森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用與分析范文

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摘要:簡(jiǎn)述了森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)指標(biāo)及其應(yīng)用，并對(duì)目前國(guó)內(nèi)森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，指出《森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的頒布實(shí)施促進(jìn)了森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化及統(tǒng)一性，規(guī)范了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序，對(duì)推動(dòng)森林防火技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞:森林防火;視頻監(jiān)控;應(yīng)用;標(biāo)準(zhǔn)化

森林火災(zāi)是世界性的林業(yè)重大災(zāi)害之一，不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)匕傩赵斐扇藛T傷亡，而且還會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并快速地調(diào)度指揮進(jìn)行及時(shí)撲救，實(shí)現(xiàn)“打早、打小、打了”目標(biāo)，把損失降到最低，已成為各林業(yè)局防火單位的重要任務(wù)［1］。傳統(tǒng)的防火監(jiān)控是人工瞭望，防火期間有專門人員到瞭望塔觀測(cè)，這種方法的弊端是存在時(shí)間間隔，無(wú)法做到全天候觀察，而且容易受天氣影響，霧霾天氣能見(jiàn)度低時(shí)達(dá)不到監(jiān)測(cè)的效果，同時(shí)存在極大的安全隱患。森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)是以現(xiàn)代通信視頻無(wú)線監(jiān)控設(shè)備為工具，可對(duì)易發(fā)生火災(zāi)的林區(qū)及人工監(jiān)管不便的地區(qū)進(jìn)行規(guī)范、科學(xué)、有效地監(jiān)控和管理，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，為火災(zāi)的指揮撲救提供技術(shù)支持。

1森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)的森林防火監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮了重要作用，該系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。(1)自1990年起，我國(guó)的一些城市采用視頻監(jiān)控的方式來(lái)維護(hù)林區(qū)安全，這種方式必須經(jīng)過(guò)人工查看，而且監(jiān)控范圍小，圖像清晰度低，缺少對(duì)火源的識(shí)別與定位。(2)隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)瘘c(diǎn)進(jìn)行初步定位，但存在定位、識(shí)別誤差較大以及巡航時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，技術(shù)還有待提高。(3)21世紀(jì)以來(lái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)高峰，進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。新一代視頻監(jiān)控產(chǎn)品的前端設(shè)備采用了高精度球型轉(zhuǎn)臺(tái)，并融入了智能煙火識(shí)別算法，不僅縮短了林火識(shí)別時(shí)間，而且提高了其定位精度和識(shí)別火情的準(zhǔn)確率。目前，許多省市的林業(yè)部門正在建立基于無(wú)線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無(wú)線微波圖像傳輸，將遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)拍攝的實(shí)時(shí)畫面?zhèn)魉偷奖O(jiān)控管理中心［6－8］，監(jiān)控中心的指揮人員可第一時(shí)間掌握火情，對(duì)火災(zāi)撲救的指揮決策起到了重大作用。這種無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸方式解決了有線通信布線施工量大、長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)差、線路維護(hù)困難等一系列問(wèn)題。

2森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

2.1火警信息處理

森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶有信息處理功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)、識(shí)別到火情時(shí)可自動(dòng)獲取火源的地理坐標(biāo)，記錄火情時(shí)間及其他數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析，繪制出歷史火災(zāi)的空間分布圖，可為后續(xù)林火視頻監(jiān)控點(diǎn)的選擇提供科學(xué)的依據(jù)和參考［9］。

2.2智能識(shí)別

煙火智能防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)可24h連續(xù)獲取各監(jiān)控點(diǎn)的狀況，并通過(guò)系統(tǒng)的智能圖像處理系統(tǒng)和林火識(shí)別系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火情，當(dāng)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)顯示火警信號(hào)時(shí)消防監(jiān)控室即向消防指揮中心發(fā)出報(bào)警信息，及時(shí)展開(kāi)撲救指揮工作［10－11］。2.3國(guó)家衛(wèi)星熱點(diǎn)信息集成森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠集成國(guó)家衛(wèi)星熱點(diǎn)管理系統(tǒng)，獲取國(guó)內(nèi)森林防火的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)接入到防護(hù)應(yīng)急指揮系統(tǒng)中，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤和查詢。

3我國(guó)森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1存在問(wèn)題

目前，我國(guó)森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在如下一些問(wèn)題:①森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)前期建設(shè)及后期維護(hù)需要大量的資金投入，而且我國(guó)一些林區(qū)位置偏僻，山路陡峭崎嶇，有些還處于未開(kāi)發(fā)狀態(tài)，在這種林區(qū)環(huán)境下建設(shè)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)需花費(fèi)更多的人力、物力;②在復(fù)雜天氣情況下，信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，林火識(shí)別容易出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象［12］;③視頻監(jiān)控點(diǎn)的選址主要是通過(guò)管理者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，容易出現(xiàn)重復(fù)監(jiān)測(cè)或監(jiān)測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題;④由于缺乏足夠的資金支持，森林防火視頻監(jiān)控產(chǎn)品的質(zhì)量水平差距較大，而且產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)與鑒定也因缺少相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持而無(wú)法進(jìn)行。森林防火視頻監(jiān)控產(chǎn)品的規(guī)范性、統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)性將為我國(guó)各級(jí)森林防火監(jiān)測(cè)工作的互通帶來(lái)便利。

3.2解決措施

在充分保證視頻監(jiān)測(cè)效果的前提下，增大監(jiān)控設(shè)備的半徑將減少系統(tǒng)建設(shè)所需的費(fèi)用，對(duì)于地理位置偏僻的山區(qū)，瞭望塔之間的距離較遠(yuǎn)，鋪設(shè)線路投資金額大，可采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑?3］。對(duì)影響信號(hào)傳輸?shù)牡匦我蛩亍⑻鞖庖蛩睾突鹪吹龋赏ㄟ^(guò)野外調(diào)查和系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行驗(yàn)證，以提高火情的識(shí)別精度。采用地理信息系統(tǒng)的空間分析方法、數(shù)學(xué)建模方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，科學(xué)地選擇適用于大多數(shù)研究區(qū)域的視頻監(jiān)控點(diǎn)，減少技術(shù)人員的野外勘查工作［14］。針對(duì)市場(chǎng)上的森林防火視頻監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量差距大的問(wèn)題，2016年6月1日，首次頒布實(shí)施了《森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，此規(guī)范由國(guó)家林業(yè)局制定，填補(bǔ)了該領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的空白，并綜合考慮了當(dāng)前的產(chǎn)品水平［15］。標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)森林防火視頻監(jiān)控產(chǎn)品的規(guī)范化，確保了省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)之間森林防火監(jiān)測(cè)工作的互通。不久的將來(lái)，隨著視頻監(jiān)控技術(shù)水平的提高、行業(yè)發(fā)展水平的提升，技術(shù)規(guī)范也會(huì)隨發(fā)展形勢(shì)的變化進(jìn)行修訂，逐步完善。

4森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)

4.1有效識(shí)別時(shí)間

早期撲救可使火災(zāi)消滅在初期階段，避免由火勢(shì)蔓延而導(dǎo)致的火災(zāi)加重。為第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火源，森林防火視頻監(jiān)控的有效識(shí)別時(shí)間為小于30min，目前市場(chǎng)上的火情監(jiān)控產(chǎn)品已經(jīng)能夠達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，有的產(chǎn)品可在20min內(nèi)完成火情識(shí)別的工作。

4.2火情識(shí)別率

及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并準(zhǔn)確定位，對(duì)早期撲救具有重要意義，可減少因火災(zāi)蔓延造成的森林破壞和人員傷亡。火災(zāi)初期火焰較少不容易發(fā)現(xiàn)，但煙霧卻很明顯，因此，現(xiàn)代森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多采用煙氣識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)，由于智能識(shí)別技術(shù)水平的原因有時(shí)可能造成火情漏報(bào)，一般要求系統(tǒng)的漏報(bào)率不得高于1‰，萬(wàn)公頃日誤報(bào)次數(shù)不大于3次。

4.3定位精度

森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火情的位置與實(shí)際位置的差距越小意味著系統(tǒng)的定位精度越高，準(zhǔn)確的火災(zāi)位置信息能幫助撲救人員迅速到達(dá)火場(chǎng)展開(kāi)早期撲救，有助于指揮人員制定合理的火災(zāi)撲救方案。定位精度的大小與監(jiān)控產(chǎn)品的加工水平、系統(tǒng)安裝精密程度以及軟件誤差緊密相關(guān)，考慮到實(shí)際應(yīng)用效果、設(shè)備生產(chǎn)水平、實(shí)施難度等，要求定位精度小于100m。

4.4可見(jiàn)光和紅外融合應(yīng)用

目前，視頻監(jiān)控的鏡頭多采用可見(jiàn)光與非制冷紅外融合的方式，通過(guò)火焰和煙霧在圖像上表現(xiàn)出來(lái)的特征來(lái)識(shí)別火災(zāi)，充分發(fā)揮可見(jiàn)光與紅外各自的特點(diǎn)。可見(jiàn)光在白天視線較好，對(duì)煙的識(shí)別精度高，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，但晚上對(duì)火的識(shí)別能力大大減弱，采用紅外鏡頭則可有效地識(shí)別夜間林火。采用可見(jiàn)光和紅外融合的方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙火全天候的交叉確認(rèn)識(shí)別，提高森林防火監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力［16］。

4.5前端監(jiān)控設(shè)備防護(hù)安全

森林防火監(jiān)控視頻大多安裝在林區(qū)內(nèi)，在較惡劣的自然環(huán)境(雨、雪)或溫差較大的室外條件下工作，需要高標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)等級(jí)阻止灰塵和雨水的侵蝕，前端監(jiān)控設(shè)備整體防護(hù)等級(jí)要求為IP66，攝像機(jī)的防護(hù)罩等級(jí)需達(dá)到IP67，以保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.6識(shí)別算法

前置前端設(shè)備采用嵌入式識(shí)別算法，根據(jù)攝像頭拍攝到的視頻圖像，對(duì)煙和火焰的顏色、特征、運(yùn)動(dòng)形態(tài)進(jìn)行預(yù)處理，可極大地提升火災(zāi)的識(shí)別能力。小規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平不高的廠家難以完成這種設(shè)計(jì)，目前行業(yè)內(nèi)只有極少數(shù)廠家可應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。以上這幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的支撐要素，是實(shí)現(xiàn)火災(zāi)高效識(shí)別、精準(zhǔn)定位的關(guān)鍵技術(shù)。高質(zhì)量的前端設(shè)備以及高清晰度的成像系統(tǒng)是整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的載體，是識(shí)別火災(zāi)的基礎(chǔ)，識(shí)別算法的置入不僅可提高火點(diǎn)定位的精度，保障有效的識(shí)別時(shí)間，而且還可以在早期發(fā)現(xiàn)火情。因此，在進(jìn)行防火監(jiān)控視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及購(gòu)買生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)品時(shí)應(yīng)綜合考慮這些關(guān)鍵因素。

5小結(jié)

森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全天候24h監(jiān)控及火情自動(dòng)報(bào)警，在林火預(yù)防、監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用前景廣闊。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂促進(jìn)了森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序，促進(jìn)了科技成果的應(yīng)用。隨著高清視頻傳輸、圖像識(shí)別處理等新技術(shù)的引入，我國(guó)森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展必將邁上一個(gè)新臺(tái)階［17］。

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作者：劉柯珍1；舒立福1；于澤蛟2；陳春廣2；王靈祥2；趙晨晨2 單位：1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，2.浙江省航空護(hù)林管理站