智慧監(jiān)控系統(tǒng)在森林防火安全管理工作中的應(yīng)用研究

摘要：風(fēng)景名勝區(qū)域森林覆蓋面積廣，人流量大，亂扔煙頭等違規(guī)用火現(xiàn)象突出，景區(qū)森林防火形勢(shì)嚴(yán)峻復(fù)雜。風(fēng)景名勝區(qū)域森林防火安全管理工作中采用傳統(tǒng)的防火監(jiān)測(cè)方式存在諸多短板和隱患。智慧監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)景名勝森林區(qū)域的推廣采用，采用5G專網(wǎng)、光傳輸、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心等科學(xué)的信息化手段來(lái)強(qiáng)化景區(qū)森林防火安全管理，構(gòu)建更加安全、智慧、完善和高效的智慧化景區(qū)森林防火安全管理體系。

關(guān)鍵詞：智慧監(jiān)控系統(tǒng)；5G；云計(jì)算；景區(qū)森林防火；方案研究；效果分析

風(fēng)景名勝區(qū)域植被茂密，森林覆蓋面廣，人員流動(dòng)密集，游客吸煙等違規(guī)用火行為時(shí)有發(fā)生。隨著 5G 無(wú)線通信技術(shù)與云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展與行業(yè)應(yīng)用，景區(qū)管理部門采用現(xiàn)代化的景區(qū)森林防火微波圖像智慧監(jiān)控系統(tǒng)作為森林防火的重要信息科技手段在風(fēng)景名勝森林區(qū)域推廣采用，致力于構(gòu)建更加完善智慧化森林防火安全管理體系，有效保護(hù)景區(qū)森林植被，維護(hù)旅游運(yùn)營(yíng)安全和高質(zhì)發(fā)展。

1 景區(qū)森林防火常規(guī)安全管理現(xiàn)狀分析

風(fēng)景名勝區(qū)域傳統(tǒng)森林防火安全管理常規(guī)以地面巡護(hù)、瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)、航空巡護(hù)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方式開(kāi)展。地面巡護(hù)是景區(qū)護(hù)林員向游客口頭宣傳，現(xiàn)場(chǎng)控制違規(guī)火源，對(duì)瞭望臺(tái)觀測(cè)不到的角落開(kāi)展人工巡邏。地面巡護(hù)常因森林茂密及地形地勢(shì)崎嶇出現(xiàn)較大著火位置判定誤差；在人煙稀少、交通不便的偏遠(yuǎn)景風(fēng)山路無(wú)法進(jìn)行人工地面巡護(hù)。瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)是護(hù)林員通過(guò)瞭望臺(tái)來(lái)觀測(cè)景區(qū)森林火險(xiǎn)情況，確定火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)并報(bào)警，護(hù)林員在雷電天氣無(wú)法上塔觀察。瞭望觀測(cè)是依靠護(hù)林員的經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)、判定導(dǎo)致存在一定誤判可能。航空巡護(hù)是采用巡護(hù)飛機(jī)進(jìn)行森林火險(xiǎn)的探測(cè)和觀察。護(hù)林飛機(jī)在夜間、大風(fēng)、陰天、能見(jiàn)度較低等惡劣氣候條件下難以起飛，巡護(hù)受航線、時(shí)間的限制，觀察范圍狹小，森林火災(zāi)不易被發(fā)現(xiàn)而釀成大災(zāi)。衛(wèi)星遙感是利用低軌衛(wèi)星等方式探測(cè)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率低，需要地面配合大量的人力、物力、財(cái)力開(kāi)展核實(shí)，遙感監(jiān)測(cè)在接到熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)報(bào)告 2 小時(shí)內(nèi)應(yīng)反饋核查情況，尤其是交通不便地方的火情核實(shí)十分困難，容易延誤有利時(shí)機(jī)造成更大火災(zāi)和損失。

2 智慧監(jiān)控系統(tǒng)在景區(qū)森林防火安全管理中的需求分析

采用智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)火情，可以做到早發(fā)現(xiàn)、早處置、早消滅，及時(shí)有效地保護(hù)珍貴的森林資源，具有較高的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于森林防火來(lái)說(shuō)，建立監(jiān)測(cè)預(yù)警體系是控制和減少森林火災(zāi)損失的關(guān)鍵，開(kāi)展森林防火視頻監(jiān)測(cè)，建立和完善現(xiàn)代林業(yè)防火監(jiān)管體系，對(duì)現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展具有重要的意義^[1]。風(fēng)景名勝區(qū)森林防火智慧監(jiān)控系統(tǒng)需求如下：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠精確定位火點(diǎn)及自動(dòng)報(bào)警，智慧監(jiān)控系統(tǒng)抓取的火警圖像應(yīng)該以最快時(shí)間傳送到游客監(jiān)控指揮中心。游客監(jiān)控指揮中心管理人員通過(guò)遠(yuǎn)程操作控制云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行全方位控制、監(jiān)測(cè)觀察、分析和研判，實(shí)時(shí)監(jiān)視各監(jiān)控點(diǎn)火災(zāi)情況并發(fā)出指令。森林火災(zāi)發(fā)生后，指揮中心管理人員可以通過(guò)智慧監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)受災(zāi)面積、災(zāi)害損失、災(zāi)害原因做出相對(duì)準(zhǔn)確的分析和評(píng)估，通過(guò)大屏實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)視頻并調(diào)度處置。智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要視頻監(jiān)控和 GIS 地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，指揮中心管理人 員可在電子地圖上明確森林火災(zāi)具體位置。前端設(shè)備大多安裝在無(wú)人值守的山區(qū)環(huán)境，需要通過(guò)有效的安全防范手段對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，需要提供可靠的供電方式，要有效保證視頻監(jiān)控設(shè)備全年不間斷的持續(xù)運(yùn)行。智慧監(jiān)控系統(tǒng)需要有效的信號(hào)傳輸解決方案，前端設(shè)備抓取的監(jiān)控視頻圖像高速傳輸?shù)接慰捅O(jiān)控指揮中心，為管理人員提供決策和指令的重要依據(jù)。

3 智慧監(jiān)控系統(tǒng)在景區(qū)森林防火安全管理中的應(yīng)用方案研究

森林防火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以保護(hù)森林資源為目的，利用現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)控，兼顧森林資源,同時(shí)具有森林火災(zāi)可視指揮(會(huì)商)功能，使各級(jí)林業(yè)主管部門能直觀地了解和掌握監(jiān)控區(qū)域的森林火災(zāi)動(dòng)態(tài)，有效提高森林火災(zāi)管理水平的視頻預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)^[2]。風(fēng)景名勝區(qū)域森林防火監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、旅游運(yùn)行管控中心等幾部分組成， 借助云計(jì)算數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理和存儲(chǔ)能力處理從林區(qū)采集到的視頻信息，從而使智能攝像機(jī)成為人的眼睛，云 計(jì)算平臺(tái)成為人的大腦，為智慧景區(qū)提供系統(tǒng)化、高效、可靠的森林防火安全管理解決方案。

3.1 前端系統(tǒng)

智慧監(jiān)控前端系統(tǒng)主要以紅外熱成像攝像機(jī)為核心技術(shù)滿足風(fēng)景名勝區(qū)域森林防火日常監(jiān)控需求，同時(shí)整合地理信息系 統(tǒng)（geographic information system, GIS）、環(huán)境信息，形成景區(qū)森林防火高度集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)景區(qū)森林防火 24X7 小時(shí)、遠(yuǎn)距離在線監(jiān)視。從功能上要求必須看清五公里以外的火警目標(biāo)。前端系統(tǒng)須具備全天候的攝像機(jī)和鏡頭室外防護(hù)罩，云臺(tái)實(shí)現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)功能，攝像機(jī)安裝固定牢實(shí)，確保監(jiān)控圖像清晰、穩(wěn)定。

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

風(fēng)景名勝區(qū)智慧監(jiān)控設(shè)備點(diǎn)位優(yōu)先采用光纖傳輸解決方案，如圖 1?？梢宰赓U通信運(yùn)營(yíng)商光纜傳輸線路，包括 GPEN 技術(shù)或光纖專線，監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)備通過(guò)光纖傳輸連接到景區(qū)旅游運(yùn)行監(jiān)控中心。在光纖傳輸路由不能實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)位，可采用微波傳輸和 5G 無(wú)線接入的方式解決，監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)微波或 5G 無(wú)線接入傳輸將視頻信息數(shù)據(jù)發(fā)送到景區(qū)旅游運(yùn)行監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能監(jiān)控 點(diǎn)位的有效監(jiān)測(cè)和視頻信息高質(zhì)量適時(shí)傳輸。

3.3 供電系統(tǒng)

風(fēng)景名勝區(qū)旅游運(yùn)行監(jiān)控中心采用普通辦公用電運(yùn)行，并采用 UPS 備用電源，以保證最低 8 小時(shí)持續(xù)供電運(yùn)行。前端系統(tǒng)的供電方式根據(jù)地形條件和氣候特征可采用太陽(yáng)能及風(fēng)能，對(duì)于處于陽(yáng)光與風(fēng)力資源豐富的高原地帶的景區(qū)森林區(qū)域，可采取風(fēng)能、太陽(yáng)能儲(chǔ)能應(yīng)急供電。用于監(jiān)控點(diǎn)太陽(yáng)能的電源系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，確保前端視頻監(jiān)控設(shè)備正常運(yùn)行。

3.4 防雷接地系統(tǒng)

智慧監(jiān)控系統(tǒng)需進(jìn)行系統(tǒng)化的防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于高位支架安裝的攝像機(jī)，有遭受直擊雷的危害，需要安裝避雷針，并采用扁鋼或其他等效導(dǎo)體作為引下線，有效泄放雷擊強(qiáng)電流。避雷針的架設(shè)需要確保林區(qū)設(shè)備處于直擊雷有效防護(hù)范圍。攝像機(jī)外殼、攝像機(jī)支架及場(chǎng)地終端盒等通信設(shè)施均應(yīng)按規(guī)范要求可靠接地，接地電阻小于 6 Ω。為有效抗擊直擊雷和感應(yīng)雷，監(jiān)控設(shè)備需自身具備防雷功能外，各類可能引入雷電流的通信及電源線纜應(yīng)加裝防雷器以達(dá)到三級(jí)防雷技術(shù)要求。對(duì)于

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可采用單相電源防雷器及機(jī)架式網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器，接地電阻符合規(guī)范要求，為智慧監(jiān)控系統(tǒng)提供安全保障。

3.5 景區(qū)旅游運(yùn)行管控中心

風(fēng)景名勝區(qū)域旅游運(yùn)行管控中心由管理服務(wù)器、級(jí)聯(lián)服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、工作站、解碼設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)施組成，通過(guò)光纖線路、微波或 5G 無(wú)線接入系統(tǒng)跟監(jiān)控前端設(shè)施連接。前端監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在景區(qū)旅游運(yùn)行管控中心，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到云服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的云存儲(chǔ)設(shè)備。景區(qū)旅游運(yùn)行管控中心通過(guò)隨機(jī)調(diào)取云存儲(chǔ)服務(wù)器數(shù)據(jù)對(duì)森林火災(zāi)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行觀察、監(jiān)控、控制和指揮。平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)采取雙網(wǎng)配置，所有設(shè)備都要求冗余配置，保障云平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行。智慧監(jiān)控系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程圖像傳輸、硬盤錄像、圖像顯示、報(bào)警預(yù)警、遠(yuǎn)程控制等基本功能，可提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像^[3]。旅游運(yùn)行管控中心云平臺(tái)對(duì)前端監(jiān)控資源進(jìn)行整合，對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行集中維護(hù)和管理。

4 解決方案應(yīng)用成效分析

景風(fēng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)在某景區(qū)的推廣應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了森林防火安全管理目標(biāo)和預(yù)期功能。旅游運(yùn)行管控中心通過(guò)對(duì)所轄景區(qū)的任一攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)遙控云臺(tái)的方向和鏡頭的變倍、聚焦，及時(shí)提醒值班人員及早發(fā)現(xiàn)火情及火點(diǎn)位置，利用前端采集系統(tǒng)中的數(shù)字云臺(tái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。中心工作人員在瞭望臺(tái)通過(guò)對(duì)講設(shè)備指導(dǎo)護(hù)林員巡檢及應(yīng)急搶險(xiǎn)滅火工作，利用云計(jì)算中心平臺(tái)回放事故錄像，為事故原因分析和調(diào)查處理提供重要依據(jù)。景區(qū)智慧監(jiān)控系統(tǒng)與 GIS 系統(tǒng)相結(jié)合，規(guī)劃系統(tǒng)總體框架，設(shè)計(jì)所需各個(gè)部分的功能、性能等要求^[4]。利用電子地圖功能對(duì)景區(qū)森林火災(zāi)進(jìn)行分析預(yù)報(bào)，使森林防火安全管理實(shí)現(xiàn)可視化、生物多樣性及自然生態(tài)監(jiān)測(cè)，為智慧景區(qū)森林防火安全管理提供決策與支撐服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

旅游景區(qū)通過(guò) 5G、云計(jì)算、云存儲(chǔ)、智慧監(jiān)控系統(tǒng)和 GIS 地理信息系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)通過(guò)旅游運(yùn)行管控中心實(shí)時(shí)監(jiān)控景區(qū)森林火警情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情、迅速處置火災(zāi)。通過(guò)紅外熱成像、可見(jiàn)光攝像等智能監(jiān)控系統(tǒng)觀測(cè)森林火情，對(duì)初期火情做到早報(bào)警、早發(fā)現(xiàn)、早撲救。智慧監(jiān)控系統(tǒng)在景區(qū)森林防火安全管理中的推廣應(yīng)用能積極推動(dòng)旅游業(yè)安全、高質(zhì)量發(fā)展。

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（本文轉(zhuǎn)自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年6月期）