五指山是海南第一高山，是海南島的象征，也是我國名山之一，擁有豐富的森林資源和濃厚的風(fēng)土民情，如何保護好這片“天然別墅”成了當(dāng)務(wù)之急。本文就如何建設(shè)一套完善的五指山市林業(yè)局森林防火及森林資源保護無線數(shù)字監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)做一個深入的闡述。

　　2009年 ，第八次全國森林資源清查工作已全面啟動，目的是為全面掌握全國和各省宏觀森林資源現(xiàn)狀與動態(tài)，客觀反映森林生態(tài)狀況。根據(jù)第七次全國森林資源清查結(jié)果，截至2008年，我國森林面積1.95億公頃，森林覆蓋率由第六次的18.21%增加到20.36%，隨著森林面積的增加，怎樣更好保護珍貴的森林資源的任務(wù)迫在眉睫，像森林防火救災(zāi)、病蟲害防治、苗木管理、智能報警、森林物資統(tǒng)計等任務(wù)由于森林的面積太大，人工作業(yè)耗費巨大的人力、物力，而利用數(shù)字化森林監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)可有效解決這些問題。

　　森林具有凈化空氣、凈化污水、降低噪聲、調(diào)節(jié)氣候、保持水土、保護農(nóng)田、生態(tài)平衡、美化環(huán)境、促使人體健康等方面的作用。五指山市作為國家重點森林保護區(qū)域，急需加快森林防火基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從而有效地保護好五指山市森林資源，更好的為海南國際旅游島的建設(shè)提供優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境。為此五指山市林業(yè)局決定建設(shè)一套五指山市林業(yè)局森林防火及森林資源保護無線數(shù)字監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括前端視頻監(jiān)控系統(tǒng)、終端監(jiān)控中心及監(jiān)控機房的建設(shè)。

　　建設(shè)目標(biāo)

　　五指山市林業(yè)局森林防火及森林資源保護無線數(shù)字監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，是在監(jiān)控前端現(xiàn)場安裝森林防火專用攝像機對重點區(qū)域進行實時監(jiān)控，通過無線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控視頻信號傳輸至二級監(jiān)控中心(即五指山市林業(yè)局監(jiān)控中心)，再由各二級監(jiān)控中心傳輸?shù)揭患壉O(jiān)控中心(即省林業(yè)局監(jiān)控中心)。每個二級監(jiān)控中心大概建設(shè)10個監(jiān)控點。該部分的錄像不僅能在二級監(jiān)控中心內(nèi)部可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、顯示、存儲，同時又可以上傳到一級監(jiān)控中心實現(xiàn)錄像的統(tǒng)一調(diào)度管理。并且該系統(tǒng)須具有夜視透霧監(jiān)控、角度數(shù)字回顯、煙火報警、火點定位、煙火蔓延分析、三維地圖模擬、短信發(fā)布、物資調(diào)度等功能。

　　系統(tǒng)功能

　　激光夜視透霧監(jiān)控

　　在森林安防監(jiān)控中，不僅要求能達到長距離、大范圍監(jiān)控到清晰圖像，而且監(jiān)控時還能不受外界條件的影響。一般的視頻監(jiān)控在白天天氣情況良好時，獲得效果清晰的視頻圖像較容易實現(xiàn)，但是在森林有霧或夜間無任何燈光時，即便使用微光夜視攝像機，也不能獲得清晰圖像，而激光夜視透霧一體機能很好解決此問題。

　　激光透霧夜視一體機由透霧攝像機、透霧鏡頭、激光照明器、一體防護罩和高精度云臺組成。其選用的要求如下：

　　1、攝像機的選用。攝像機靈敏度是激光夜視監(jiān)控的核心部分，靈敏度越好，對激光的感應(yīng)能力也越強，通常，200米以內(nèi)的激光夜視系統(tǒng)，選用0.01Lux的攝像機為佳，200米到1000米的監(jiān)控范圍應(yīng)選用0.001Lux的攝像機;1000米以上的激光夜視監(jiān)控系統(tǒng)選用0.0001Lux以下的攝像機，還要求攝像機具有透霧功能;

　　2、鏡頭的選用。鏡頭的相對口徑?jīng)Q定了鏡頭的通光能力，相對孔徑為F1.0的鏡頭的通光量是相對孔徑F2.0的鏡頭的四倍，同樣的攝像機、激光照明器，分別搭配上述兩種鏡頭，紅外作用距離相差一倍。鏡頭是否具有透霧功能在森林安防監(jiān)控中直接影響到霧天效果，在不可見光的范圍內(nèi),有一部分波長的光可以穿透霧氣,但是由于起波長不同,所以需要在鏡頭上進行處理,以達到對其聚焦的目的,同時還需要在攝像機上對DSP芯片進行特殊處理，目的將不可見光能顯示成像,由于這個不可見光沒有對應(yīng)的可見光色彩圖,所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色;

　　3、激光照明器的選用。紅外激光夜視儀采用自動光源變焦、光強整形勻化等紅外激光夜視技術(shù)，通過將高功率半導(dǎo)體激光器和專利化技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合，能夠達到最高效率的光輸出，使夜視照明距離能達到0-3000米。攝像機對808nm波長紅外光的感應(yīng)能力是915nm波長紅外光的2-4倍，所以在遠(yuǎn)距離監(jiān)控要求下，808nm波長的激光應(yīng)當(dāng)做為激光夜視監(jiān)控的重點。

　　4、高精度數(shù)字回顯云臺的選擇。森林安防監(jiān)控系統(tǒng)前端采集部分建立在高山上，野外條件惡劣，對云臺的各項指標(biāo)有嚴(yán)格的要求。云臺本身機械傳動部分要求具有良好的抗風(fēng)性能，山上雷電較多，環(huán)境惡劣，要有避雷、抗腐蝕功能。云臺擔(dān)負(fù)著定位功能，機械加工精度要求較高。在遠(yuǎn)距離監(jiān)控中，云臺的最小速度和精度直接影響監(jiān)控的效果，要求云臺的最小速度必須達到小于0.1°，否則在3-5千米處，監(jiān)控就會出現(xiàn)很多盲區(qū)。而要結(jié)合火點定位功能，云臺必須具有數(shù)字回顯的能力，并結(jié)合GIS系統(tǒng)，準(zhǔn)確計算出著火點經(jīng)緯度，并能將云臺的方位和鏡頭自動調(diào)到著火點所在預(yù)置位。

　　5、系統(tǒng)的搭配與組合。激光夜視一體機機是由激光照明器、透霧攝像機、透霧鏡頭、一體防護罩和高精度云臺組成。但是在森林安防監(jiān)控中，環(huán)境較惡劣，安裝位置多為高塔，施工難度大，單獨的某個部分的安裝非常麻煩，所以整套設(shè)備需要是智能化功能，傻瓜式操作。系統(tǒng)采用LAZ光源自動變焦功能，使鏡頭、云臺、激光同步變焦及同步實現(xiàn)預(yù)置位功能，APC光敏自動控制功能，激光開啟時自動鎖定攝像機至可感應(yīng)激光的黑白模式，只用控制鏡頭，激光的開啟、跟蹤都同步進行，大大地減少了后端操作的復(fù)雜性和難度，操作者可以用較少的時間學(xué)會;云臺、護罩間采用插拔式連接，無需接線。整個激光夜視透霧系統(tǒng)，安裝方便，操作簡單，適應(yīng)惡劣環(huán)境，專業(yè)為森林監(jiān)控而設(shè)計。[nextpage]

　　煙火報警

　　通過無線傳輸系統(tǒng)將視頻實時回傳，對監(jiān)控圖像和原始圖片進行比較，通過畫面變化，可自動分析圖像;根據(jù)煙、火的顏色和形狀進行判斷并報警，誤報率低。

　　火點定位

　　云臺回顯的角度結(jié)合GIS系統(tǒng)，可精確測算火點的經(jīng)度、緯度和海撥高度。

　　火勢蔓延分析

　　在森林防火監(jiān)控過程中，一旦著火，火勢蔓延迅速，指揮中心需要實時、精確地了解火勢情況，做出調(diào)度分析。本系統(tǒng)根據(jù)森林資源的分布數(shù)據(jù)、分布范圍、風(fēng)向、風(fēng)速、地面溫度、濕度以及當(dāng)前著火面積和范圍的動態(tài)數(shù)據(jù)，實時動態(tài)估算蔓延火勢，對火燒地區(qū)的摧毀時間性，預(yù)測火勢蔓延的方向、火場面積、火場邊界、火勢蔓延速度。結(jié)合現(xiàn)場人員攜帶的定位終端、林管通或移動單兵等設(shè)備發(fā)回的圖像和數(shù)據(jù)，動態(tài)分析、調(diào)整和改進林火蔓延預(yù)測的準(zhǔn)確度。

　　應(yīng)急指揮管理軟件

　　火情發(fā)生時，中控中心需了解整個林區(qū)概況，針對具體情況做出決策和下達命令，管理由人為操作升級為智能化操作。

　　在GIS滅火指揮管理平臺上，接入多個監(jiān)控視頻圖像、實現(xiàn)多個監(jiān)視點視頻圖像的切換以及實現(xiàn)多個煙火火點的自動定位，動態(tài)分析計算滅火指揮中最佳的路徑和著火點附近的物質(zhì)配備，可預(yù)先制定各種情形下的應(yīng)急指揮管理預(yù)案和針對現(xiàn)場指揮管理中的特殊情況，制作相應(yīng)的緊急防火指揮管理預(yù)案，并提供多方會商和輔助決策建議?？梢詫崿F(xiàn)自動跟蹤和顯示火點位置、變化軌跡;綜合預(yù)測并顯示火點的變化趨勢。正確評估和判斷當(dāng)前形勢。

　　三維地圖模擬

　　森林防火監(jiān)控指揮管理是針對林區(qū)火情、林區(qū)地勢、林木、人員及設(shè)施分布的動態(tài)場景進行的分析、判斷和組織調(diào)動等一系列活動，在森林防火監(jiān)控指揮管理中，實現(xiàn)“平面”的二維場景與形象、生動和逼真的“立體”三維場景相結(jié)合，將有助于森林防火監(jiān)控指揮管理的動態(tài)分析和判斷，有利于明顯改善和提升森林防火監(jiān)控指揮管理的整體效果。

　　短信發(fā)布

　　指揮中心和前端巡山人員或撲火人員之間進行短信編輯、人員編組、通信號碼編組、修改和存儲等管理功能，隨時將最新情況相互了解，達到統(tǒng)一管理的目的。[nextpage]

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)前端圖像采集專用設(shè)備

　　前端視頻采集系統(tǒng)采用超遠(yuǎn)程透霧監(jiān)控及激光夜視設(shè)備，而日夜型長焦透霧鏡頭的使用，使得監(jiān)控半徑達到10公里左右，能在至少十公里范圍內(nèi)識別煙火。透霧技術(shù)的使用，可以使得在薄霧天氣依然能夠透過霧氣，監(jiān)控到霧水后面的畫面，并有深化云煙的功能，有效解決了有霧天氣條件下的觀測和林火的識別。激光夜視系統(tǒng)的使用，使得在夜晚完全無光照條件下依然可以觀測到1.5公里的范圍，防止犯罪分子趁夜間進行毀林等違法行為，同時云臺的自動巡視功能和高精度定位，有效的保證各個重點觀測地區(qū)的監(jiān)控需求。

　　前端圖像編碼專用設(shè)備

　　視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)：H.264，視頻處理芯片：DSP處理器。每路最高支持4CIF的解碼輸出，同時支持DCIF、2CIF、CIF、QCIF， 視頻輸入源為網(wǎng)絡(luò)實時壓縮碼流專為大型電視墻監(jiān)控系統(tǒng)部署與管理而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)解碼器，具有功能強大的解碼引擎，一臺設(shè)備支持多路解碼，減少部署成本。

　　風(fēng)光互補供電系統(tǒng)

　　風(fēng)光互補發(fā)電機組是回歸自然又保護環(huán)境最理想和成熟的電源設(shè)備，尤其適用于風(fēng)力和陽光資源豐富的森林、草原、海島、沙漠、山區(qū)、林場等無電或缺電區(qū)域。

　　風(fēng)光互補發(fā)電機組是以風(fēng)力和陽光為能源來源，通過風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板將風(fēng)能、太陽能轉(zhuǎn)化成電能，風(fēng)光互補發(fā)電機組在給儲能設(shè)備充電的同時，經(jīng)過電源控制系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的DC24V，供給用電設(shè)備使用。多余的電能儲存在蓄電池組中，保證系統(tǒng)在夜間和陰雨天正常使用。

　　風(fēng)光互補發(fā)電機組采用現(xiàn)代高新技術(shù)，實現(xiàn)了全自動與多功能智能化，體現(xiàn)了大功率、高可靠、風(fēng)光互補，真正實現(xiàn)了24小時不間斷供電。

　　風(fēng)光互補發(fā)電特點

　　1、綠色環(huán)保。全部能量取自大自然，運行過程中無噪音和污染排放。采用高能膠體蓄電池儲能，無酸液和酸霧外溢，可在室外安全使用。

　　2、持續(xù)可靠供電。機組配置合理、功率大，高效率的太陽能電池組，新穎的六葉型風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)光互補發(fā)電，真正實現(xiàn)了24小時不間斷供電。

　　3、全自動智能化。逆變控制器采用微電腦芯片、無干擾、高可靠，全自動數(shù)字化控制，運行無需管理人員值守。

　　4、安全可靠。控制器設(shè)有過載、短路、風(fēng)機超速、機器過熱、低壓放電、高壓充電、充電飽和等多重保護功能，一般故障自動恢復(fù)，正常使用無需維修。

　　5、使用壽命長。太陽能電池板設(shè)計壽命25年，風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計壽命20年，膠體蓄電池設(shè)計壽命5年，一次性購入，不需再購買其它能源，可長久無費用使用。

　　發(fā)電系統(tǒng)各部分容量的合理配置對保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。一般來說，系統(tǒng)配置應(yīng)考慮以下幾方面因素。

　　· 用電負(fù)荷：發(fā)電系統(tǒng)是為滿足用戶的用電要求而設(shè)計的，要為用戶提供可靠的電力，就必須認(rèn)真分析用戶的用電負(fù)荷情況，主要是了解用戶的最大用電負(fù)荷和平均日用電量。最大用電負(fù)荷是選擇系統(tǒng)逆變器容量的依據(jù)，而平均日發(fā)電量則是選擇風(fēng)機及光電板容量和蓄電池組容量的依據(jù);

　　· 太陽能和風(fēng)能的資源狀況：項目實施地的太陽能和風(fēng)能的資源狀況是系統(tǒng)電池板和風(fēng)機容量選擇的另一個依據(jù)，一般根據(jù)資源狀況來確定光電板和風(fēng)機的容量系數(shù)，再按用戶的日用電量確定容量的前提下再考慮光電容量系數(shù)，最后決定電池板和風(fēng)機的容量。[nextpage]

　　前端防雷系統(tǒng)

　　監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻畫面采集系統(tǒng)設(shè)備、終端控制機顯示系統(tǒng)設(shè)備以及傳輸系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)大部分都屬于弱電系統(tǒng)范疇，對于電荷的感應(yīng)相當(dāng)靈敏，如果發(fā)生雷擊，傳輸線路感應(yīng)到雷電磁場產(chǎn)生過電壓，可高達幾千伏，而高電壓會對系統(tǒng)內(nèi)部的元器件造成嚴(yán)重的損害。

　　此防雷包含微波系統(tǒng)防雷和電源防雷。微波系統(tǒng)防雷主要是在發(fā)射機和天線之間串接避雷器，以避免來自天線的雷擊，起到保護微波發(fā)射機的目的。電源防雷主要是為了避免電源線引入的浪涌襲擊。根據(jù)我們的經(jīng)驗，電源系統(tǒng)和微波系統(tǒng)是野外監(jiān)控遭受雷擊最為薄弱的環(huán)節(jié)，如果電源系統(tǒng)遭受損壞，其它設(shè)備將都無法工作，因此作好電源防雷是重中之重。

　　電源防雷的關(guān)鍵是做好接地，而森林防火監(jiān)控的攝像機往往置于高山之上，接地很難作好，所以要根據(jù)具體地形，因地制宜。最基本的做法是，在建設(shè)安裝支架或鐵塔時，同時作一個埋地的鐵絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，直徑約為10米，該鐵絲網(wǎng)的形狀類似蜘蛛網(wǎng)形式，埋地深度約1米并在四周鋪上木炭，以提高導(dǎo)電率，降低電阻值。

　　無線傳輸系統(tǒng)

　　森林監(jiān)控點位多選為人跡罕見，無電無線的山頭制高點，傳輸方式采用有線或光纖，線路鋪設(shè)難度較大，因此最理想的方式就是無線傳輸。無線傳輸方式以施工簡便、成本低、一次性投入等優(yōu)勢，無疑成為遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)氖走x。其圖像實時傳輸、清晰，傳輸頻率可選，并且可根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近、現(xiàn)場自然條件的不同，其功率的大小可以按要求配置，在遇障礙物阻擋的情況下，可采用架設(shè)中繼(圖像/數(shù)據(jù))系統(tǒng)。無線傳輸?shù)娜轿蛔詣訏哳l功能，可自動檢測周圍無線環(huán)境中通道的干擾情況，快速選擇最佳信道。

　　微型氣象站

　　森林火險氣象預(yù)報監(jiān)測站是為了我國應(yīng)對森林火災(zāi)易發(fā)生而進行預(yù)警測報的一套高精度數(shù)字氣象站，它以其多功能和可靠性著稱，而我們使用的防火氣象站具有顯示、記錄和氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃阅?，才能適用火險預(yù)報。此防火氣象站配有一整套高性能的傳感器來監(jiān)視風(fēng)速風(fēng)向、降水、空氣溫度及相對濕度，還可測量土壤體積含水量、土壤溫度、太陽輻射以及其它很多與森林防火相關(guān)的氣象參數(shù)。

　　林火識別軟件

　　林火識別系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程云臺攝像，對所監(jiān)測到回傳的圖像數(shù)據(jù)進行分析，通過圖像處理，將所拍攝到的森林背景圖像與火災(zāi)、煙霧的光譜特征進行比較，分析識別火苗，判斷識別信息，如識別為火情，則給系統(tǒng)報警，傳回云臺所處的狀態(tài)，將位置信息以水平俯仰角的角度數(shù)發(fā)送到森林防火指揮決策系統(tǒng)，系統(tǒng)將在電子地圖上顯示報警位置信息，并把電子地圖監(jiān)測的范圍打開。該系統(tǒng)具有云臺碼流采集、林火圖像識別、報警和交互確認(rèn)、林火定位、云臺姿態(tài)校正等功能。[nextpage]

　　視頻監(jiān)控平臺及顯示系統(tǒng)

　　后端監(jiān)控平臺管理系統(tǒng)，可實時的錄像、回放、切換、調(diào)用、觀看視頻監(jiān)控畫面，所有森林安防監(jiān)控信號，聯(lián)網(wǎng)全國林業(yè)局。不同網(wǎng)絡(luò)分控計算機可以同時進行操作，所有操作界面相同，信息一致，且信息實時通過網(wǎng)絡(luò)更新，排除因不同分控計算機同時操作大屏幕而引起的誤操作。優(yōu)先級控制和權(quán)限控制：在提供網(wǎng)絡(luò)控制功能、增強系統(tǒng)控制靈活性的同時，考慮到系統(tǒng)的安全性，防止非法操作和誤操作，系統(tǒng)提供完善的優(yōu)先級和權(quán)限控制功能，對于不同級別的操作員，提供不同的控制功能，無法進行越權(quán)操作，對于擁有某種控制權(quán)限的操作員，可以在網(wǎng)絡(luò)上的任意一臺計算機上輸入自己的控制密碼，便可以完成相應(yīng)的控制，不受計算機位置、配置的限制。直觀、圖形化的全中文集成操作界面：在統(tǒng)一的圖形操作界面下，通過簡單的鼠標(biāo)操作，便可以完成對集成系統(tǒng)中各項參數(shù)、預(yù)案的設(shè)置、調(diào)用，用戶只需要關(guān)心最終的顯示效果，而無需關(guān)心中間的視頻切換過程、投影單元切換過程等繁雜的工作。

　　結(jié)語

　　五指山市森林防火及林業(yè)資源保護無線數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的成功建設(shè)，在全國范圍內(nèi)是一個典型案例，此系統(tǒng)不同于普通的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)。在普通監(jiān)控的基礎(chǔ)上，加入煙火識別報警系統(tǒng)，通過監(jiān)控圖像，系統(tǒng)自動識別煙火并進行報警，并結(jié)合GIS系統(tǒng)，可成功將火點定位，進而及時調(diào)度撲火分隊、線路、救火物資的分配，可及時迅速的進行火災(zāi)撲滅，從而減少經(jīng)濟損失。另外，此系統(tǒng)還具有其它一般系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，如：林業(yè)資源動態(tài)管理、資源查詢、林地利用變化監(jiān)測管理、林地資源統(tǒng)計分析、病蟲害管理、生態(tài)林 / 公益林監(jiān)測管理、林業(yè)裝備管理、巡山系統(tǒng)、單兵系統(tǒng)。這些優(yōu)勢的結(jié)合為五指山市了解林業(yè)資源和旅游管理提供了極佳的平臺。