大华森林防火与林业资源综合解决方案解析
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本期导读
从林业全局出发，依托视频监控领域多年技术积累，利用红外热成像热感应技术和烟火智能检测算法，对数公里范围内的森林资源进行监测，通过智能化的森林防火预警手段，不仅可以实时监看和记录森林资源的情况；同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测，定位和报警，进一步提高林火监测的先进有效性，在实现森林防火智能化、可视化的同时，促进林业资源管理、护林员巡护及应急调度等多方面业务的融合管理，打造一体化、全方位、全天候的智慧林业方案及产品体系。
2021-07-20 15:18:58
讲师：陈老师
编辑：王嘉妮
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2020年，我国共完成人工造林和森林修复677万公顷；截至目前，全国森林面积达2.2亿公顷，森林覆盖率达23.04%，森林蓄积量175.6亿立方米。到2035年达到26%，到本世纪中叶达到世界平均水平。
随着森林防火信息系统的建设，管理方式逐渐从以前粗放式管理向信息化管理过渡，加强了对监控过程的集中管理。特别是在发生森林火灾的时候，如若得不到第一时间的处理，所造成的各种损失是难以弥补的。
因此，建设一套先进的林火监测综合管理系统，当发现火情时，进行第一时间的预警和处置，把火灾控制在较小的范围内，使损失降低到最小程度；同时，帮助森林防火部门更加方便、快捷和系统化的工作，保证国家财产安全、降低管理成本。
本期方案，从林业全局出发，依托视频监控领域多年技术积累，利用红外热成像热感应技术和烟火智能检测算法，对数公里范围内的森林资源进行监测，通过智能化的森林防火预警手段，不仅可以实时监看和记录森林资源的情况；同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测，定位和报警，进一步提高林火监测的先进有效性，在实现森林防火智能化、可视化的同时，促进林业资源管理、护林员巡护及应急调度等多方面业务的融合管理，打造一体化、全方位、全天候的智慧林业方案及产品体系。
1.建设目标
综合运用多种技术，以基础空间数据库、林业专题数据库和防火数据库为支撑，通过开发“森林防火辅助决策支持系统”和“可视化视频综合管理系统”；实现三维场景下的“灾前、灾中、灾后”全过程、全方位、一体化动态管控和决策辅助支撑平台，为森林火险检测、预警、预报、扑救、灾后评估等决策提供技术支撑和科学依据，构建智能化防火体系。
2.系统总体设计
森林防火智能可视化系统涵盖林木防盗子系统，巡护管理子系统，林火监测子系统，防盗报警子系统，无线传输子系统，存储子系统，拼接大屏子系统以及应急指挥子系统等。如下图所示, 森林防火智能可视化综合系统。
3.系统详细设计
林木防盗子系统
系统组成：辅助卡口系统前端部分由辅助卡口前端、传输系统组成。实现对监控点道路24小时的视频监视、图像传输、图像预览、录像存储、录像检索回放及管理，同时实现对机动车、非机动车和人进行图片抓拍、识别、传输、处理、分析与集中管理。
林木防盗—辅助卡口前端：前端由高清网络摄像机、镜头、护罩、光纤收发器等组成，主要是采集高清视频图像，并对其进行编码、压缩及图像上传，同时还负责完成对机动车、非机动车和人的信息采集和分类，包括车辆特征照片、车牌号码、车牌颜色等特征提取，并完成车牌信息识别、数据缓存以及压缩上传等功能。
网络传输系统：完成数据、图片的传输与交换，具体方式有以下几种：
1：自建或租赁运营商网络，自建/租用裸光纤或者带宽
2：用无线方式组网，微波等
3： EPON组网
如下图所示,为系统前端部分构成
巡护管理子系统
巡护是森林资源保护最基本、最重要的日常管理工作，是森林管理计划制定、科研监测的基础，也是林区管理人员的重要职责。
单兵移动巡护系统是将视音频信号采集、编解码以及无线传输、存储等集成于一体的小型化、便携式动态移动巡护系统。自带可独立工作的电源以保证设备方便携带、操作及可靠运行。单兵移动巡护系统拓扑结构如下图：
单兵移动巡护系统除了记录巡护员位置和巡护轨迹外，还具有以下功能：
航空巡护子系统
应用无人机于森林防火中具有使用成本低、快速部署、操纵方便、功能多样化等优势。此外，无人机系统在林区上空监测时具有快速、实时巡查的能力，尤其是在人、车无法到达的地区进行林火侦测时，无人机就显示出独特的优势。如果对其加载设备进行升级，便可执行夜航任务，能随时执行林火侦察和火场探测任务。这样就可以让消防指挥人员及时部署消防队伍，实时了解火场态势和灭火效果，对重点区域进行防范，及时扑灭明火，消灭暗火。
系统由前端采集控制系统、传输、指挥中心三部分组成。
前端采集控制系统，主要由无人机飞行平台、飞机负载、遥控器和地面站组成。
前端林火监测预警子系统
热成像红外技术和可见光优势对比分析
热红外监控范围分析
摄像机分辨率：80*60，160*120，336*256等
根据探测半径的范围，一般采用长焦电动镜头。
镜头对应的探测距离如下表所示：
防盗报警子系统
森林防火智能监测系统前端基站设备大多数安装在无人值守的密林深处，需要考虑设备防盗的问题，对于野外森林防火监测基站的防盗，采用具备智能分析功能的防盗摄像机来进行自动防盗报警，并采用双向语音对讲方式起到警告和威慑作用。
防盗报警系统工作方式为：
一旦有人靠近、攀爬基塔，告警系统启动，监控摄像机录像回传至监控中心并实时录像；同时，现场播放语音警示，监控中心接收到报警信号后，立即通过语音对讲系统对现场喊话。
上级监控指挥中心可通过对讲系统对本地实现单向对讲，本地声音可被上级单向监听。
通过远程控制软件，在监控中心远程控制前端基站的电子监控设备，可控制云台、摄像机、镜头等设备。
无线传输子系统
在采用无线网络的森林防火智能化监控系统中，由于无线微波的技术特点是在直线可视距离的范围内进行传输，所以需要将无线微波的天线架设到铁塔基站较高的位置，由于森林防火监控铁塔基站一般都处于起伏的山区内，特别是在山区内，无线微波之间很难实现直线传输到监控中心，这就需要采用无线微波中继站点，借助微波中继站将微波信号中继后在传输到监控中心。
铁塔基建子系统
森林防火智能监测系统前端基站位于林区内，四周一般都有较高的灌木林，森林防火智能监控要求的视野广、无障碍、监控角度大，尽量少设监控点，并尽可能使得每个监控点监控覆盖的森林面积最大等特点，需要采用铁塔提升到一定的高度来满足森林防火智能监控的要求，铁塔高度是由四周的灌木林高度和监视范围要求以及可见光技术的烟火识别系统的技术特点共同确定。理想的铁塔监控点高度应该是，高过四周的灌木林，摄像机水平位置能够监视到较大面积，摄像机俯仰角不易过大（±45°以内最好），因为过大的俯仰角容易导致智能烟火识别系统无法正常识别到正常的烟火。
铁塔基建是一项十分重要的项目，质量决定铁塔的使用年限，为了保证铁塔质量一般需要经过取得资质的设计单位进行设计并严格按照相关的质量标准进行修建。
铁塔基站选址原则
满足森林防火智能监控以及无线网桥传输的要求；
场地平坦，附近无高大建筑物遮挡；
地质良好，避开断层、古河道及可能塌方、滑坡的地段；选择安全的环境，避开易燃易爆的场所和粉尘及有害气体的污染源；
避开低洼地，防止雨水淹灌；
拼接大屏子系统
LCD液晶拼接电视墙系统采用超薄墙体、无缝拼接设计，配以内置信号处理模块、控制管理软件，组成一套超高亮度、超高对比度、超高分辨率、高耐用性、高稳定性、超强信号显示能力的拼接显示墙系统，支持视频、RGB、网路信号在拼接显示墙上以单屏、M×N拼接、任意开窗口、等多种方式显示，满足监控指挥中心系统各种信息的显示要求。
系统采用LED背光、高清1080P液晶拼接单元。
本项目液晶拼接电视墙LCD液晶拼接显示墙由××套46″超窄边前维护显示单元，组合方式为N×M（行×列）、RGB矩阵切换器，及大屏幕控制管理软件组成。
森林防火资源管理
森林防火资源信息管理提供对森林防火信息的维护与管理，其中包括对防火信息的添加、编辑修改、删除等操作。森林防火信息图层包括森林防火办公室，森林防火指挥部，半专业森林消防队，专业森林消防队，乡镇扑火应急队，森林防火物资储备库，林区危险及重要设施，林火远程监控点，气象预警监测点，无线电台站，大型警示牌（大型宣传牌），飞机吊桶取水点，森林防火设备设施，卫星地面站，了望台，航空灭火蓄水池，防火线，防火林带。
森林火灾报表管理
三维电子沙盘功能
三维GPS跟踪定位
系统结合GPS技术、无线通信技术（GSM/GPRS/CDMA），系统对携带了GPS终端的消防车辆和人员进行定位跟踪，实时在三维场景中更新位置信息，使森林防火扑救指挥人员了解扑火队员和车辆的位置，对其进行指挥调度。
视频监控
林火定位
系统根据前端数字云台信息及其海拔，塔高，云台水平角、俯仰角信息结合DEM数据，通过森林火灾自动识别与报警功能发现火灾后，系统可以迅速、准确地锁定火点位置，同时获得火点所在的小地名，自动计算出火点周围的危险设备设施、扑救力量（森林防火专业队、半专业队、乡镇扑火应急队等），并快速分析计算出每支扑救力量到火灾现场的最近/最佳路径，进行林火扑救的动态模拟，使扑火指挥人员就近组织扑火队伍、物资展开有效的扑救。
系统使用单个监控塔实现定位，根据DEM数据，监控塔高度，和摄像机（镜头）的水平角、俯仰角，计算摄像机视线与地面的交点。
GPS监控
结合了GPS技术、无线通信技术（GSM /GPRS /CDMA ），对携带了GPS 终端的护林人员、扑火队员和车辆进行定位跟踪、历史轨迹回放、安全报警、远程监控，实时监测其所在位置，决策者可以随时进行指挥调度。
系统的框架结构如下图所示：
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