视频监控在庆阳市森林草原火灾高风险区的应用探究

赵会通，王小静，姚富海

（1.庆阳市林业和草原局，甘肃 庆阳 745000；2.甘肃省子午岭林业管理局正宁分局秦家梁林场，甘肃 正宁 745300）

依据国家森林草原火险区规划，庆阳市所辖华池县、合水县、宁县、正宁县、庆城县均属于森林火灾高风险区，同时所辖甘肃子午岭国家森林公园和周祖陵国家级森林公园均为森林火灾高危区[1]，历年来森林草原火灾火情多发频发，森林草原防火形势严峻，因此研究探索科学高效节约的视频监控防灭火方法方式意义重大。

1 庆阳市森林草原防火体系现状

1.1 日常巡护

庆阳市森林草原防灭火日常巡护工作主要由9 273 名护林防火队员进行。其中，县（区）聘请的生态护林员7 189 名、草管员1 349 名以及国有林场专职专业护林队员735 名。日常巡护方式根据个人管护区域地形地貌特点和人员身体情况，分为徒步踏查、摩托车骑行巡护、巡护小分队集中巡查及无人机巡护巡查4 种方式。人员日常巡护主要工作内容是开展森林草原防灭火知识宣传、清理可燃物、杜绝火源火种进山入林、野外违规用火；贯彻国家、省市森林草原防灭火工作精神，落实各项防火措施；及时发现报告火情并积极组织扑救等。

1.2 瞭望观测

庆阳市现有各类森林草原防火瞭望观测台、观景台、管护站点等类型观测点上万处。利用瞭望塔、台、点登高望远来发现火情，确定火场位置，并及时报告，是庆阳市林区林火监测所采取的主要方式。瞭望方式主要以肉眼为主，子午岭林区各瞭望点都配备瞭望半径可达5～8 km 的40 倍望远镜，并根据烟的态势和颜色等大致判断林火的种类和距离。

1.3 视频监测

庆阳市已建设有34 座瞭望塔（土建塔22 座，12 m铁塔12 座）、火情监控点34 处，配置了巡护半径为3～5 km 的可见光、热成像云台30 套，巡护半径8～10 km 可见光、热成像转台4 套，形成了以高点瞭望与地面巡护相结合的监测系统。

1.4 防火通讯

目前庆阳市森林草原防灭火通信设备和森林草原火灾应急指挥系统设施主要有海事卫星电话、短波电台、超短波电台、5 km 手持对讲机、手持GPS 设备、林调通等。全市以子午岭林区为重点区域，依托国家森林草原防灭火项目实施，建立了以市政府应急指挥中心、市林草局、各林管分局、各林场、各管护站点为端点的5 级通信网络体系，配备了39 部中继台、39 部基地台、260 台对讲机、便携式基站 39 套及车载台等，通信覆盖率达到80%，能够做到防火期内24 h 通信畅通。初步建立了全区有线电话、卫星电话、对讲系统为手段的通讯网络。

2 火灾视频监测存在的问题

2.1 视频监控点数量少

庆阳市林区地形多为垂直主沟的平行支沟，瞭望覆盖率低，瞭望死角和盲区多，现有34 个视频监控瞭望设施设备较为集中的布置在子午岭林区重点部位，林区瞭望塔数量不足。庆阳市林区现有135 个森林资源管护站（点），并不具备实时路口监控的功能。环县、华池重点草原火灾危险区未建设火灾视频监测设施。

2.2 视频监测覆盖面积小

庆阳市现有34 座瞭望塔与林火监控点的覆盖面积约26.67 万hm2，考虑到监控存在死角，保守估计仅能覆盖176.47 万hm2是现有林草地的15%左右，瞭望塔及监控塔的数量还远不能够满足庆阳市森林草原火灾高风险区域的林火监控需求，距离《全国森林防火规划（2016—2025）》中“重点区域火情瞭望覆盖率近期达到85%，规划期末达95%以上”的目标还远远不能达到。庆阳市地处黄土高原腹地，境内地貌地形多样，黄土丘陵沟壑区、黄土高原沟壑区、高塬平地、残塬沟壑、山头梁峁、河谷川台、山峦斜坡兼有之，海拔相对高差1 200 m 左右，各种地形交互错落，致使华池县、合水县、宁县以及正宁县不同区域内存在视频监控不能巡视的区域，瞭望死角和盲区较其他地形多，现有的瞭望站点不能保障瞭望范围和效果。

2.3 视频监测设备维护能力较弱

一是已建成的部分瞭望塔因为水文地理和维护经费短缺等因素影响，砖混瞭望塔塔身塔体有损坏，铁塔防锈层受损，塔体锈蚀情况严重；因为建设单位质保期满、设施设备运维单位更迭、日常管理人员转岗等因素，设施设备损坏不能及时维护，导致实际能够正常工作的瞭望塔和视频监控监测设备并不能起到预期的监测效果。二是已建成的庆阳市森林草原防灭火视频监控应急指挥系统软件开发功能不齐全，已设计的功能数据未能完善，系统不能及时升级，火情火灾预报模块与庆阳市森林草原防灭火实际不符，适用性不强。三是现有火险因子监测站数量少，而且建设标准不统一，数据采集报送不规范，设备设施运行维护管理不到位。以上问题严重影响了庆阳市森林草原火灾视频监测功能的正常发挥。

3 亟须建设完善的重点内容设想

3.1 预期建设目标任务

庆阳市现有森林草原火灾视频监测预警体系要满足实际防火需求，必须进一步完善林火监控系统，布设前端预警监测系统100 套，其中林火视频监控塔50 座并配套安装视频监控设备，森林卡口监控系统50 套，无人机20 架。整合信息数据，确保省、市、县级监控信号的互联互通。提高森林防火工作水平，减少一般森林火灾的发生，有效防控特大森林火灾，使森林火灾发生概率、受害森林面积和火灾造成的损失明显下降，年森林火灾受害率控制在0.9‰以内[1]。

3.2 建成预期效益

建设完成前端预警监测系统100 套、森林卡口监控系统50 套、无人机20 架后，将增加监控覆盖面积约23.33 万hm2，对现有林地的林火视频监控覆盖率增加45%，约占庆阳市重点火险林区面积的80%；逐步接近《全国森林防火规划（2016—2025）》中关于提高预警监测能力的总体目标，即充分利用空间技术，提高卫星监测林火时效性和识别能力；重点区域火情瞭望覆盖率近期达到85%，规划期末达到95%以上。统计分析各类工作任务视频监控和人工完成效率，视频监控可节省人力70%以上，初期火灾发现警报率提高80%，应急指挥扑救效率提高50%，火灾损失降低60%[1]。建设完成后可以构成地面护林人员重点点位巡护，瞭望塔视频监控、高倍望远镜24 h 全天候巡护，无人机重点时段重点区域随时巡护的三位一体防灭火体系，将显著提高防灭火效率效果。

4 视频系统结构设想

设想建设的庆阳市森林草原防灭火视频监控系统是一套集防火监测、火源管理、护林巡护定位、生态监测和火灾扑救应急指挥为一体的立体监控网，在庆阳市子午岭林区及所辖8 县（区）部署防火监控、无人机日常巡护、火源管理抓拍或监控、巡护手持定位、生态监测等前端智能化监测设备，通过传输网将前端防火视频监控、林火预警信号及位置信息、进出林区车辆和人员信息的图片或视频监控以及所在位置信息、火场现场视频或图片和位置信息等数据汇聚接入GIS 管理平台，实现同一平台的防火、火源、护林巡护、生态、火险等级管理和指挥扑救等功能。全面简化现有系统后端管理平台复杂性，为日常办理相关业务提供简单易操作的统一管理界面，同时根据不同的业务使用不同功能，也可以使用全部功能，降低工作强度，实现高效业务管理。

4.1 火灾监控系统

4.1.1 监测监控系统构成 主要是以火情火险监测、多旋翼无人机巡航、各森林草原资源管护站卡口管理、护林员和草管员巡护定位、环境监测等模块组成，配套市电农网或建设风光互补供电系统、传输设备、视频监控铁塔、车辆抓拍L 型立杆、安防监控立杆、防雷接地系统等，是智能化前端监测、图像采集、林火、车辆、人员识别并自动报警和林火、车辆、人员自动定位的重要组成部分。

4.1.2 前端视频监测监控系统设置 采用高精度转台和云台，配置先进红外热成像摄像机和高像素可见光照相机，对监控点周围5～10 km 范围森林草原状态进行视频监控图像采集，实现“削苹果皮式”1 080°水平旋转，俯仰旋转范围上下运动夹角之和大于90°，通过高精确度、大范围、远距离转台的测距功能以及配备的长焦镜头自动调焦，实现火情发生点的准确自动定位定点，保证定位误差在500 m2范围内，实现起火点和隐藏热点的智能识别，同时还能识别林下草地腐质阴燃烟、火目标。

4.1.3 指挥中心设置 设想在现有应急指挥系统的基础上，进一步健全完善功能更齐全、效率更高、效果更显著的指挥系统。视频监控和应急指挥同步建设、同步运行，分为管护站点—乡镇（林场）—县区（林管分局）—市应急局和市林草局—市政府总指挥5 级。一旦发现火情或疑似火情，前端采用有线网络或者无线数字微波系统将警报点的监控视频图像和环境信号传回监控（指挥）中心。从第一级监控指挥系统逐步警报，并根据火情发展趋势需要同时报告2～5 级监控（指挥）中心，各监控平台会及时发出报警信号，火情火险发生点定位在预制的防灭火地图上显示，工作人员根据需要启动相应预案和响应等级。由于视频监控点所处位置在野外，需要充分做好防腐、防水、保温、防盗、防雷、防电和人为破坏等措施，尤其要对热成像摄像机和可见光影像采集设备高性能防护措施进行保护，对其他设施设备采用较低级别的防护措施进行保护，确保设备寿命和功能达到预期。

4.2 卡口监控系统

4.2.1 卡口监控系统 主要是针对进出重点区域的车辆和人员进行监测，主要部署在车行道路实施车辆抓拍/视频和部署在林区人行道路实施人员抓拍/视频以及部署在检查站的安防视频监控，为实施动态监测，通过传输网络将前端车辆和人员信息实时传回到监控中心进行监控。根据不同防盗功能森林资源防盗感知系统分为森林资源防盗车辆监控系统、森林资源防盗人员监控系统、检查站安防监控等。

4.2.2 森林卡口监控系统工作机制 一旦有人进出探测区域通过越界侦测、区域入侵侦测、进入区域侦测、徘徊侦测、人员聚集侦测、快速运动侦测而触发报警信号，通过智能控制系统自动开启监控抓拍和自动语音警示播报，当人离开探测区域后，智能控制系统自动关闭监控抓拍摄像机和自动语音播报器。智能控制系统可连接网络（WIFI、3G/4G、5.8G 微波、有线网络）向监控中心发送报警信号，并自动上传抓拍图片或视频至后端监控中心监控管理平台，为工作人员及时提供重点森林防火路段相关信息[2]。

智能卡口单元在联网工作、离线工作模式下，通过配备的SD 卡存储现场抓拍图片或视频，然后定期派工作人员到一体机取回数据或者通在网络连通后继续上传SD 卡记录的数据，确保森林防火防盗工作的连续性。

针对不同卡口位置的实际情况，位置为非关键路段且无网络，采用离线抓拍语音播报模式；位置为关键路段且无网络，采用离线视频语音播报模式或架设无线网络采用联网视频语音播报对讲模式；位置为非关键路段有3G/4G 网络，采用联网抓拍语音播报模式；位置为关键路段有网络，推荐采用联网视频语音播报对讲模式。

4.3 视频数据传输设计

数据传输网络是智能化防火系统关键环节，是采集的数据通过传输网接入到业务管理平台必需链路。由于智能化前端设备绝大多数分布在野外林区，不同设备因数据采集对传输网性能及带宽要求不一样，可灵活采取有线光缆进行传输、无线网络进行传输、运营商专线网、无线+有线结合等多种组网方式构建智能化防火系统传输网。庆阳市森林草原防灭火视频监控数据传输网络设计科根据中国移动、中国联通、广电及中国铁塔公司在建设区域能布网现状，本着“就近、节约、流畅、快捷、维保得力”的目标选择，并保证签约的运营商能实时升级调整带宽和并网级别[3]。

4.4 业务管理平台

业务管理平台是构建智能化防火系统的核心部分，海量数据的接入、分类存储、计算分析、提炼并形成业务决策数据，可通过决策指令远程指挥、调度、控制智能化前端设备、人、车、物资等快捷高效的业务处理。林业防火、火源管理、护林巡护管理、环境监测等业务功能子系统可将数据中心分类存储的数据基于业务所需数据的要求复合利用、交叉提取，通过计算分析，最终为各业务部门提供对应业务所需决策数据。业务管理平台主要包含视频监测管理系统、GIS 管理平台、森林防火应急指挥决策系统、服务器群、监控及报警计算机等，是开展智能化防火业务进行远程集中监测，具有分析、定位、自动报警、指挥调度等功能。

5 建设布局

根据庆阳市森林资源分布特点以及森林防火软硬件建设现状，项目建设遵循“科学规划、因害设防、突出重点、注重实效”的原则，对重点森林火险区进行全面规划。重点解决火源管理、火情监控、火情信息通讯、火灾扑救能力建设等问题，基本实现有火能够及时发现、及时报出、及早组织力量扑救、及时控制火势蔓延。主要基础设施建设布局充分考虑预警响应和扑救能力等多方因素，科学安排建设内容、规模和建设地点。充分利用庆阳市现有的信息系统资源，从整体高度统筹规划，对各类信息资源和专业指挥系统进行有效整合，保证系统平台所需网络、存储和运行设备等硬件条件，通过信息通信平台资源以及现有的各类通信保障技术满足林火监控、卡口监控、网络平台、多媒体指挥中心、指挥调度、林火地理信息系统等功能要求，实现各县（区）、有关部门与庆阳市林业和草原局森林防火指挥部门的互联互通。同时，根据各县（市）扑火能力的不同，合理安排对应建设内容，使各县（市）具有独立应对小型火灾的能力。