森林防火视频监控联网系统解决方案

森工森林防火视频监控

联网系统解决方案

一、 需求分析

目前各级护林防火部门大多采用人工了望和地面巡护的办法进行火情监测，由于林地比较分散，限于财力，难以组织大批人员进行看守，防不胜防。许多火情往往因发现不及时，耽误了扑救时间，使小火酿成大火。而采用视频监控系统监测火情，可以防止森林大火的形成，做到早发现、早消灭，实现真正意义上的打早、打小、打了，能有效地保护十分珍贵的森林资源，具有巨大的生态效益、社会效益和经济效益。可通过视频监控达到一定的防火效果。

根据目前森工集团森林防火现状，森林防火视频监控系统有如下需求:

1) 系统监控图像可在第一时间传送到省森工及各林管局、林业局指挥中心，并可以在第一时间识

别林火。

2) 当火灾发生时，能够精确定位火点位置，并能够自动产生报警。

3) 省森工及各林管局、林业局指挥中心通过观看实时监视各监控点火灾情况，并远程控制云台摄

像机进行控制。

4) 报警后，一旦火情确定，指挥扑救人员可通过大屏实时查看现场视频。

5) 林火发生后，通过系统可对受灾面积、灾害损失做出相对准确的评估。

6) 系统需支持视频和地图的结合，管理员可在地图上明确林火位置。

7) 前端系统运行需要提供一种有效的供电方式，能保证设备全年不间断的可靠运行。

8) 前端设备大多安装在无人值守的环境，需要通过有效的安全防范手对前端设备进行管理。

9) 利用有效的传输方式，能把前端监控视频传输到后台指挥中心，建立省森工—林管局（林业局）

—各级林场三级联网建构，实现立体化防控圈。

二、 系统总体设计

1. 设计思路

森工森林防火视频监控联网系统是集硬件、软件、网络于一体的联网系统，以森林防火平台软件iVMS-9830为核心，在指挥中心能够实现对各个林区防火监控系统的全方位管理。

前端视频监控点设定在林区的制高点，通过光纤传输网或微波网络与指挥中心网络点对点联接。在监测到有火灾信号时，系统会及时将前端实时画面传递到主站指挥中心。

1) 采用双光谱热成像摄像机利用热成像原理，探测林区热辐射，通过不同目标温差实时成像，

搭配了测温模块可全天候对林区扫描检测，当测得温度及温差数据符合林火特征时，系统发

生报警，及时让防火值班人员掌握林区火灾隐患，及时制定灾害扑救方案等。

2) 采用与环境信息相结合的综合监测，可以实时的了解当前监控点的风力、风向、温湿度、烟

雾等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息，满足当前森林防火的各种要求。

3) 采用与地理信息系统（GIS）相结合，实现森林资源信息的可视化化管理，可以更加有效地为

森林防火提供信息支持。

4) 采用透雾成像技术，由于森林防火监控系统安装在林区的山上，山区经常浓雾弥漫，普通的

镜头无法达到正常的监控效果，使用透雾镜头解决了山区雾大，成像难的问题。

2. 系统架构

森工森林防火视频监控联网系统由前端系统、传输网络、各级指挥中心等几个部分组成。

系统架构图

省级指挥中心部署视频监控平台软件，通过专网线路连接国家林业指挥中心、各级林管局、林业局指挥中心和各级林场分控中心。各级林管局、林业局指挥中心通过专网线路分别和省指挥中心以及各级林场分控中心连接，各级林管局、林业局指挥中心部署视频监控平台软件，实现和省级及各级林场分控中心的平台进行联网。各级林场分控中心通过专网线路连接各级林管局、林业局指挥中心，同时部署视频监控平台软件和各级林管局、林业局平台进行联网。前端系统通过光纤线路连接到各级林场分控中心，无法通过光纤线路连接的前端系统，通过微波方式连接到各级林场分控中心。

3. 前端系统

3.1. 双光谱热成像摄像机

前端系统主要以双光谱热成像摄像机为核心满足日常森林防火监控需求，同时整合信息地理系统、环境量信息等实现森林防火综合监控。适宜于远距离大范围全天候监视。可以看清8公里远的目标、室外防护罩给摄像机和镜头提供全天的防护、云台可以360°旋转，为了确保图像不抖动，摄像机的固定方式都将进行最牢固稳定的安装。

为使热成像探测火灾的准确性更高，可以搭配可见光摄像设备做为热成像火灾探测的补充，当热成像发现火灾点时，由控制人员通过可见光摄像画面进行核实，确认无误即可实现林火的准确预警。

3.2行业级热成像无人机

图5. 雄鹰系统应用示意图

在抢险救援的过程当中，无人机最高可以飞到3000米的高空占据制高点进行全局的视野监控，需要局部特写时，海康无人机支持30倍的光学变倍和12倍的数字变倍；无人机的作战半径达到10千米，可以操控无人机进行远距离作业。另外海康威视热成像无人机配备有热成像的红外镜头，可以对图像中的温度范围进行测量，并定位图像中温度最高的点，对实时掌握火场态势，以及拯救受困人员都有较大帮助。同时，海康无人机采用云台自稳定系统，解决了移动设备图像采集时图像抖动、不稳定的难题，不管机身怎么动（比如风有点大），云台始终能够保持稳定状态，从而图像也也不会出现明显的抖动。

无人机一般分为军用级、行业级、民用级。海康的无人机就是属于行业级无人机。行业级无人机优势包括如下几点：

1) 整体系统。海康行业级无人机不仅仅是一个单体无人机，而是由机体、地面站、遥控、系统平台组成的一整套解决方案，可通过标准协议（支持GB28181）无缝接入系统平台，在指挥中心可以实时查看无人机采集图传回来的现场视频。

2) 行业级服务。海康无人机行业级服务包括：专业培训、售后服务和产品保险。为客户和用户提供更好的应用保障。

3) 图像传输。海康无人机采集的视频通过数字微波340M传送到地面站，数传是采用跳频

技术，防止“截机”或者因为频带干扰造成的无人机失控。另外，无人机采集的高速视频数据流在传输的过程当中，信道调制技术采用了目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术COFDM技术，该技术可以将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输，信道的使用率非常高，并有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。因此该技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出等环境复杂信号难以传输的灾难救援现场。此外无人机传输的视频还经过了AES全加密，对视频数据进行了很好的安全保护，防止信息被截获导致泄密。

3.3环境监控报警主机

环境监控报警主机可以通过开关量接口跟红外对射连接，通过4-20mA模拟量接口、开关量接口、RS-485串口与温湿度、风速、烟感等各类传感器连接，对各种数据进行汇集，处理成数字信号，并可以提供向上的接口供指挥中心访问、管理。

3.4报警系统

考虑到双光谱热成像摄像机的价格比较昂贵，建议在每台双光谱热成像摄像机周围增设一套防盗报警系统，报警系统分别由报警主机、4个红外对射及一台高清网络球机组成。当检测到有异常行为时，报警主机将报警信息传输到后端平台，后端平台联动球机跟踪目标对象，实时放大现场画面，起到防范报警作用。

3.5供电系统

指挥中心采用普通办公用电，为防止意外停电，中心使用UPS电源，以保证最低8小时持续供电。 前端系统的供电方式主要是太阳能以及风能，采取“风光互补”方式发电，利用风能和太阳能同时供电。

太阳能供电具备以下特点：

1) 配合无线传输方式能够彻底无线化；

2) 无缆式独立供电，组件灵活、小巧，方便安装与组网；

3) 全低压直流供电方式，能源利用效率高安全性好；

4) 维护费用少造价低；

5) 传输不受距离和地形限制。

选择过程中还需要考虑太阳能蓄电池的功率，在功率不足的情况下通常结合风能发电使用，这种方式即称为“风光互补”。

3.6与林区自动气象站系统对接

视频监控系统可能需要与林区气象站系统进行对接，将气象站监测的风向、风速、温度、湿度等各种环境量数据与监视系统进行整合，以求最大程度挖掘系统潜力，最大程度提升管理品质，为客户创造最大价值。

4. 传输网络

传输网络可采用光纤传输网络，可将摄像机、镜头拍摄的现场图像实时传输到指挥中心。

无有线传输条件的前端，采用微波方式，将摄像机、镜头拍摄的现场图像实时传输到指挥中心。 森林防火监控系统具有特殊的地理环境，传输方式不可能采用有线或光缆。因此应首先考虑无线微波传输方式，无线微波传输方式施工方便，造价低廉，图像实时传输、清晰，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，可采用微波中继（图像/数据）系统。

微波是一种频率超过1GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。微波传输类似光线直线传输，是一种视距范围内的接力传输。由于微波的波长很短，因此它不能像中波那样可以沿着地球表面传输，因为地面很快就把它吸收掉了；它也不能像短波那样可以通过电离层反射传输到地面很远的地方，因为它能够穿过电离层逸入太空。由于地球表面是一个曲面，所以微波只能在视距范围内作直线传输，因此决定了两个微波站之间的传输距离不能很远，一般在50km左右，否则将不能获得较稳定的传输特性。当前使用的频率是2.45G赫兹波段（民用波段）。

5. 指挥中心

各级林场分控指挥中心可管理所辖林区的所有设备，接收由林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。

各级林管局、林业局指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。

森工省级指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。

省级指挥中心由管理服务器、流媒体服务器、视频质量诊断服务器、级联服务器、工作站、解码设备、显示设备等组成。通过专网线路和各下属林管局、林业局指挥中心、各林场分控中心连接。

三、 系统特点

4.1. 设备防雷击

系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外，对云台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施，云台护罩内对所有的信号输入线路（例如：视频线路、控制线路、网络线路、低压控制线路）全部进行了电磁屏蔽和防浪涌保护措施。

4.2. 前端防结雾

一些时节容易发生多云多雾现象，特别是秋冬时节有恰好属于防火期，属于森林火险高发时期。为了在这段时间保证图像监控系统运行的完好和图像的清晰，所以前端设备的防凝雾功能就显得越发重要了。

针对上述现象，我们对前端设备采用密封加隔离的防护措施，防护等级可达到IP67，内部集成加热模块和风扇，防护罩内部设备不会发生结雾和凝水现象。

4.3. 透雾监控功能

林区可能存在多雾天气，海康威视结合安防监控领域的视频图像透雾的特殊要求，开发了一种实时视频透雾技术。该技术基于大气光学原理，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，获得准确、自然的透雾图像。

4.4. 火情自动报警

设备利用远红外热成像设备实时探测目标环境的辐射强度，通过嵌入式DSP对辐射强度进行分析，筛选出辐射强度比较异常的点，当检测出有超出设定的热点阀值时发出报警信号，通过自动报警装置产生报警。

热成像图像

4.5. 火险预警

森林火险气象预报监测站是为了应对森林火灾易发生而进行预警测报的一套高精度数字气象站。防火气象站通过显示、记录和气象数据传输等方面进行火险预报。森林防火气象站配有一整套高性能的传感器来监视风速风向、降水、空气温度及相对湿度。还可测量土壤体积含水量、土壤温度、太阳辐射以及其它很多与森林防火相关的气象参数。

根据气象台提供的气象信息，结合GIS地理信息系统中的森林资源地理信息，利用防火预测模型，评估各地的森林防火等级，计算出火险等级最高的地区，并予关注。 指挥中心通过接入森林火险预报检测数据实现应急指挥处理。对不同等级的防火预警执行不同的防火指挥应急处理。

4.6. 火情指挥处理

指挥中心通过红外热成像仪接收到火情报警，可在指挥中心第一时间通过预案显示当前火情片区工作人员联系方式，地图显示附近水资源，扑火队、瞭望塔、避险区等信息，根据火场情况、气象信息、火点周围人力资源分布情况调度人员队伍。向火场派出人员的指挥调度，并在指挥系统的电子地图上详细记录。并记录所乘森防工具。

4.7. 火点自动定位

监控系统发现火点或热点自动报警后，利用回传的数字云台俯仰角、方位角及站点的地理位置信息（经纬度），计算出火点的具体位置。

当前端双光谱热成像摄像机发现火点时，在GIS系统中，标记出火点的相应位置，并用闪烁的方式给予提示。

4.8. 报警信息统计

系统支持报警统计功能，提供对平台报警数据的统计分析，分析的结果通过图表方式展示。支持报警统计报表时间粒度：年、月、周、日，统计对象：按报警事件、报警级别。

系统支持报警信息统一展示，提供专用报警中心，集成展示实时报警、历史报警数据，包括报警相关的视频、录像、图片信息。

四、 成功案例

5.1. 西宁南北两山绿化区“三防”智能管控项目案例

本项目规模包括热成像重载云台25台、星光级高清球机96台、手持单兵73台、动环主机9台、风光互补发电系统96套；后端包括中心存储、67寸DLP大屏、视频综合平台B20、能源iVMS-9800中心管理平台、森林防火应急指挥GIS平台等。

此项目整套系统从前端到后端应急指挥平台都采用全系列海康产品。前端热成像采用海康最新DS-8035系列重载云台，搭载100mm热成像镜头，可识别5公里2m*2m火点；自带激光测距功能可精准定位火点位置。后端应急指挥GIS平台,可实现火点定位、火场分析、火势蔓延分析、应急调度指挥、灾损评估功能，同时此系统平台还带有病虫害防治、植树造林智能管控等应用。

5.2. 大兴安岭韩家园森林防火项目案例

项目背景：

为了贯彻《国务院关于加快林业发展的决定》和《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》，坚持大兴安岭森林火险预警是森林防火工作的第一道工序，坚持“预防为主、以人为本、积极消灭”的原则，实现“打早、打小、打了的工作方针，以提高森林火灾预防为重点，以保障人民生命财产和森林资源安全为根本。此项目在2016年3月开始公开招标。

项目概述：

项目整套系统从前端到后端应急指挥平台都采用全系列海康产品，共计采用27台热成像重载云台、71套卡口单元，54对无线网桥；后端包括中心存储、55寸LCD大屏、视频综合平台B20、能源iVMS-9830中心管理平台、森林防火应急指挥GIS平台等。

项目特色：

通过项目的建设，加大瞭望监测工作力度，对雷击火高发区和高发时段，做到有火及时发现，消除火险隐患，坚决杜绝人为火发生。做到有火第一时间发现，并通过无人机侦查火场、远红外视频监控等先进科学手段运用到防扑火工作当中。