林火视频监控系统在露水河林业局的应用评估

孙立法

（吉林省露水河林业局，吉林 白山 134506）

露水河林业局地处长白山西北麓抚松县境内，总经营面积120 934 hm2，森林覆盖率95.4%，植被类型属以红松为优势树种的温带针阔混交林，且多为原始森林。施业区地势由南向北逐渐升高，中部以南比较平缓，北部山峰陡峭，沟谷纵横，平均海拔700～800 m之间。有大小山峰30多座，其中千米以上有8座，最高山峰老秃顶子1 359 m，最低点是三道砬子河与二道松花江相汇处，海拔仅369 m，气候属寒温带湿润气候区。露水河林业局建有占地182.3 hm2、全国最大的红松种子园，是吉林省重要的红松良种基地。建有国家AAAA级旅游景区——露水河国家森林公园。公园内有面积11 725 hm2、全国仅存、亚洲最大的红松母树林景观和著名的长白山红松王、连理树等旅游景点，素有“红松故乡”的美誉。2009年被国家划定为一级森林火险区，森林防火任务十分艰巨。

为加强林火监测，提高森林防火科技含量，2015年9月至2016年8月，露水河林业局累计投资772.13万元，完成了森林防火视频监控系统国家试点建设项目，先后建成视频监控前端系统7套，并于2017年7月一次性通过国家林业局专家组验收。这里就其建设和测试情况进行重点介绍。

1 林火视频监控系统建设主要内容

1.1 指挥中心建设

完成指挥中心的适应性改造229 m2；建设森林防火视频监控与预警系统1套、点位授权7点、视频管理平台1套、系统客户端3套、机柜1个、交换机1台、大屏显示系统1套（含55寸液晶拼接单元12块、图像拼接控制器1台、拼接控制软件1套、分配器1台、机柜1个、辅材1套）。

1.2 基础设施建设

将原有的人工瞭望塔进行适应性改造，使其具备视频瞭望塔的功能。改造瞭望塔7套、防雷系统7套；建设存放机柜、蓄电池的彩钢房7处。

1.3 前端监控点建设

建成森林防火远程视频监控点（前端）设备7套，含监控系统终端7套（智能烟火识别软件7套、智能烟火定位软件7套）、基站安防系统7套（定点监控摄像机、动点监控摄像机、室外红外幕帘、拾音器、警号扬声器各7套）。

1.4 信号传输系统建设

使用通信光缆和微波两种信号传输方式。选定3座瞭望塔建设3条光缆传输线路共计10.59 km。在另外4座瞭望塔建设微波设备4套、天线4对、配件4套、超五类室外屏蔽网线4套。

1.5 供电系统建设

建设太阳能供电系统7套（太阳能控制器7套、蓄电池56块）。

1.6 其他辅助设备

购置安装与之配套的服务器、机柜、蓄电池等通信设备（含太阳能电池板组件168块、汇流箱7套、电池柜7台）。

2 林火视频监控系统试运行情况评估

在项目试运行期间，露水河林业局采用明火和烟雾测试方式进行了系统初验工作，重点验证了巡航、前端监控设备控制、视频存储与点播、火情识别定位、指挥调度、常规火源处理等功能。

2.1 基本功能评估

1）外观良好。无明显机械损伤，无涂层剥落、表面锈蚀和塑料件起泡开裂情况。铭牌标志和文字字迹清晰，紧固件无松动。

2）自动巡航。可按照指定的角度和轨迹自动完成巡航报警工作。自动巡航期间可切换手动控制模式，在释放手动控制后系统可恢复自动巡航功能。

3）成像控制。支持手动调焦、手动变焦和开关透雾，并具备自动对焦功能。

4）设备控制。支持上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个方向转动的旋转控制。

5）视频存储点播。支持历史视频（报警视频）的存储与点播，显示报警视频应关联或报警的站点、时间、位置等信息。

6）多视频显示。支持多路实时视频同时显示和轮巡功能，并对火警视频优先显示。

7）防盗报警。支持对靠近前端设备人员的探知和联动语音报警。

8）常规火源处理。支持屏蔽区设置，对在屏蔽设置区域内燃放烟火等目标不再进行报警。

9）应急预案。支持森林火灾应急预案的相关内容、数据导入、修改、编制。

10）指挥调度。支持在地图上对火场进行基本标绘，显示就近扑火力量装备等资源情况和各扑火队赶往火场的最优路径。记录火灾不同阶段森林火灾信息处置单的填报内容，报表内容及格式符合LY/T 2585—2016《森林火灾信息处置规范》。

11）灾后评估。根据采集的坐标点计算受灾面积，对指定面积的林地计算因灾损失，分析受灾区域相关（林相）属性。

12）权限管理。可设置不同管理权限和操作权限，支持高级别用户抢占低级别用户操作（吉林省林业厅防火办可直接远程操控露水河林业局森林防火视频监控系统，观察实时图像）。

2.2 实战演习评估

根据实战演习测试情况，确定视频监控系统软件及硬件在测试周期内无故障发生，万公顷日误报次数为2.86次。测试报警情况具体如下：

1）烟识别。0～5 km，正确报警8次，漏报0次，最大定位误差64.3 m，最小定位误差13.6 m；0～10 km，正确报警3次，漏报0次，最大定位误差98.6 m，最小定位误差56.7 m；0～13 km，正确报警1次，漏报0次，最大定位误差86.2 m。

2）火识别。0～5 km，正确报警3次，漏报0次，最大定位误差59.3 m，最小定位误差22.7 m；5～10 km，正确报警4次，漏报0次，最大定位误差90.1 m，最小定位误差60.6 m。

2.3 使用效果评估

2.3.1 前端设备技术指标良好

镜头配备SONY图像传感器，有效像素207万PX，支持62倍12.5～775 mm变焦，光学透雾滤光。光圈支持自动和手动控制。色调、锐度、亮度、对比度和饱和度等多种参数可调。最低照度彩色模式为0.01 Lux，黑白模式为0.001 Lux。支持数字降噪、强光抑制、宽动态，信噪比≥50 dB。

镜头可360°连续旋转，俯仰角为+90°～-90°。水平键控速度0.005°/s～90°/s，水平预置点速度90°/s。垂直键控速度0.005°/s～90°/s，垂直预置点速度90°/s。设备精度为0.0038°，支持自动跟焦、3D定位、抓图功能，预置点个数2 048个，巡航扫描16条。

设备工作温度范围-40℃～70℃，湿度小于93%，防护等级为IP67，电磁兼容性符合相关规定，具备防凝露和除雪功能。＞10 km半径全区域巡航时间≤30分钟，最小识别像素7×7 PX，最大图像尺寸1 920×1 080 PX。可见光主码流分辨率及帧率为50 Hz:25 fps（1 920×1 080 PX）和60 Hz:30 fps（1 920×1 080 PX），可见光子码流分辨率及帧率为 50 Hz:25 fps（704×576 PX）和60 Hz:30 fps（704×576 PX），支持ROI编码和视频压缩、语音压缩功能。

2.3.2 系统关键环节优势明显

轴系结构。采用高精度的双向推力球轴承，使用精选的钢球和高强度、精加工的轴承环，轴承安装加有预紧力。其精度高于标准轴承P2级，径向轴承环之间装有精选的钢球，采用适当的过盈配合，这种结构设计为防火视频监测系统在火情监测中实现早发现与准确定位打下了良好基础。

基座与底座结构。进行了合理的结构设计，采用高强度铸铝配以足够的加强筋铸成，不但保证了轴承环的刚度和良好的支撑刚度及稳定性，而且有利于达到各结构配置的精度要求。这是区别其他安防监控设备、普通转台设备的关键点。

光轴调节与成像基座锁定结构。在固定高精密光学设备时，采用捆扎与底平面调节锁定方式和自成像焦平面安装与锁定方法，使系统成像清晰，为火情识别与早发现提供可靠保障。经过高低温、震动等环境变化测试，光轴调节、成像基座锁定等细节精准程度未影响到系统成像及火情识别精度。这种细节强化设计使整体设备具备了市场竞争力。

机械结构模块化。整体设备采用模块化设计，将水平轴系、垂直轴系、成像系统、基座与底座等关键组成部件模块化设计，各部件接口精准，便于加工、生产、组装、测试与设备维护。

高精度伺服控制。采用军方转化的高精度运转控制系统，电流环、电压环、位置环多种控制技术相结合，与中心轴传动系统相配合，大大提高了整体系统控制精度、烟火识别精度、系统定位精度。

2.3.3 操作及实用性能较高

一是双光谱识别。利用可见光和热成像系统实现全天候不间断的监测预警，并对烟火双目标进行识别。其中，烟目标最小识别范围对比度在5%的情况下是7×7像素，火目标最小识别范围对比度在5%的情况下是2×2像素，高于行业标准。二是0.003 8°的设备精度优于行业标准0.005°，为目标的定位精度在15 km处误差小于100 m提供了重要保障。三是球型设计可以有效降低风阻，同时设备本身为IP67防护等级，在防水和防尘方面能力优秀，并可抵御6000 V高压的感应雷，有效降低雷电带来的损害。四是太阳能供电时间达到70 h以上，可以在三个连续阴雨天的情况下正常开展工作。同时设备采用模块化设计，在线式管理。易于远程升级和维护，快速解决故障问题。

2.3.4 符合节能环保要求

在节能方面，选用的设备均为低功耗产品。如前端监控设备为前置DSP烟火识别处理方式，免去了指挥中心图像处理与烟火识别算法处理带来的设备功耗；采用球型设备，减少了抗风功耗；塔上设备采用直流供电方式，提高了电源转换效率；指挥中心采用液晶显示系统，系统中的多数设备具有休眠与唤醒功能，降低了设备用电功耗；远程升级及维护管理技术，有效降低了运维成本，体现了节能减排。

在环保方面，前端系统采用太阳能供电。选用了可再生环保能源发电方式，既节能又环保；大部分森林覆盖网络采用无线传输方式，避免了开挖破土和破坏森林植被。在模块设计与远程维护管理上，也相对减少了维护工作量。

2.3.5 存在的问题和不足

一是受林木遮挡和视频观测点距离、位置、角度及山形地势影响，在火点处于初发阶段，可燃物充分燃烧、无较大烟雾产生时，红外和可见光两种监测方式偶发未能探测到火点情况。二是昼间红外监测易受反光体干扰影响，灵敏度需要进一步提高。当系统自动监测发现火点烟雾时，小概率地出现过同步运行的红外监测功能没有探测到火点的情况。三是通过视频监控系统自动测算得到的火点坐标与实地坐标数据存在一定误差，火点坐标测报软件需不断地校准和完善。四是监控系统整体结构较为复杂，传输线路长，设备及配件较多，一旦出现问题，非专业人员难以在第一时间有效排除故障。

3 林火视频监控系统建设主要结论

智慧林业是未来林业创新发展的必由之路，核心是利用现代信息技术，建立一种智慧化发展的长效机制。森林防火视频监控系统作为我国森林防火信息化建设的重要手段之一，属国家重点支持项目。系统特有的监测预警功能，符合国家和省政府关于“构建森林灾害综合调度指挥管理平台，建立林业灾害应急管理体系，实现灾害的监测预警和应急防控全流程的智能化管理”的总体思路，具备可持续发展潜力。

露水河林业局森林防火视频监控系统投入使用，使林火监测及扑救工作实现了质的飞跃。一是建成了完备的林火监测体系，在瞭望员和护林员人工监测火情的基础上，增加了视频智能监控功能，并避免了人工测报火场位置及角度的误差。二是全天候、全过程监控观测区内的火情发生、发展以及扑救队伍实施林火扑救的情况，相关领导可以在指挥中心进行远程调度指挥，为扑火指挥决策提供便利条件。对扑灭后的火场是否复燃可进行实时观察，取代人工巡查火烧迹地，降低劳动强度。三是系统具备的森林防火准备、监测预警、扑救、灾后评估等各阶段初步管理能力，为露水河林业局森林防火预警监测工作向科学化、智能化、现代化发展奠定了坚实基础。