林區(qū)邊境用邊防人員防越界裝置實(shí)踐方案研究

曹 陽 于 凱 尹相振 叢 林 胡 倩

（東方紅林業(yè)局有限公司，黑龍江雞西 158100）

0 引言

邊防是國家之間溝通的門戶，也是保衛(wèi)祖國安全的第一道防線。東方紅林業(yè)局有限公司烏蘇里江中俄邊境地理環(huán)境與自然環(huán)境復(fù)雜，普遍監(jiān)控所使用的手段，大多依然是利用人工巡檢、望遠(yuǎn)鏡等傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)邊境監(jiān)控手段已經(jīng)較為落后，不能滿足東方紅林業(yè)局有限公司對無電無網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下無人值守視頻邊防監(jiān)控保衛(wèi)工作的實(shí)際需求。

1 林區(qū)邊境用邊防人員防越界分析

東方紅林業(yè)局有限公司烏蘇里江中俄邊境地理環(huán)境與自然環(huán)境復(fù)雜，普遍監(jiān)控所使用的手段，大多依然是利用人工巡檢、望遠(yuǎn)鏡等傳統(tǒng)方法，極有可能導(dǎo)致邊防工作疏忽，使不法分子偷入國境，影響公民及國家安全。并且該地區(qū)位于中國東北地區(qū)，森林資源豐富，但冬季氣候寒冷，人工巡邏較為困難，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)邊境監(jiān)控手段已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)實(shí)情況的發(fā)展，不能滿足東方紅林業(yè)局有限公司對無電無網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下無人值守視頻邊防監(jiān)控保衛(wèi)工作的實(shí)際需求[1]。

2 林區(qū)邊境用邊防人員防越界裝置的功能

2.1 實(shí)時(shí)控制與遠(yuǎn)程交互

防越界裝置需要具備簡潔、直觀、友好的人機(jī)交互界面，并且能夠遠(yuǎn)程控制前端監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)360°全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)需要具有不規(guī)則預(yù)警區(qū)域以及報(bào)警區(qū)域設(shè)置、預(yù)置點(diǎn)設(shè)置、前端抗干擾功能設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、自定義信息字幕疊加以及移動(dòng)全景拼接設(shè)置等功能。前端監(jiān)控站能夠支持同一時(shí)間同一監(jiān)控點(diǎn)多用戶查看功能，支持以權(quán)限為優(yōu)先級對監(jiān)控站進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。各監(jiān)控站能夠與監(jiān)控中心隨時(shí)建立聯(lián)動(dòng)，并且能夠全天候受控于監(jiān)控中心，監(jiān)控中心能夠通過地面無線傳輸系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與視頻信號的隨時(shí)接駁。前端監(jiān)控站采用數(shù)字化嵌入式視頻服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)指定通道、指定設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控。

2.2 自動(dòng)響應(yīng)與模式識別

基于本系統(tǒng)使用的地理位置，前端監(jiān)控站需要具備克服夜間以及嚴(yán)寒氣候環(huán)境的能力，具備星光級監(jiān)控功能，具備模式識別能力。首先，對模式庫進(jìn)行定義，能夠根據(jù)智能識別算法，區(qū)分出人群、動(dòng)物、地貌，對地貌以及動(dòng)物等不做反應(yīng)，對越界人群放出廣播警示。其次，系統(tǒng)還應(yīng)該具備單人、人群、人物識別算法，可以根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)監(jiān)控區(qū)內(nèi)越界人員信息，并根據(jù)不同人員入侵信息啟動(dòng)相應(yīng)級別的反應(yīng)機(jī)制，前端監(jiān)控設(shè)備需要隨著人員走向改變監(jiān)控角度的跟蹤功能。另外，系統(tǒng)還應(yīng)該具備突發(fā)信息傳輸、觸發(fā)式錄像、壓縮等功能，支持無電無網(wǎng)狀態(tài)下，信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

2.3 信息存儲(chǔ)與檢索播放

前端監(jiān)控站能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警觸發(fā)、手動(dòng)、定時(shí)等多種手段，啟動(dòng)前端監(jiān)控設(shè)備錄像與相關(guān)視頻信息的存儲(chǔ)功能。另外，將視頻信息存儲(chǔ)在監(jiān)控中心與前端監(jiān)控站的硬盤中，存儲(chǔ)時(shí)長最少為兩個(gè)月。對長期保存的視頻信息，利用專門的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)存?zhèn)浞?，而對于因?yàn)閿嚯?、斷網(wǎng)等原因?qū)е碌臒o法及時(shí)獲取的視頻信息，在能源恢復(fù)后，可以更換前端監(jiān)控站臨時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備或者人工下載更新。在相關(guān)視頻信息上傳至平臺數(shù)據(jù)庫時(shí)，需要附帶如時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備以及報(bào)警信息的相關(guān)檢索信息，并且支持視頻信息跨平臺下載，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻信息的正常播放、逐幀進(jìn)退、下載儲(chǔ)存等功能，支持多用戶同一時(shí)間點(diǎn)播同一視頻信息[2]。

2.4 授權(quán)認(rèn)證與權(quán)限管理

監(jiān)控中心和前端監(jiān)控站需要具備認(rèn)證服務(wù)器與用戶管理功能，具備接入系統(tǒng)用戶的認(rèn)證以及授權(quán)功能，具備用戶權(quán)限管理功能。用戶操作設(shè)備的權(quán)限、數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限、程序使用的權(quán)限都由用戶權(quán)限管理模塊定義，設(shè)定權(quán)限優(yōu)先級，保證高級別優(yōu)先使用。監(jiān)控中心具備查看轄區(qū)范圍內(nèi)視頻信息的權(quán)利，如需查看其他轄區(qū)的視頻信息，需進(jìn)行權(quán)限申請。另外，前端監(jiān)控站需要根據(jù)實(shí)際情況，保證多用戶控制，高級別優(yōu)先對前端監(jiān)控站進(jìn)行獨(dú)占性控制。

2.5 設(shè)備管理與環(huán)境監(jiān)測

監(jiān)控中心能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)管理與檢測，通過液晶顯示器能夠直觀看到系統(tǒng)的整體情況，并且針對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障、報(bào)警等異常狀態(tài)給出提示，對轄區(qū)范圍內(nèi)的監(jiān)控中心以及前端監(jiān)控站附近的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，包括但不限于車輛、船只、結(jié)冰、火情等情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)以及運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程查看、下載、上傳配置信息等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程養(yǎng)護(hù)。對轄區(qū)范圍內(nèi)的太陽能儲(chǔ)能供電設(shè)備、監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)電源、光伏儲(chǔ)能供電等相關(guān)能源系統(tǒng)進(jìn)行檢測，確保其運(yùn)行狀態(tài)正常[3]。

3 林區(qū)邊境用邊防人員防越界裝置的實(shí)踐應(yīng)用方案

3.1 方案內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)對黑龍江省東方紅林業(yè)局有限公司烏蘇里江中俄邊境三處越界風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行有效監(jiān)控，防止人員越界，特在該3處越界風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)建設(shè)無人值守瞭望監(jiān)控塔，搭建固定三光目紅外云臺攝像機(jī)，研究針對入侵范圍遠(yuǎn)距離人員、車輛、船只等不同熱點(diǎn)探測技術(shù)，結(jié)合三光目對目標(biāo)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，研究避除環(huán)境滋擾因素，將相關(guān)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸至后臺各應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合聯(lián)動(dòng)，如圖1所示。無人值守監(jiān)控塔的建設(shè)過程可以概括為以下幾點(diǎn)。

圖1 傳輸方案

（1）對林區(qū)邊境越界風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行隔離規(guī)劃，并對無人值守監(jiān)控塔點(diǎn)位進(jìn)行測量，根據(jù)實(shí)際戶外環(huán)境對選用設(shè)備類型進(jìn)行測量。

（2）針對越界人員、車輛、船只入侵、區(qū)域入侵、進(jìn)入/離開區(qū)域測試等行為進(jìn)行越界分析測試。

（3）針對可見光、熱成像、激光補(bǔ)光進(jìn)行各類型報(bào)警距離、監(jiān)測視角、識別靈敏度等進(jìn)行測試。

（4）入侵識別算法模塊研究與訓(xùn)練。

（5）預(yù)警中心、存儲(chǔ)中心、處置能力建設(shè)。

3.2 整體設(shè)計(jì)

在林區(qū)現(xiàn)有應(yīng)急指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加邊境巡防入侵監(jiān)測視頻聯(lián)動(dòng)，將各類入侵監(jiān)測視頻數(shù)據(jù)與應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)行整合聯(lián)動(dòng)，輔助提升林區(qū)整體指揮調(diào)度管控能力，通過聯(lián)動(dòng)技術(shù)使監(jiān)控視頻系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤，及時(shí)對監(jiān)測范圍內(nèi)的情況進(jìn)行決策指揮[4]。通過高分辨率三光目紅外重載云臺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。經(jīng)由高精度重載數(shù)字云臺、太陽能獨(dú)立供電設(shè)備、遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備整合而成，由多個(gè)前端設(shè)備監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)和指控中心聯(lián)網(wǎng)，可與應(yīng)急指揮平臺聯(lián)動(dòng)的遠(yuǎn)程邊防監(jiān)控視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

3.3 監(jiān)控探頭設(shè)計(jì)

林區(qū)用防越界裝置監(jiān)控探頭應(yīng)該考慮到作用距離、圖像質(zhì)量、視場范圍、使用壽命以及環(huán)境適應(yīng)性等[5]。本方案選用由武漢高德生產(chǎn)的三光目重載云臺攝像機(jī)，邊境監(jiān)控用光電探測器的設(shè)計(jì)主要考慮作用距離、視場范圍、圖像質(zhì)量、器件壽命、成本以及野外環(huán)境適應(yīng)性等因素。該攝像監(jiān)控探頭采用可見光、熱成像、激光補(bǔ)光三光目設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)清晰攝像?？梢姽獠捎?/1.8" CMOS圖像傳感器，總像素400W，可見光焦距15～775mm，光學(xué)變焦52倍，能夠使監(jiān)控畫面更加清晰；紅外熱成像采用焦平面探測器，探測器分辨率640×512，鏡頭焦距30～150mm，光學(xué)變焦5倍，可實(shí)現(xiàn)夜間紅外探測，彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)控中夜間監(jiān)控缺點(diǎn)，支持激光補(bǔ)光，補(bǔ)光距離3mM。另外，為了保證監(jiān)控畫面的清晰與穩(wěn)定，該監(jiān)控探頭還具備可見光支持電子防抖、透霧、除熱浪功能，降低設(shè)備周邊環(huán)境對監(jiān)控畫質(zhì)的影響，具有較強(qiáng)的抗干擾性。同時(shí)，具備雨刷功能，可支持手動(dòng)、自動(dòng)操作，解決雨水以及林區(qū)范圍內(nèi)空氣濕度導(dǎo)致攝像探頭模糊的問題，減少人工養(yǎng)護(hù)的成本。

3.4 能源設(shè)計(jì)

根據(jù)無人值守瞭望監(jiān)控塔的負(fù)載情況，并且考慮到三處越界風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)內(nèi)日照時(shí)間以及風(fēng)力資源等情況，本方案主要采用太陽能供電系統(tǒng)。采用8塊YDM-330Wp規(guī)格太陽能電池板，其工作電壓可達(dá)到36V；1臺ML4860ML4860太陽能控制器，該控制器具有電源反接、負(fù)載短路、過流、浪涌、高溫、防逆流等電氣保護(hù)功能，并且自帶LCD屏顯示功能，可以查看設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，同時(shí)可支持控制器參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置，具有防雷、防靜電、防電磁干擾等功能；選用8只6-CNJ-150太陽能蓄電池，其在-30～40℃環(huán)境下免維護(hù)連續(xù)工作3年后蓄電池容量衰減不超過20%[6]。

3.5 方案分析

方案落實(shí)后，通過實(shí)際測試，其監(jiān)控方位能夠?qū)θ吘尘€進(jìn)行無縫監(jiān)控，3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控范圍實(shí)現(xiàn)無縫對接，并且能夠清新辨別越界人員。無人值守瞭望監(jiān)控塔能夠克服惡劣天氣，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)清晰監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控塔多方協(xié)調(diào)操作。同時(shí)，該方案具備報(bào)警系統(tǒng)，能夠有效保證無人瞭望監(jiān)控塔的安全性。設(shè)備具備掉電重啟功能，能夠確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性[7]。另外，設(shè)備具備一定的可拓展性與易維護(hù)性，能夠?yàn)楹笃谛录夹g(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)升級更新提供便利。

4 結(jié)語

對于邊境林區(qū)來說，防越界問題一直是林區(qū)管理工作中的重點(diǎn)問題，一旦出現(xiàn)人員越界情況，將會(huì)給林區(qū)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅到國家安全。本文針對烏蘇里江中俄邊境3處越界風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的無人值守瞭望塔建設(shè)方案進(jìn)行探討，以保證邊防越界問題能夠得到有效控制。