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涼水自然保護區林政防火視頻監控系統的應用
發布時間:2017-05-03

摘要

  森林防火一直是林區各項工作的重中之重[1]。隨著計算機技術和通信技術的高速發展,數字視頻壓縮技術和解碼技術日益成熟,新技術和新設備在國家各個部門得到了廣泛應用,尤其在公安、交通、金融、教育等部門工作中的應用已相對較成熟[2]。視頻監控系統是集成多媒體技術、計算機網絡技術、工業控制技術和人工智能技術等為一體的綜合系統。傳統管理僅僅基于數據、文本、圖形等信號做出決策,在引入視頻監控系統之后,通過前端音、視頻采集設備將音頻、視頻資料傳輸到指揮中心,使指揮者可以實時掌握事件動態,便于做出最優選擇[3]。

  近十年來,視頻監控系統在森林防火工作中得到了廣泛應用,森林防火遠程視頻監控系統是以保護森林資源為目的,利用現代技術手段對森林火災進行實時預警監控,兼顧森林資源,同時具有森林火災可視指揮(會商)功能,使各級林業主管部門能直觀地了解和掌握監控區域的森林火災動態,有效提高森林火災管理水平的視頻預警監控系統[4]。早在2007 年 2 月 9 日,時任國務院副總理回良玉同志在國家森林防火指揮部第二次全體會議暨 2007 年全國森林防火工作電視電話會議上的講話中就指出:要加強對高火險區、自然保護區等的巡護了望和預警監控,及時發現和排除隱患[5]。目前,視頻監控技術發展迅速,技術已經成熟,性能較為可靠,如能在森林資源管護工作中合理運用該技術,將有效降低人力成本,提高森林資源管護工作的科學性和有效性。

  1、黑龍江涼水國家級自然保護區林政防火視頻監控系統應用分析

  1.1、保護區基本情況簡介

  1.1.1、保護區森林資源簡介

  黑龍江涼水國家級自然保護區位于小興安嶺東南部,行政區劃屬于伊春市帶嶺區,距離省會哈爾濱市320 km,地理坐標47°7′15″~47°14′38″N,128°48′8″~128°55′46″E,保護區總面積6 394 hm2。

  保護區主要保護對象是以紅松為主的闊葉紅松林及其森林生態系統,區內自然資源豐富、植被群落類型復雜多樣,分布有大片原始紅松針闊混交林,是我國目前保存下來的最為典型和完整的原始紅松針闊葉混交林分布區之一,也是中國和亞洲東部具有代表性的溫帶原始紅松針闊葉混交林區[6]。經過早期森林采伐利用后更新造林和森林火災后火燒跡地天然更新,涼水保護區形成了以原始紅松林為主,天然次生林和人工紅松、人工落葉松、人工云杉等人工林共存的森林資源現狀,是研究東北地區小興安嶺森林生態演替過程的重要本底資料。

  1.1.2、保護區林政防火工作簡介

  涼水林區自開發建設以來,僅發生過幾次較小面積的森林火災,且大都是由于人為因素造成的。成立自然保護區以來,林政防火工作一直是保護區日常工作的重點,每年都投入大量人力物力,按照上級春、秋兩季防火期工作部署制定嚴格的森林防火工作制度,順利完成森林防火工作。同時與涼水森林公安分局積極配合,做好了保護區林政工作,確保森林資源安全,森林資源保護效果顯著。

  1.2、建設林政防火視頻監控系統的重要性

  雖然涼水保護區位于相對封閉的區域內,但是東、北、西三面均以公路與帶嶺林業實驗局林場接壤,烏帶公路從保護區境內通過,尤其是公路兩側人為活動較為頻繁,火源管控難度較大。由于常年實行嚴格的保護措施,林地內枯枝落葉、朽木、病腐木和風倒木等積累較多,林內可燃物載量持續增大,尤其是公路兩側次生林內闊葉樹種較多,火險隱患高;在保護區原始林實驗區建有供東北林業大學及其他科研院所教學實習用的木制棧道,同時也兼顧了科普宣教功能,人員活動較密集,火險隱患較高,對保護區森林資源安全和生態環境都造成了重大威脅雖然保護區常年投入大量人力物力進行森林資源管護工作,但是職工年齡普遍偏大,年齡結構極其不合理,單純依靠人工了望和地面巡護已不能滿足現階段森林資源保護工作的需要。并且帶嶺區、涼水保護區近幾十年來都沒有發生過重大森林火災,老百姓森林防火意識雖然較高,但是依然存在麻痹和僥幸心理。同時保護區建立的撲火半專業隊和群眾性撲火隊大都沒有撲火實戰經驗,撲火實力不足。因此涼水保護區森林防火工作的重點應該是嚴格管控火源,看住人,以積極預防為主。

  建立保護區林政防火視頻監控系統將徹底改變涼水保護區單純依靠人力進行森林資源保護的現狀,通過了望塔、前端監控攝像頭、抓拍照相機和廣播等系統,可以對道路、廠區和其他重點區域實現實時的監控,將大大降低保護區森林火險隱患。

  1.3、林政防火視頻監控系統組成及工作過程

  1.3.1、系統組成

  涼水保護區林政防火視頻監控系統主要由指揮中心、前端視頻監控系統、網絡傳輸系統和廣播系統等構成。

  1.3.1.1、指揮中心

  指揮中心建筑面積85 m2,由指揮室、值班室等構成。指揮室集成了操作指揮臺、電腦、大屏幕、硬盤錄像機、數字音頻切換矩陣、光端機、交換機、路由器、門禁控制等軟、硬件設施設備,是整個系統的核心。

  1.3.1.2、前端視頻監控系統

  前端視頻監控系統由2座防火了望塔、道路兩側18個野外定點監控攝像機、4臺高速抓拍相機、原始林重點區域內14個野外定點監控攝像機、場區范圍內10個室外定點監控攝像機及各樓宇室內定點監控攝像鏡頭構成。包括遠程圖像傳輸、圖像顯示、音頻接收和播放、了望塔云臺控制、紅外球機遠程操作控制等功能,可對實時圖像進行錄像、存儲及調取,對過往車輛和行人進行拍照,對野外熱點及時預警。

  1.3.1.3、信息傳輸系統

  根據保護區地形情況和實際需要,本系統電力和網絡信號傳輸全部采用鎧裝光電復合纜進行,共鋪設光纜24 km,實現了24小時全天候實時監控,也盡最大可能降低了降雨、下雪和極端低溫等因素的影響。基于鋪設的光纜,安裝了網絡電話和重點區域的門禁系統,實現了與管護站的實時聯系,也便于對車輛和人員進行控制。

  1.3.1.4、廣播系統

  廣播系統由 2 座防火了望塔頂端的擴音系統、廠區擴音系統和重點區域雙向音頻系統構成,實現了全廠區及公路兩側森林防火廣播全覆蓋。

  在重點區域建立了雙向音頻系統,可進行實時雙向拾音及通話,對突發事件可及時處理,對入山人員不文明行為及危害森林資源安全的行為可及時制止。

  1.3.2、系統工作過程

  在2座了望塔頂端架設具備夜市功能的紅外攝像機,電力和信號都通過光纜進行傳輸,配有完善的云臺控制系統和電源系統,可以進行 360°轉動掃描,不間斷地旋轉拍攝,把可視范圍內森林圖像傳回指揮中心,對疑似熱點可進行預警;道路及野外監控攝像頭和高速抓拍相機通過光纜將實時監控圖像和抓拍照片傳回指揮中并自動存儲,對發現的問題可結合地面巡護及時處理,也可對錄像進行事件回放,查找原因作為事件處理證據;在重點區域通過廣播系統宣傳《森林防火條例》等內容,對進入保護區人員進行森林防火宣傳教育;在原始林棧道區域通過雙向音頻系統,可對突發問題及時處理,確保進入保護區人員安全的同時提高了重點區域森林資源管護力度。指揮中心安排專人值班,對發現的問題及時匯報、處理,充分發揮了該系統的作用。

  1.4、林政防火視頻監控系統實際應用效果分析

  林政防火視頻監控系統能在第一時間對野外疑似火情進行預警,并且對進入涼水保護區的人員和車輛進行實時監控,發現問題及時處理,有效降低了火險隱患,同時還具有監控森林病蟲害、監控盜砍、濫伐森林資源及監控保護野生動物的功能。

  在系統運行期間,了望塔紅外攝像機可對疑似熱點進行報警,保護區防火辦第一時間組織人員到現場調查后排除了森林火災發生的可能,對疑似煙霧也及時排查,確保防火期森林資源安全。利用道路視頻監控系統,對進入保護區撿拾燒柴、采集山野菜、中草藥和捕獵林蛙、各種鳥類等破壞森林資源的行為進行了有力的打擊,同時道路抓拍攝像機對進出保護區的車輛進行監控,大力打擊了盜砍、濫伐林木等違法行為,也為當地公安交警部門破獲相關案件提供了支持。自該系統建成后,保護區未發生森林火災和重大林政案件,有效節約了人力和物力成本;通過視頻監控系統及時發現并處理的入山人員也逐年減少,目前已在當地社區形成了較大震懾力,起到了宣傳預防作用。

  2、目前系統存在的問題及需要改進的方面

  2.1、存在問題

  通過近4年的建設和運行,系統整體效果良好,但是依然存在以下問題。

  1)硬件設備需進一步升級改造。在冬季低溫及夏秋多雨、霧的條件下監控相機的夜間拍攝功能有待加強,監控效果不太理想。高速抓拍相機還需進一步調試升級,對信號傳輸的穩定性還需進一步加強[7-8]。

  2)專業人員缺乏。由于視頻監控系統集成了計算機、網絡傳輸和電力等方面技術,保護區現有人員只能處理系統出現的簡單故障。雖然現階段整個系統運行穩定,但是隨著電子設備老化,出現故障不能及時排解,將影響系統整體效果。

  2.2、解決措施

  1)對野外監控攝像頭進行升級改造,選擇更適合當地自然環境的攝像頭。更換設備,保證高速抓拍相機信號傳輸穩定性。在重點區域建設防雷電設施,在指揮室建設電力保護設施,確保系統硬件安全和運行穩定性。

  2)對現有人員進行全面培訓,建設年齡結構合理的人員隊伍,保證視頻監控系統持續穩定、高效運行。

  3、結論

  2011年6月開始,涼水保護區開始嘗試建立林政防火視頻監控系統。首先對第一了望塔進行升級改造,安裝了云臺和紅外攝像機,使用太陽能作為動力進行森林防火了望,通過微波傳輸信號,徹底結束了涼水保護區人工了望的歷史。由于太陽能無法滿足電力供應的需求,隨后又增加了風力發電設備,直至現在全部鋪設光纜進行信號傳輸和電力供應,涼水保護區林政防火視頻監控系統從無到有、從點到面經過了4年多的建設和發展,目前已初具規模,起到了良好的效果,并且在黑龍江省起到了良好的帶頭示范作用,已有很多保護區、林業局和風景區到涼水保護區參觀交流。從整體投資上看,該系統建設資金全部來自于自然保護區能力建設資金補助,目前已投入資金約250萬元,平均每個監控點約6萬元,雖然一次性投入較多,但是從長遠看來切實可行。

  雖然涼水保護區林政防火視頻監控系統建設已初具成效,但是需要改進的地方依然很多。視頻監控系統可以預警險情,如果能和地理信息系統有機結合,就可以準確定位發生險情的位置,為指揮者選擇最優路線提供參考[9-10];同時作為基層林業信息化建設的重要部分,將來應該建設涼水保護區信息管理系統,可以分為保護區基礎資料、科研觀測、教學實習、森林資源管護、基礎建設等方面,真正實現數字化辦公,這也是實現現代林業建設的必要途徑,勢必對森林更好發揮生態效益、社會效益和經濟效益提供有力保障。

  參考文獻
  [1] 鄭煥能.森林防火[M].哈爾濱:東北林業大學出版社,1994.
  [2] 陳輝.森林視頻監控系統[J].森林防火,2010(2):39-42.
  [3] 宋磊,黃祥林,沈蘭蓀.視頻監控系統概述[J].測控技術,2003,22(5):33-35.
  [4] 鄭展祖,夏克明.淺論遠程視頻監控系統在森林防火工作中的應用[J].森林防火,2007,(1):26-27.
  [5] 回良玉.在國家森林防火指揮部第二次全體會議暨2007 年全國森林防火工作電視電話會議上的講話[J].森林防火,2007,(1):3- 5.
  [6] 馬建章,劉傳照,張鵬.涼水自然保護區研究(第1集)[M] .哈爾濱:東北林業大學出版社,1993: 1-3.
  [7] 劉鑫,楊鑫.視頻監控系統的應用現狀與發展趨勢[J].信息通信,2015,(9):177-178.
  [8] 王維.淺談高校數字化視頻監控系統現狀與發展趨勢探討[J].才智,2012,4(12):157-159.
  [9] 柴紅玲,方陸明,王蘇燕.視頻和GIS技術在森林防火中的應用[J].農機化研究,2009,(1):196-199.
  [10] 劉宇欣,王建偉,梁井余.基于視頻和GIS技術在森林防火中的應用[J].現代園藝,2014,(5):228-229.

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