远程视频监控技术在森林火情预警中的作用

韩慧清，韩海军

（内蒙古自治区大青山自然保护区管理局乌兰察布分局上高台管理站，旗下营 012314）

森林火灾是生态环境最大的杀手，会直接破坏生态，给人民群众生命财产造成极大的威胁和损失，同时，森林火灾的发生具有随机性、突发性，短时间就会造成极大的损失，要保证杜绝森林火灾极其困难。全世界都在为预防、减少和控制森林火灾而努力。远程监控技术的出现以及人工智能算法的不断提高，为森林防火提供了先进的预警手段。

1 现有森林火情预警监测方法的优劣势分析

森林火灾预警系统包括地面巡护、瞭望塔监测、航空巡护、卫星监测以及远程视频监控等。

地面巡护适合小面积人工巡护，在来往人员和车辆通行，野外生产和野外用火方面有一定优势，在交通不便，人烟稀少及地形复杂的地区，则无法进行巡护。

瞭望塔监测是通过护林员登高瞭望来实现预警，优点是覆盖范围广，缺点是受气候及光线影响大，预警完全靠护林员的经验判断，而且观察员容易受到雷电及野生动物危害。

航空巡护是利用直升机或无人机进行空中监测，优点是巡护范围广，机动性强，反应迅速，缺点是费用昂贵，也不能全天候监测。

卫星遥感监测是利用人造卫星进行地面图像的分析，以达到监测火情的目的。优点是监测范围广，缺点是小范围起火不能及时预警，费用太过昂贵，对人员专业性要求高。

森林防火远程视频监控系统，是利用高清摄像头成像，红外温度检测和烟雾报警来对可观察范围内的区域进行火情预警，具有可见光和红外成像视频实时传输，360°观测起火点及时预警，GPS精确定位，费用相对低廉等优势，缺点是覆盖范围大的情况下，需要多个观测点联动，需要依托网络信号传输，以及电力供应等。

综上几种预警监测方法，远程视频预警系统结合人工巡护预警系统更适合我国国情。

2 林火远程视频监控系统的技术特点

林火远程视频监控系统由网络传输系统、监控管理指挥中心系统、电源系统、铁塔、摄像机和镜头系统、云台控制系统组成。

监控管理指挥中心是整个系统的图像显示、图像录像以及控制中心，具有远程控制功能，为指挥调度人员提供清晰的、可操作的、可录制的、可回放的现场实时高清图像。监控管理指挥中心系统还具有向上级林草部门第一时间传送的功能。

采用专用的网络视频服务器。采用一体化设计，集成了视频捕捉、视频压缩、网络传输及报警触发等功能，该视频服务器通过网络实时发送视频图像。前端采用热成像双光谱重载云台摄像机，可同时传送可见光与红外光图像，具有360°循环监控、自动调焦伸缩镜头的功能。控制中心采用专业的监视软件，并为应用程序提供接口，可以让应用程序调用、控制远程监控图像。

林业重点区域内各监视点现场布置摄像机以及灯光等辅助设施，通过视频服务器进行视频采集、编码、发送和远程控制，组成一套监视前端系统。监控点为固定监视前端，一般采用市电为主电源，UPS作为备份。

各监视前端通过网络连接监控中心的监视系统服务器，由视频监视系统软件进行集中显示和统一管理。

传输网络由计算机网络子系统负责完成。

监控系统的后端控制设备主要由图像监控系统服务器、图像存储系统、监控客户终端及监视控制软件等组成，完成现场图像接收、用户登录管理、控制信号的输出，图像的实时监控，图像录像的存储、回放、备份、恢复、检索等。

远程视频监视系统是软硬件结合的统一体。在保证硬件系统物理连通的基础上，通过软件实现应有的功能。远程监视系统软件可以对各摄像机传来的图像进行各种处理，选择权限范围内的摄像机，监视4/9/16分割、中画面或满屏画面。

3 远程视频监控系统的林火识别算法

3.1 视频烟感图像分析技术

将摄像机采集到的视频图像经过服务器上的软件处理，通过对图像中烟、火的颜色、形状、轮廓、纹理及运动特征和光谱特征等多种因素进行分析，自动判断是否发生火情，是否预警等。

3.2 红外热成像的视频分析技术

利用热成像原理，通过被动接受物体发射的红外线，在图像中计算出被测物体的温度，来判定是否发生火情及是否预警等。

3.3 两种分析技术优缺点对比

烟感分析技术在近距离监测环境下，灵敏度和识别准确率都较高，但是容易受到云雾的干扰，夜间烟雾失去颜色导致无法判定，受气候影响较大，误报率高。

红外成像技术由于是被动接受监测目标的红外热辐射，与气候条件无关，因此，能够实现全天候的监控预警，可快速识别火情，不用等到出现烟雾或火点再报警，及早将火情打早、打小。缺点是监测距离短，报警图像为黑白色，需要配合可见光图像识别。

综上所述，可以两种算法结合，以实现互补。

4 林火远程视频监控系统在森林防火中的应用

4.1 选址的要求

一般应选择林区的高地，要求视野开阔，有网络信号，以便实施远程信号传输。离电力线路近，方便取电。离地面有一定高度，防止人为或动物破坏。安装稳固，以实现图像的稳定，应该新建铁塔安装或依托现有铁塔资源加以利用。

4.2 系统选择

选用热成像双光谱重载云台摄像机，实现可见光和红外光的同时传输，同时实现360°旋转监控以及远程云台操控。算法选用烟感报警和红外温度报警相结合，提高预警准确率。

4.3 可扩展性

通过增加或减少网络桥接来实现网络监控点的增加或减少，灵活应用于各林区和管护站。

5 实际应用案例

内蒙古大青山保护区上高台管理站在保护区东端，是全保护区最大的管理站。为了进一步加强森林防火、森林草原、动植物资源的日常监测和管理，加强保护区森林资源的保护，提升森林灾害的预防和处理能力，提升林业现代化的科学管理水平，该站于2019年与中国铁塔公司乌兰察布分公司开展合作，安装了林火远程视频监控系统。依托铁塔公司现有的铁塔资源、机房、电源和网络，在铁塔顶部安装摄像头，对于现有条件不能满足的，新建9 m 角钢塔，新建防雷接地系统。利用铁塔公司机房或就近市电实现24 h 不间断供电。利用光缆或新增微波设备回传图像，通过平台分析图像实现预警、取证、定位的联动。管理站通过监控系统与人工巡护相结合的方式，加强了对火灾风险的防范，提高科学护林能力，实现了全管理站防火监控全覆盖，同时在保护野生动物方面也起到一定的作用。

5.1 监控点实际情况

上高台管理站在保护区现共有监控点7 处，其中圣水梁监控点、厂汗脑包监控点、聚宝庄监控点安装400万一体化热成像双光谱重载高清云台摄像机3台，实现360°全天候监控，可同时回传可见光与红外图像，监控范围可达5～10 km。乌兰哈达监控点、鹿场监控点、青羊圈监控点和蜈蚣带监控点安装4 台400 万一体化智能球形云台摄像机，实现360°全天候监控，可回传可见光图像，监控范围可达3～5 km。所有摄像机均可实现实时图像传输，远程云台控制，火情预警，内置GPS、北斗卫星定位模块，实现预警点精准定位。

视频监控指挥中心设在管理站，由6×60 寸彩色大屏组成电视墙，两台海康服务器进行数据处理，可轻松实现电视墙实时监控、录像回放、云台远程操控、红外温度报警、烟雾报警、报警点GPS 和北斗卫星精准定位、360°图像实时观看、监控画面随意调整、场景轮巡、事件查看、事件联动等各项功能。

5.2 实际案例

案例一：2020 年4 月19 日，林火远程监控系统巨宝庄监控点发出异常烟雾警报，大屏幕显示在远处山顶有浓烟升起，指挥人员通过预警系统内置的定位系统定位到浓烟升起位置为察右中旗境内，立刻通知察右中旗防火办，同时抽调人员和车辆、设备等力量前往支援，在各方的共同努力下，火情很快被扑灭，在火灾打早、打小方面起到了积极的作用。

案例二：2020 年5 月10 日，红召乡新地村村民康某某春耕点茬子，厂汉脑包监控点监测到烟雾和异常温度，发出报警，指挥人员马上通知管护区工作人员，及时赶往制止，点茬子的耕地紧邻山脚，坡上就是大面积天然林，有效地消除了火情隐患。

案例三：2021 年6 月12 日，监控员在视频巡护中发现乌兰哈达山上有挖掘机施工，马上汇报，指挥人员通知管护区工作人员前往制止，有效地防止了非法施工对保护区植被的破坏。

6 结语

大青山保护区上高台管理站在安装了森林防火远程监控系统后，极大地减轻了地面巡护防火工作人员的压力，发现火情预警及时报警，实现了火情打早、打小，避免了森林火灾的发生。

经过多年的实际应用，智能远程监控系统确实在森林防火中起到了重要的作用，通过该系统的使用，指挥人员可第一时间掌握火情，不仅为现场防火指挥工作提供了决策依据，更重要的是为抢险救灾争取了宝贵的时间，将火灾带来的损失降到最低，保护了国家的森林资源和人民群众的生命财产安全。