方要求绘制比较准确地矢量地图，且在标明详细的道路、参照物及周边资源设施等。矢量地图可以实现放大、缩小、旋转等基本操作。三.3.4.3 告警发出当林区出现疑似火情或防盗警情，系统在第一时间作出响应并报警，报警发生时，将当前浏览窗口自动切换成报警画面。基于对前端险情数据的接收和判断，自动生成声音，图像，文字的警示信息，第一时间发送到相关人员和设备。三.3.4.4 中
27、心管理功能本部分包括（1）身份认证与权限控制；（2）机构管理（3）设备的管理与监控（4）告警管理（5）控制命令管理（6）日志管理三.3.4.5 流媒体服务模块功能（1）管理各监控中心流媒体存储、转发服务（2）分发限制管理策略，包括路数、用户优先级和事件优先级等；三.3.4.6 辅助决策功能辅助决策是根据火情判断分析，火情周边保护对象、扑火资源查询、历史预警分布、气象信息查询等信息为决策者提供重要的辅助决策信息。包括：（1） 周边保护对象展示分析周边保护对象分析是指在地图上查看以火点为圆心、半径X公里（默认以圆形选区，还可以矩形、多边形选区展现）内的周边地区的重点保护对象分布情况，包括建筑物、古
28、迹、加油站、军事设施等重点保护对象。这些需要精准的矢量地图支持。（2）周边可用资源分析周边扑火资源分析是指在地图上查看以火点为圆心、半径X公里（默认以圆形选区，还可以矩形、多边形选区展现）内的周边地区扑火资源分布情况，包括灭火车辆、灭火人员、河流、灭火物资、水源等扑火资源。（3）气象监控分析从综合系统中获取温度、湿度、气压、风向、风速等气象数据，在系统中进行实时监控，为火情推演和火险等级分布提供计算依据。一般情况下我们的物联网采集数据比气象站提供的广域气象信息要更精准跟实时，这也恰恰是公司的综合物联网业务优势所在。（4）其他可植入的辅助功能本系统平台一定具备开放性兼容性，为了使系统更加高效更加
29、智能，根据实际需要植入其他辅助决策能力，比如险情发展趋势研判，资源配置优化等。三.3.4.7 远程管理（1）远程预览图像（2）远程配置与维护（3）远程控制（4）远程回放（5）远程备份（7）远程监控辅助功能三.3.4.8 兼容性管理（1）支持兼容不同厂商的编码器解码，将原来不同厂商的监控视频流解码转换成监控管理平台统一管理的视频监控流，并支持输出到电视墙和存储服务器进行存储；（2）支持兼容不同厂商的数字控制云台、电动变倍镜头的协议转换及控制三.3.4.9 存储服务存储服务支持云存储、本地存储及终端侧NVR存储等方式。（1）所有通道支持1080P/720P/4CIF/2CIF/ CIF/QCIF实
30、时编码；（2）采用云台控制协议时，可通过鼠标选定画面任意区域并进行中心缩放；（3）支持预览图像与回放图像的电子放大；（4）支持按事件查询、回放、备份录像文件；（5）支持回放时对录像场景的自定义区域进行动态分析；（6）支持多路视频同步回放；（7）支持录像文件倒放功能；（8）支持硬盘盘组管理，不同通道可设定不同的录像保存周期；（9）可对终端侧NVR等远端存储实施管理（10）支持冗余录像；（11）支持外接存储器。三.3.4.10 电视墙管理功能具备业界常规的视频上墙服务。三.3.4.11 抓拍功能包括车辆抓拍和人员抓拍，前端摄像机识别到可疑车辆和人员时应该启动抓拍功能，并将相应图片入库，或者与已有库
31、存资料比对。3.3.4.12 客户端管理后期可开发客户端，实现对平台的访问、管理和控制。三.3.4.12 统计分析功能系统需要具备一定的统计分析功能，对象包括资源、设备使用、人利分配、告警分类分时统计汇总等。这些数据统计分析功能可以促使系统发挥更大的效力，避免很多不必要的损失，并为决策提供有力的依据。四、 典型案例xx区森林火灾高风险区综合治理建设项目。项目的综合性很强，对全国开展类似项目具有明显的指导意义。四.1 建设方案公司充分利用公司的站址资源实施本项目。项目前端采用了大变倍激光变焦镜头、超远距离激光、高稳定云台设计，具备多维信息采集、光学透雾及电子防抖功能，通过运营商网络可实现端到端H.265视频信号传输。系统设计了火情识别、林区监控、道口监控、人员监控、指挥调度管理、资源管理等一系列应用能力。四.1.1 网络架构规划项目大致采用了前端摄像设备、网络传输、平台应用三级逻辑架构，前端设置了高空瞭望、林区监控、出入口监控和移动监控设备。如图4所示。图4 网络架构图四.1.2 综合服务平台功能设置综合服务平台设置了火灾应急指挥、自动监控预警、智能巡检等子系统，功能齐全，结构复杂。在实际项目中可做参考。
