林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀概述

管婧杉，楊雨欣，文 鵬

（1.南京森林警察學院，江蘇 南京 210023；2.中興通訊股份有限公司固網(wǎng)南京設計開發(fā)部，江蘇 南京 210023）

森林火災是一種危害性極大的自然災害。1987年大興安嶺“5·6”特大森林火災，給我國東北林區(qū)帶來了極其嚴重的損失和破壞。為了更好地預防和處置森林火災，對其實時監(jiān)控顯得尤為重要。森林火災監(jiān)控是運用各種監(jiān)測技術，及時發(fā)現(xiàn)火情及林火情況，監(jiān)視林火發(fā)生、發(fā)展的整個過程[1]。為有效發(fā)現(xiàn)和處置森林火災，國內(nèi)外學者集成各種傳統(tǒng)監(jiān)測手段，結合最新的監(jiān)控技術，對林火監(jiān)控體系進行了深入研究。金朝對森林防火監(jiān)控體系的重要性進行了闡述[2]；吳雪瓊、覃先林等對林火監(jiān)控曾進行了分析[3]，逐步形成預測精準、防控有效的天—地—空一體化的森林火災監(jiān)測體系[4]，有效保護森林資源提供重要工具。鄧洪濤對森林火災預警監(jiān)測系統(tǒng)建設進行探討[5]；鄒全程、閆平等對我國森林火情視頻測體系建設進行了研究[6]。本文綜合林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能、在林火監(jiān)測中的地位、優(yōu)缺點等相關因子，重點論述林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，為林火監(jiān)控體系構建提供依據(jù)。

1 林火監(jiān)控研究現(xiàn)狀

林火監(jiān)控根據(jù)空間層次可分為4個層次：地面巡護、近地面監(jiān)控、航空巡查、衛(wèi)星探測。這四個層次的林火監(jiān)控措施有機結合形成了林火監(jiān)測系統(tǒng)。林火監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)火情，準確探測起火地點，確定火的大小、動向，監(jiān)測林火發(fā)生發(fā)展的全部過程。

4個層次的林火監(jiān)控措施優(yōu)缺點對比，如表1所示。

2 林火視頻監(jiān)控內(nèi)涵及功能

2.1 林火視頻監(jiān)控內(nèi)涵

視頻監(jiān)控系統(tǒng)目的是進行實時監(jiān)控，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時及時做出反應的智能監(jiān)控技術?，F(xiàn)階段，林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于可見光和熱成像，進行24小時不間斷的林火監(jiān)測，彌補了傳統(tǒng)的監(jiān)測方法的缺陷、盲點，能夠在各種天氣條件下進行森林火情監(jiān)控和報警。森林火災監(jiān)控作為發(fā)現(xiàn)林火和傳遞林火信息的措施和手段，是控制和撲滅森林火災的基礎。目前，我國已逐步將林火視頻監(jiān)控結合到林火管理中，實現(xiàn)人力資源利用最大化，森林火災撲救及時化，人員指揮調(diào)度精準化，對現(xiàn)階段的森林火災預防與撲救具有重要意義。

2.2 林火視頻監(jiān)控的特點

林火視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)在森林防火工作中發(fā)揮著舉足輕重的作用。其主要功能簡要概述如下。

1）大范圍監(jiān)測。將智能火災識別系統(tǒng)安裝在森林制高點,視野寬、無障礙、監(jiān)測面大。及時發(fā)現(xiàn)、撲滅林區(qū)的初發(fā)火情，消除火災隱患，實現(xiàn)“打早”。

2）全天候監(jiān)測。智能火災識別系統(tǒng)能實現(xiàn)全天候工作，24小時對林內(nèi)情況進行實時監(jiān)控，保障林內(nèi)防火工作，指揮中心通過遠程視頻監(jiān)測的畫面指揮調(diào)度救火,最大限度地減小火災造成的損失。

3）實時進行傳輸圖像。實時將林內(nèi)情況傳輸?shù)缴址阑鸨O(jiān)控指揮中心，森林防火管理中心能及時監(jiān)測、有效地反應。將林區(qū)火情實況、林火的整個發(fā)生、發(fā)展直到消滅的過程記錄下來，供之后林火損失統(tǒng)計、制訂林火預防和治理策略時使用。

4）太陽能供電。林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要電力來提供動力，林區(qū)自然條件惡劣，地形復雜。智能火災識別系統(tǒng)利用太陽能供電系統(tǒng)供電，保障監(jiān)控前端設備的24小時不間斷用電需求。

5）避雷。視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設備的接地和避雷設施至關重要，所有設備的接地電阻均≤10歐姆[8]，都安裝在避雷針的保護范圍內(nèi)，且根據(jù)當?shù)亓謪^(qū)的具體情況進行避雷裝置的設計和安裝。

6）前端設備工作狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測前端設備地處深山,維護不便。智能火災識別系統(tǒng)大大提高了對林區(qū)內(nèi)火情的發(fā)現(xiàn)和及時處置的效率,減少了系統(tǒng)維護工作的強度和費用，降低了地面巡護工作人員的工作強度和壓力。

3 林火視頻監(jiān)控的發(fā)展概況

我國林火視頻監(jiān)控主要有三種：可見光視頻監(jiān)控系統(tǒng)、熱紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)和基于可見光和熱紅外的智能火災雙監(jiān)系統(tǒng)。

3.1 可見光視頻監(jiān)控系統(tǒng)

可見光視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測范圍廣、實時性強，具有較高對比度和分辨率，能及時提供準確的火點信息、跟蹤火災動態(tài)傳播信息，還可以幫助計算火燒跡地，評估自然災害的影響等，實現(xiàn)室內(nèi)控制被測森林區(qū)域的火災風險，能初步滿足火災監(jiān)測的要求。但當其他高溫物體向攝像頭移動或從視野外移入時，容易對其造成干擾[9]?？梢姽鈧鞲衅饕资芄庹斩群蜔熿F等因素的干擾，不能在夜間工作，在光照度不佳條件下，圖像成像質(zhì)量差，不具有全天候工作的能力。

3.2 熱紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)

熱紅外視頻監(jiān)控通過物體表面的溫度分布對林區(qū)進行監(jiān)測。由于著火點溫度遠高于環(huán)境溫度，因此，可以通過實時檢測紅外圖像來監(jiān)測高溫目標，輸出報警信息給云臺，并確定屏幕上的超高溫區(qū)域[10]?？捎糜谝归g林區(qū)監(jiān)控，紅外熱成像儀可以快速有效地探測到隱火，并精確定位和評估火災程度，找到著火點，實現(xiàn)早知道、早預防和早撲滅。但熱紅外圖像是灰度圖像,圖像分辨率低；圖像對比度低、視覺效果模糊，外部環(huán)境帶來的噪聲干擾使熱紅外圖像的質(zhì)量降低，在復雜條件下獲取準確的地表溫度數(shù)據(jù)較難。

3.3 智能火災雙監(jiān)系統(tǒng)

智能火災雙監(jiān)系統(tǒng)同時利用可見光和熱紅外視頻監(jiān)控的優(yōu)點。熱紅外監(jiān)控系統(tǒng)不依賴于外部光線，具有全天候特點，可見光圖像可以清晰判斷林火發(fā)展情況。該系統(tǒng)可以有效查找火源并及時發(fā)出聲光報警功能，熱成像監(jiān)測到高溫目標，同時可見光攝像機監(jiān)測到火源時及時報警。智能火災雙監(jiān)系統(tǒng)實現(xiàn)了林火監(jiān)測全天候作戰(zhàn)要求，傳送直觀、真實、有效的視頻圖像，自動發(fā)現(xiàn)火情，實時報警，做到火情早發(fā)現(xiàn)，早撲救，有隱患早發(fā)現(xiàn)，早消除。

森林火災突發(fā)性高、持續(xù)性強、破壞性大、處置救助困難，威脅國家和人民生命財產(chǎn)安全。我國森林防火工作的方針是預防為主，積極消滅。森林防火工作應打防結合、預防和監(jiān)控撲救并重。必須建立健全預警應急機制，做到森林防火工作早投入、早發(fā)現(xiàn)、早報告、早撲救。基于林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有多項監(jiān)控措施優(yōu)勢，彌補缺陷，對林火進行有效監(jiān)控。將視頻監(jiān)控應用到林業(yè)防火工作中來，將有效促進并推動林業(yè)持續(xù)、快速和健康發(fā)展，進一步提高森林火災的預防和撲救能力，減少森林火災，推動林火管理工作實現(xiàn)現(xiàn)代化、信息化、網(wǎng)絡化、科學化。