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森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统方案

花匠小妙招
2024-10-11 06:05

1.前言

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测在林业中的应用已经从零散的点的应用发展到融合的全面的创新应用，随着现代信息技术的逐步应用，能实现林业资源的实时、动态智能化监测和管理，更透彻地感知摸清生态环境状况、遏制生态危机，更深入地监测预警事件、支撑生态行动、预防生态灾害。森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统是指充分利用视频监控、林火智能分析、红外感应、移动手持、无人机、卫星热点、生态监测、无线传输等信息技术，通过物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测的核心是利用现代信息技术，建立一种智能化立体发展的长效机制，实现林业高效高质发展。森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测是增强林业发展质量、促进林业可持续发展的重要支撑和保障。对林业森林资源防火、防盗、护林、生态等智能化动态监测，则需要森林防火（资源监管）监测由过去的扁平化单一监测向立体化动态监测转变，对森林资源采取基于太空卫星热点大面积间隔动态热点监测和高空无人机巡护按需动态侦查监测构成的空、天一体无遮挡高空监测，对森林资源基于高山或视野开阔区域的大范围定点连续动态管护监测和对森林资源重点路口小范围定点连续动态防盗监测2种定点动态监测，对森林资源管护人员配备手持终端进行大范围移动动态监测的1种移动动态巡护监测。从而构建立森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统。林业主要任务是强化森林资源保护：加强资源保护、完善管护模式等，其管护的核心任务是：防火、防盗、护林等具体事项，采用森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统主要解决以下问题：n “空、天”监测模式：
1）天空卫星热点监测三道口林场总面积57699亩（不含场带村组），其中：生态公益林面积40351亩（国家级19671亩，省级20680亩），商品林面积14647亩（一般用材林9247亩，竹林5400亩），其他2701亩。活立木蓄12.59万m3 。立竹180万根。如何能够从整体上掌握全场所有森林资源管护监测，则需要通过高空热点卫星才能够实现大面积监测要求，而国家林业局热点卫星则具备全天候24小时对我国森林资源实时动态热源监测，并将监测到热点卫星影像数据存储在国家林业局数据中心，由于热点卫星监测某一区域存在时间间隔，既上一次监测到下一次监测存在时间间隔，所以管理单位可通过数据中心提取上一次监测数据通过智能分析从而了解全场所有森林资源管护情况，由于属于高空监测所欲无遮挡监测面积大，非常合适某些不易发现的区域发生林火监测，是一种先进高效林火监测手段。2）高空无人机侦查监测三道口林场森林资源分布零散，地形复杂，一旦遇到林火报警，需要安排相关人员前往火灾现场侦查，往往需要花费较长的时间才能到达火场，从而贻误时机，同时侦查人员到达火场由于受视野局限性，很难全面掌握火场时机情况。从而造成既耽误时间又不能全面了解火场情况，针对存在的问题可采取高空无人机侦查，通过无人机空中快速飞行到达火场上空，通过高空无遮挡拍摄可以全面了解火场情况，并为进一步应急指挥调度提供可靠的依据。同时可以在扑灭林火后安排无人机巡航对扑灭区域做红外热源探测，防止扑灭区域内部的火源复燃，从而提高扑救效率。高空无人机还可以采集林区图像信息，用于病虫害防治。n 人员移动巡护监测模式：森林资源人工护林巡护是保护森林资源管护的重要途径之一，在有效管理好三道口林场的护林员巡护职责，对保护森林资源管护具有重要作用，由于基层的护林员大多数都是当地聘请的非专职人员，是否能够按照林业要求按时按要求完成巡护，基本没有管理手段可以考核，从而造成部分重要林区存在护林巡护的存在真空期，一旦发生林火、盗窃事件也很难追查的情况存在。基于存在的问题，采取为护林员配置手持移动终端，通过GPS或北斗实时定位监测，并将监测定位数据通过营运商移动通信网络传回到监控中心地理信息系统显示移动轨迹，通过设定每个护林员护林巡护轨迹对比实际巡护轨迹考核护林员每天工作情况。为有效管理护林员提供有力的手段。由于手持终端具备拍照、语音、数据传输，所以手持终端还可以为护林员提供应急通讯、事件照片上传等实用功能。n 地面监测模式：
1）大范围定点连续动态火源监测基于现阶段三道口林场的森林资源防火主要是以宣传教育和人工巡护为主，由管理部门安排护林员或其它人员对重点时段、重点区域进行人工巡查和管理、日常工作防范以护林员进入林区巡护为主、建立扑救队等措施。根据大多数地方的实际情况分析，有限的护林员面对大范围的林区资源进行巡护时，很难做到较大范围的巡查覆盖，而且大多数林区的道路条件不好，到达每个瞭望塔需要花费较长的时间，无论是巡查覆盖范围还是时效性都不能满足现阶段日益增长的林区人员活动的监护巡查需要。往往实际情况是，每天都在巡护，而因人员活动引起的火灾却时有发生，造成这种情况的原因是基于人工方式林区巡护监看主要缺点有，一是人的眼睛可视的范围较小，即使通过瞭望塔能够达到的可视距离和范围是有限的无法对大面积的林区资源实现观看，二是护林员巡查的路径所覆盖的林区是有限的，巡查路径和时间相对固定，而进取林区的人或者游客无论是路径还是时间都存在很多不确定，可能造成每天都在巡护，而因人员活动引起的火灾及林木砍伐却时有发生的情况。基于三道口林场存在的问题进行分析，针对森林防火的有效的手段是能够对林区的资源进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测，能够对自动发现林区内的有火或者有烟的时候自动报警，并且能够将火点的位置能够定位，通过这种方式可以解决因人工护林造成的森林防火不足的情况。一种有效的解决手段是利用视频监控技术结合智能化的烟火识别技术，对数公里范围内的森林资源进行监测的一种方式，通过智能化的森林防火预警手段，不仅可以实时监看和记录森林资源的情况，同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，辅助森林防火监测人员完成对森林资源的自动监测，由传统的人工监测转变为由机器自动监测的智能化科技手段，一旦遇到火灾自动报警，及时通知相关的工作人员的一种先进合理的预警机制，采用这种预警机制可以为现阶段森林防火预警提供一种非常有效的解决方法。通过大范围、大视野的全天候24小时实时智能监测系，可实时了解林区信息，通过视频图像第一时间发现林区虫害。2）小范围定点林区进出口连续动态监测三道口林场防火、防盗目前主要是以在主要路段设置检查站对过往车辆进行拦截检查以及护林员巡山的方式进行防盗，而重点林区的森林中有较多珍贵树木且价格昂贵，盗窃者往往因利益铤而走险在非巡护时间进行疯狂盗窃珍贵树木并通过人工搬运的方式将树木偷运出去，从而为国家造成重大损失。所以基于传统的防盗方式已不能满足三道口林场防盗要求。针对森林资源防盗的有效手段是在林区关键公路部署具备车辆牌照自动抓拍的卡口监控，通过系统自动抓拍进出林区的车辆，为日后执法提供依据，在林区内主要人行道路设置宣传警示抓拍设备，通过警示抓拍设自动感应进入林区的人，一旦发现有人进出林区，则设备自动播报防火防盗宣传语，同时系统自动抓拍一张进入林区的人像并记录在SD卡中或自动上传至监控中心，前者记录为日后执法提供依据，后者可实时在线防火、防盗监测。

2.需求分析

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统具体需求如下：一火情监测与发现森林防火林火识别视频监控或国家林火卫星热点监测，一旦发现火情后会自动识别火情，并把火情警报发送到森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测，系统会自动弹出报警，同时以发出报警信息提醒值班人员。当火情发生时，来自各级防火部门对接警工单的生成、合并、核实以及统计，实现电话自动弹出接警工单、电话号码自动带入显示或智能烟火识别报警系统自动报警，系统需要及时把火情发生的位置信息发送到监控人员手机上，以便于用户及时作出处理。二林火准确定位在收到前端林火自动识别子系统传送过来的预警信号或国家林火卫星热点监测热点坐标后，森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统根据火情报警进行自动运算，得到火点报警的精确地理位置，在地图中及时标注出报警火点并定位。根据实际情况，可指挥调度无人机或灭火队员前往火场进行火情侦查并进行精确定位。三进出林区人员及车辆抓拍对进去林区的车辆及人员进行抓拍，实时了解进入林区的人员及车辆。在林区发生火灾或者盗窃时，为日后执法提供依据。四病虫害预防管理通过卫星图像、无人机采集的视频图像、高空防火预警系统采集的图像、护林员采集的图像及林区气象信息对未来可能发生的病虫害进行预测。在林区灾害发生后或者对林区可能发生的灾害进行有效预测后，根据灾害情况，为用户提供防治的方法和措施。五护林员巡护及管理应用现代化的科技手段管理和服务好护林人员队伍、监控管理好护林设施设备、实时监控主要林区，做到上下贯通，监控有力、服务到位，实现护林目标。根据三道口林场业务需求主要包括以下几个方面：1) 管理：天然林保护和退耕还林，植树造林、国土绿化和封山育林2) 监测：森林资源调查、动态监测和统计3) 三防：森林防火、防盗、森林病虫害、鼠害的防治、检疫、监测、预报基于以上业务需求分析，三道口林场林业主要以防火、防盗、护林、生态监测、业务管理等为主要目的森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统建设。通过构建三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统将防火、防盗、护林、病虫害预防管理等部署到管辖区域内，然后借助传输网络将数据传输到后端监控中心，实现全场林业森林动态监测，通过智能化分析业务数据进行汇聚、分析、提炼形成决策。通过三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统建设目的，首先需要对三道口林场林业防火、防盗、护林巡护、病虫害预防管理的需求进行深入分析，具体分析如下：随着林区面积的不断扩大，给三道口林场的管理带来了严重的考验，传统的以人工看护方式已经不能满足森林管护要求，需要借助先进的信息技术在辖区内建设“天、空、地、人”四维一体预防监管综合管理系统，实现防火、防盗、护林巡护、病虫害预防管理等功能。三道口林场地处湖北省赤壁市境内的低山丘陵区，分布在纵贯市境的京广铁路、京珠高速公路、107国道南北两侧及长江支流陆水河东岸。与崇阳县桂花林管局及我市三道口镇、中伙铺镇、神山镇、陆水湖办事处、茶庵岭镇、赵李桥镇等六个镇十八个村八十二个村民小组接壤。境内温暖湿润，光照充足，年降雨量1600MM，年平均气温16.9度,无霜期254天。全场总面积57699亩（不含场带村组），其中：生态公益林面积40351亩（国家级19671亩，省级20680亩），商品林面积14647亩（一般用材林9247亩，竹林5400亩），其他2701亩。活立木蓄12.59万m3 。立竹180万根。根据项目实际情况，在林区内部署智能化防火预警监测基站，在林区重要进口部署车辆抓拍和人员抓拍系统，并为配置护林员管理系统和无人机等，采用合适的传输方式将视频监控图像及信号传回监控中心，根据项目实际情况及规划，在龙三道口林场设置监控中心。三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测是由前端监测与采集系统、传输网络、指挥中心构成，前端监测与采集系统包含前端防火预警监测基站、卡口监测系统、护林员巡查与管理系统、无人机系统等。根据三道口林场林业特点结合业务需求进行部署具体分析如下：

2.1.森林资源防火监测需求分析

前端基站对于森林防火监控预警系统是非常重要的，是实现林区视频采集、林火智能识别、林火定位等森林防火预警非常重要功能的设备站点。由于前端基站位于野外林区内，而且四周一般都有高大灌木林以及林区的地形地势条件等，森林防火监控预警系统需要考虑监控半径范围、野外供电、林火火智能识别，根据地势地形结合监控预警的特点需要进行基站选址，根据四周灌木林的高度以及所需监控的范围选择修建铁塔的高度，根据气候条件考虑设备是否需要保温措施等；在无人值守的环境需要考虑基站自身的防盗问题，以及野外环境必须要考虑的防雷接地，铁塔基站等问题。n 前端基站选址分析前端基站首先需要分析的是基站的选址，基站选址主要是根据林区的地形地貌结合森林防火监控预警的特点进行选址，其选址原则如下：1) 根据地形选址原则：Ø 长条形山选址：一般选址在长条形山两侧向外的位置；可以获得较大监控半径范围。Ø 起伏较大的山：一般选址在半山腰视野较为开阔的位置；Ø 起伏较小的山：一般选址在山顶制高点位置；Ø 长条形山沟：一般选址在半山腰的位置；2) 根据烟火识别系统特点选址原则：

Ø 摄像机监控范围以平视为主、俯仰为辅的原则，这也是我们选址基站铁塔高度的重要因素之一。

1) 根据人群活动的情况选址原则：

Ø 选址人群活动较为密集的地方

对于不符合以上选址原则的山形，可以根据实际的山形进行现场实地勘察进行选址。

n 监控范围分析

作为野外森林防火监控预警系统需要涉及到摄像机、镜头、防护罩、云台，根据用户对监控图像质量需求分析摄像机，根据监控的范围需要分析镜头和云台。

1) 摄像机按分辨率可以分为：标清D1、高清：720P、全高清1080P；

2) 根据监控半径的范围，一般采用长焦电动镜头，监控半径范围及长焦镜头选择原则如下：

Ø 1公里左右的监控范围：选择不低于100mm长焦镜头就可以满足要求；

Ø 3公里左右的监控范围：选择不低于200mm长焦镜头；

Ø 5公里左右的监控范围：选择不低于300mm长焦镜头；

Ø 8公里左右的监控范围：选择不低于500mm长焦镜头；

n 考虑到野外恶劣的环境，需要采用野外防护罩对摄像机和镜头进行保护，采用的野外防护罩需要配有温控系统，保障摄像机和镜头能够在全天候的高低温环境下正常工作，能够支持在零下20°环境下保障摄像机和镜头正常工作的保温性能。

n 森林防火监控预警需要采用云台实现对林区资源进行大范围、大视野的监控，云台是森林防火智能化监控系统中非常重要的设备，因为森林防火的云台一般都安装在野外较高的位置，一般的普通云台在林区有风的情况下，非常容易发生抖动，从而导致监控图像抖动，对于森林防火监控预警系统需要采用数字云台才能满足野外森林防火监控的要求，针对森林防火监控预警系统需求的数字云台应具备：

既可以防止监控图像抖动又利于野外搬运及安装；

满足森林防火监控采用较重设备的承重需要；

旋转范围：0-360°方位角，俯仰角之和：不小于90°，实现对林区资源大范围监控需要。

集成数字云台接口，支持远程控制云台并联动控制镜头焦距，支持实时采集云台的方位角和俯仰角以及镜头焦距等参数；

由于数字云台一般都安装在野外较高的铁塔或立杆上，搬运、安装极为不便利，所以需要云台等设备出现故障时，不必将云台整体拆卸下山维修，只需更换一张可插拔电路板即可完成维修维护工作，所以云台应具备：

可维护性：云台控制电路板可以插拔，通过更换云台控制电路板即可完成云台维护；

耐低温性：能够支持在零下25°环境下正常工作的性能。

n 前端基站供电分析

森林防火监控预警前端基站一般都位于野外，基站设备的供电是非常重要的环节，是保障前端基站设备正常工作的重要前提的条件，大多数情况下，野外前端基站都没有市/农电接入，接入市/农电的接入点距离一般都较远，长距离的接入市/农电到前端基站不仅导致到达基站的电压非常低容易造成设备损坏，而且沿途施工会对环境造成破坏，费用也非常高，所以针对野外森林防火监控预警前端基站优先考虑采用太阳能供电。

采用太阳能发电系统，是根据当地的气候条件进行选择，其供电系统的选择原则如下：

1) 基站附近有市/农电接入的情况下：

采用市/农电接入，由于野外电压不稳容易造成前端基站设备的损坏，须在市/农电接入到基站后加入稳压电源设备，通过稳压电源设备输出稳定的220V电源为基站设备供电。

2) 基站附近无市/农电接入的情况下：

采用太阳能或者风光互补发电系统；

Ø 根据当地的气候条件，在当地日照时间长的情况下，建议采用太阳能发电系统；

Ø 森林防火监控预警系统前端基站宜采用低功耗的设备，功耗应＜100W；所以前端基站发电系统配置600W-1000W的发电系统就可以满足要求，配置2到4只200ah的太阳能专用蓄电池即可满足设备3天的供电要求；

Ø 针对冬天不同的低温环境，需要考虑采用不同的太阳能专用蓄电池，在摄氏20°以下，需考虑采用胶体电池，并采用保温箱保护电池，在摄氏20°以上，可以考虑采用深循环电池，并采用普通电池箱即可。

n 前端基站防盗系统分析

前端基站一般都处在无人值守的地方，为了预防基站设备被盗，需要考虑基站自身的防盗，前端基站防盗有多种方式，较为安全的方式是采用红外入侵探测加自动监控录像取证以及采用对讲系统进行喊话起到威慑作用。

n 防雷接地系统分析

前端基站所处位置一般都在野外林区内，无论是针对基站铁塔还是基站上的设备，都需要考虑防雷接地的安全措施，防雷接地措施是保障前端基站设备全天候安全正常工作的重要前提，为了防止基站铁塔和基站设备雷击造成破坏，需要采用接地系统将雷击大电流迅速导入大地，从而起到保护基站的作用，针对基站铁塔需要采用避雷针保护铁塔，需要采用防雷器保护基站设备的安全。

n 铁塔基站系统分析

铁塔是森林防火监控预警为了实现对林区大范围、大视野进行全方位监控，需要将监控摄像机提高到一定高度才能符合要求的一项复杂系统工程，铁塔高度是由三个方面的条件决定的：

Ø 监控点周围的植被高度；

Ø 所需要的监控半径范围；

Ø 烟火识别系统的技术特点。

在确定好铁塔高度后，根据监控点的选址，结合选址点的地势条件进行铁塔基站系统设计、建设。

在进行铁塔基础建设时一般需要同步进行接地系统的设计和建设。

2.2.卡口监测系统需求分析

卡口监测系统主要是在林场、森林公园重点林区进出林区的公路和进出林区的人行道路进行重点监控，因为这些关键路段路口是车辆、人员进出的必须通道，可通过在这些关键路段路口部署车辆抓拍卡系统和人员抓拍系统进行立体、动态监控，可对进出林区内的人员和车辆进行监控及管理、在林区发生盗窃或火灾时可作为追诉犯罪记录的法律依据。

卡口监测系统主要包括前端智能抓拍系统、传输网络、后端平台组成，其中前端智能抓拍系统具体分析如下：

n 卡口监测系统选址

卡口监测系统选址非常重要，合理的选址可以减少建设卡口监测系统且能够有效的监控进出林区的车辆及人员，所以林区卡口监测系统监控点的位置选址主要原则包括以下几点：

Ø 尽量选址唯一的进出道路

Ø 如有多个分支道路，应靠近最易发生盗窃及火灾的分支选址

Ø 如有多个分支道路，每个分支都可以出入林区，则在外围分支最少的路口选址

根据以上选择本项目的卡口监测系统系统点位如下：

n 前端车辆抓拍系统分析

前端智能车辆抓拍系统主要包括选址、抓拍系统、供电、传输、基础建设几个部分组成。

1）抓拍系统分析

林区车辆抓拍系统由于受林区道路条件限制，一般采用基于视频触发车牌识别系统，系统主要包括高清网络摄像抓拍一体机、高清镜头、高亮工业级补光灯摄像机闪光灯安装件、摄像机防护罩、车辆识别控制设备等组成。由于林区道路一般比较窄，所以部署一套高清网络摄像抓拍一体机就可以满足要求。

2）供电系统分析

林区车辆抓拍供电系统可根据现场实际情况决定，附件有市电可取则直接利用市电，如无市电可取，则可以利用太阳能供电为车辆抓拍系统供电，根据抓拍系统实际功耗分析以及进出林区车辆比较少的实际情况，为前端车辆抓拍系统配备1500W太阳能以及8只200ah胶体电池，即可满足车辆抓拍系统正常使用。

3）基础建设分析

林区车辆抓拍系统需要在公路一侧部署一根高6米，支臂为2米的监控立杆用于安装车辆抓拍摄像机及控制系统，在实施基础立杆时同时部署防雷接地系统，保障设备防雷安全。

n 前端人员抓拍系统

为切实做好森林防火防盗工作，保障森林资源和人民财产安全，防止人为进入林区引发林火以及非法盗伐林区珍贵木材，需要在重点森林防火路段加强监控、宣传防范手段，通过以进出重点森林防火路段的人为主进行监控和宣传，对进入林区的行人通过监控抓拍和自动语音警示语宣传，既可以进行森林防火宣传工作，同时对于进入林区的非法盗伐者进行违法犯罪记录，如果出现林火可通过监控抓拍记录锁定违法者。基于以上需求，可增设人员防盗卡口智能抓拍系统来实现上述需求，为切实做好森林防火防盗工作提供可靠依据，同时可以突出抓好森林防火宣传工作。

人员防盗卡口智能抓拍系统工作机制是，一旦有人进出探测区域通过智能图像识别技术触发报警信号，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、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，同时在联网的情况下监控中心的工作人员可与进入监控警示牌一体机探测区域的人进行远程对讲或对非法人员进行警告。

2.3.无人机监测系统需求分析

三道口林场林业基本业务工作包含：森林资源调查、森林病虫害检测及防治、森林火灾监测和动态管理、砍伐树林监测等。传统的监测管理手段已无法满足现阶段的业务要求，在三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统中可采用无人机快捷高效完成上述监测管理工作。

基于森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测管理要求，对于森林的大范围和局部的监测。可以用无人机进行大范围的森林资源调查、实时视频监控，也可以在防火防盗应急情况快速前往现场拍照或拍视频等。

因此无人机航拍系统主要用在林业智能化管理监测领域的以下几个方面：

² 森林资源调查监测

采用无人机则可以用在数公里公里的林区的监测，进行航拍监控，或者是视频录像监控，作用是获取大范围的林场的低空高分辨率影像资料，为应急救援提供数据依据。无人机灵活机动的进行林区的监测，非常适合森林消防员配备，展开时间10分钟~20分钟，熟练后可到5分钟，随时加入应急响应。

² 防火防盗应急情况发生时的观察

防火防盗发生时的观察，可以用无人机垂直起降，定点悬停在火场或防盗现场上空几百米的地方，监控火势或偷盗走向，为指挥者提供实时图像参考，可以方便的部署救火或防盗人员。

² 火灾过后的灾情评估

灾后评估与业务网管理平台GIS无缝整合，通过无人机完成火灾过后现场的航拍任务，只要把拍到的航片导入GIS管理平台，设置好精度的要求，GIS管理平台自动算出受灾的面积，提供准确的数据给需要的部门进行分析。

2.4.护林员巡查与管理系统需求分析

三道口林场森林面积大，分布广，按照科学发展观的要求，育林护林的责任重大。护林员存在面广、分散、管理难度大的问题，林业管理部门亟需对全体护林员进行在岗检查，了解护林员在岗动态情况，定期通报，形成考核，警醒护林员认真履行管护职责。

三道口林场护林人员队伍较多，面对庞大的护林员队伍，除林业管理局森林公安为正规编制工作人员，护林员绝大多数是采取聘用林区就近的本地人员作为护林员，其结构较为松散，护林员是否在岗，是否按照规定的巡护线路正常巡护，特别是在偏远林区甚至连手机通讯信号都没有，监控管理基本处于真空状态，管理难度非常大。

在护林员发现火灾时，目前只能通过电话报警，且护林员深处林区基本只能靠经验描述大概位置，很难报告火灾准确位置，这为扑救火灾带来极大的困难，造成延误时机，如果护林员所在位置无手机信号，即使发现火灾，也无法在第一时间向上报，等护林员到达能够通讯的地方上报时，因贻误战机可能已经形成了更大的火灾。

针对上述存在的问题，如何有效的管理护林员动态情况以及快速定位到火灾准确位置，首先需要解决能够实时动态定位护林员的位置，并将位置信息通过网络传回到监控中心在地图上实时展现护林员巡护路径，从而到达动态管理的目的，这就需借GPS全球定位系统和数据传输网络来解决。

在有营运商手机信号的林区，需要为护林员配备带GPS定位功能的通讯设备，通过营运商通信网络将护林员的GPS定位信息实时传回到监控指挥中心实现动态管理。

基于以上分析，应用现代化的科技手段管理和服务好森林公安及护林人员队伍、监控管理好护林设施设备、实时监控主要林区，做到上下贯通，监控有力、全市一致、服务到位，实现护林目标。

2.5.野生动物监测需求分析

监测动植物的种群对于保护濒危物种、评估管理或狩猎效果以及追踪入侵种和害虫都是至关重要的。对于百色湿地公园来说,监测是为了掌握资源和生物多样性变化的趋势，并且监测需要获得长时间可比较的数据。目前，我国林业对野生动物资源的监测主要采用样线调查的方法,记录主要保护对象的数量、分布、活动规律以及人为干扰信息等。由于野外工作中大部分的野生动物很难见到实体,因此百色湿地公园的监测大多记录动物的活动痕迹,这就要求监测人员具有较高的辨认动物痕迹的能力，同时由于没有真实的影像资料数据作为支撑，其数据存在不严谨或不完整的情况。

如何通过监测手段获取长时间可比较的数据，一种有效的方法是采用自动摄录系统用于记录动物的活动，这是因为采用自动摄录系统已有近半个世纪的历史。随着技术的进步,带红外感应器的自动监测智能自拍仪广泛用于鸟巢生态学、种群评估、行为生态学、兽类资源调查以及动物损害等研究领域。

利用野保智拍仪开展野外调查, 以摸清百色湿地公园野生鸟兽种类及空间分布, 并分析人类活动对野生动物多样性影响, 以期为百色湿地公园野外巡护监测方案和保护对策的制定提供基础数据。

2.6.环境监测系统需求分析

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，保护森林资源、维护生态平衡逐渐引起了人民的重视，人们对森林资源生态环境的关注也提高到了空前的高度，森林资源生态环境保护的已成为各级政府和林业主管部门重要任务。

森林资源环境监测是为了保障人群健康、维护生态环境和保障社会物质财富，并留有一定安全余量，对环境中有害物质和因素所做的限制性规定。同时基于林业为贯彻“预防为主、积极消灭”的防火原则，提高森林防火科技含量，使全县的森林防火工作实现由传统型的被动地设防和应急扑救为主防火向实现主动地设防和有准备地扑救的转变；由经验型的防火向科学防火和全面科学林火管理的转变。

2.7.传输网络需求分析

传输网络是构建三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统的重要组成部分，防火防盗监控视频图像、双向控制信号、报警信息、火点定位等重要信息、卡口监测系统的视频图像、图片等都需要通过网络传回到监控中心，与普通监控不同，森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统地面设备一般部署在林区内，距离监控中心都较远，需要采用有线光缆或者无线网络才能够实现远距离传输。由于森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统地面设备现在及未来需要通过传输网络承载更多的视频、图像、数据、语音等信息，所以传输网络需要采用基于IP技术的数字化网络。

传输网络选择有线光缆还是无线网络，需要根据实际情况决定，对于距离前端基站较近或者已有光缆的采用光缆，如果距离较远时需要考虑采用无线网络，无线网络根据工作频段划分有多种形式，350～850MHz频段专用于移动环境的无线微波网络系统，2.4G和5.8G用于民用无需申请的无线数字网络，10-13G专用于广电标准的无线微波网络，以及包括移动、电信的4G网络等，根据森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统地面设备的特点以及无线网络的性价比综合分析，建议优先考虑采用性价比最高的5.8G无线数字网络，这是因为专用频段的无线网络设备价格昂贵，性价比低，而且与森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统地面设备兼容和匹配不好，5.8G无线网络相对于移动、电信的4G网络来说，4G网络的带宽目前还无法满足视频监控实时传输的需要。而采用5.8G无线网络，不仅费用低而且传输带宽高，不仅可以满足现有的需要，而且也可以满足未来多种应用的需要。

在采用无线网络的森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统中，由于无线微波的技术特点是在直线可视距离的范围内进行传输，所以需要将无线微波的天线架设到铁塔基站较高的位置，由于森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统防火防盗监控铁塔基站一般都处于起伏的山区内，特别是在山区内，无线微波之间很难实现直线传输到监控中心，这就需要采用无线微波中继站点，借助微波中继站将微波信号中继后在传输到监控中心。

对于涉及到多个前端基站监控点时，先需要根据已有的铁塔基站对微波传输路径（路由）进行优化，充分利用已有的铁塔将分布在山区的无线微波站点信号进行中继传输，最后将各路无线微波信号汇聚到监控中心。

2.8.指挥中心需求分析

指挥中心是森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统重要的管理、存储、控制、监视、展示、自动报警、火点自动定位及展示等综合功能需求。通过指挥中心的一体化平台需要实现对前端防火、防盗、防虫、环境监测数据的汇集、分析、数据提炼、提交决策信息等。并通过一体化平台实现远程操作和控制前端监测点的设备进行全方位、立体监控，在指挥中心需要配置大屏幕电视墙用于展示感知网传感器采集的视频、图片、气象数据、定位等信息等。

基于以上功能需求，具体的指挥中心主要需求如下：

Ø 一体化平台：采用一体化平台完成防火、防盗、手持设备定位、林火定位、病虫害管理、护林员巡查与管理、卫星热点管理等功能；

Ø 管理、存储服务器：运行视频监控管理平台以及用于存储监控数据；

Ø 数据库服务器、三维发布服务器、Web发布服务器、客户端：运行GIS管理平台，手持设备定位、林火定位、地理信息系统海量数据汇聚、分类、存储。同时为林场提供服务的服务器群集系统；

Ø 监控及报警客户端PC机：用于前端设备管理、监控、报警的终端计算机；

Ø 操作台：安装管理服务器或PC机，便于管理人员日常管理和维护；

Ø 大屏幕展示系统：需要采用DID或DLP大屏进行拼接组成大尺寸电视墙用于显示视频监控图像等各种信息；

Ø 监视器：需要采用监视器对单路图像进行监视，嵌入电视墙，是电视墙屏幕辅助显示部分；

Ø LED屏：需要采用LED屏安装在电视墙上端用于辅助显示文字信息；

Ø 视频解码器：需要采用视频解码器将监控视频图像解码至电视墙；

Ø 交换机：需要采用交换机连接服务器、PC机、网络设备、监控设备等；

Ø 综合布线：需要对指挥中心进行综合布线实现设备联网，语音通讯、设备供电线路等；

Ø 静电地板：需要采用静电地板保护机房内的电子设备，防止电子设备自身和人体产生静电损坏电子设备；

防雷接地：需要采用至少小于4Ω的接地系统，将机房的防雷器、静电地板等设备接入接地系统。

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统总体技术框架

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统是一套集防火监测、火源管理、护林巡护定位、病虫害预防为一体的立体监控网，通过在三道口林场林区部署防火监控基站、卡口监测系统、移动终端、无人机等前端监测与采集系统，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、进出林区车辆以及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及位置信息等数据汇聚接入一体化平台，且可接入遥感卫星数据，GIS相关数据，气象数据、防火等级等数据实现同一平台的防火预警、视频监控、护林巡护、病虫害预防、卫星热点监测等功能的管理。大幅简化一体化平台复杂性，为用户提供简单易操作的统一管理界面，可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校业务管理。

系统结构如图所示：

系统架构由以下几部分组成：

n 前端监测与采集系统

前端监测与采集系统主要是由天空卫星热点监测，空中无人机巡查及监测，地面智能化防火基站预警监测和卡口监测及护林员（人）巡查及管理组成，并配套市电或太阳能供电系统、传输设备、监控铁塔/立杆、防雷接地系统等。通过“天、空、地、人”四维一体监测前端系统实现林区24小时监测、火险预警、火点定位、移动巡护、人员及车辆抓拍、病虫害预防管理等功能。

n 传输网

传输网是森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统中间环节，数据需要通过传输网接入到一体化平台必须链路，由于前端地面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，所以可灵活采取有线光缆进行传输/无线网络进行传输/采用运营商专线网/采用无线有线结合等多种组网方式构建森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统传输网。

n 指挥中心

指挥中心是构建森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统的核心部分，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，并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、病虫害防治、卫星热点管理等功能业务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、交差提取，通过计算分析，最终为个业务部门提供对应业务所需决策数据。

指挥中心主要包括一体化平台、服务器及客户端、大屏展示、辅助保障等几个部分。

为展现动态视频、定位数据、图片、卫星热点数据、病虫害数据信息需要在指挥中心构建拼接大屏展示系统，用于实时展示林业防火、火源管理、巡护、生病虫害防治、卫星热点监测管理的视频、图片、语音、定位等数据。

一体化平台主要包含一体化平台软件、服务器群、监控及报警计算机等，是开展森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统业务进行远程集中监测，分析、定位、自动报警、指挥调度等功能。

辅助保障主要包含业务网相关软硬件系统所必须的供电、防雷、数据交换等安全、辅助措施。

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统详细设计

森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统监测立体网络部署方式是以三道口林场林区森林资源为主要目标实施防火监测、火源管理、巡护定位管理等前端系统的具体部署方式如下：

Ø 森林资源全区域高空国家热点卫星监测数据智能化分析

Ø 森林资源全区域高空无人机巡航监测智能化分析

Ø 重点森林资源区域高山点部署远距离森林防火智能预警前端基站

Ø 重点森林资源区域山下车行道路关键位置部署防盗车辆抓拍智能卡口

Ø 重点森林资源区域山下进出林区人行道路部署人员抓拍智能卡口

Ø 护林员配备手持设备护林巡护定位

基于以上部署实现对三道口林场森林资源全区域从高到低建立“天、空、地、人”四维一体预防监管网。

以上部署的前端监测与采集系统的数据需要通过传输网接入指挥中心的一体化平台，由于部署的智能前端设备分散且各设备对网络性能要求不同，可借助运营商专线、移动网络或自建无线网络、有线光缆等多种方式组网，并实现前端智设备、一体化平台、省/市/区县/林场互联互通，组成三道口林场森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统传输网。

以下分别就森林防火（资源监管）“空天地人”四位一体监测系统的前端监测与采集系统、传输网、指挥中心分别进行详细设计。

前端智能化烟火预警监测基站

通过本项目前端智能化烟火预警监测基站的防火预警系统对基站附近数公里范围林区进行方位角360°，俯仰角－25°到＋90°全方位监控，通过防火预警系统的方位角和俯仰角以及镜头焦距实现火点的精确自动定位，防火预警系统内置嵌入式烟火识别系统，实现林火智能识别，一旦发现疑似烟火，林火识别系统自动识别并自动向后端监控中心发送报警信号，内置视频编码器将前端监控的视频图像编码，通过传输网络将基站的监控视频图像和各种控制信号传回监控中心。由于前段基站工作在野外还需要考虑设备的供电等问题。为了获得更好更广泛的监控视野范围，需要在基站所在位置修建铁塔，所需高度根据监控视野范围和四周植被的实际情况决定。

前端基站主要包括以下部分：

1) 智能化预警监测终端

2) 供电系统；

3) 防盗系统；

4) 防雷接地系统；

5) 铁塔基建系统；

以上五个子系统是构成前端基站的组成部分，以下为对各个子系统做详细描述

前端基站系统构成如图所示：

智能化预警监测终端

根据项目规划及项目的实际情况，在三道口林场林区内新建智能化预警监测终端。本项目采用的智能化预警监测终端采用具有创新高集成一体机设计的设备，内置可见光视频采集系统和热成像系统远程控制模块、智能AI识别系统等。具备IP66防护等级、全电路板可插拔易维护设计、整机超低功耗≤30W。

作为智能化预警监测终端，智能化预警监测终端具备智能识别功能，在监控区域出现火险时，智能化预警监测终端自动识别，自动报警。同时智能化预警监测终端具备自动巡航和手动巡航功能，日常运转的情况下，通过系统管理员设定预置位后，由系统控制智能化预警监测终端进行全天候 24 小时自动巡航，当出现可疑情况时，可由管理员手动控制智能化预警监测终端到达需要的监看位置。智能化预警监测终端还具有定位功能，配合后端 GIS 平台软件实现监测对象自动定位。通过智能化预警监测终端实现对监测区域24小时防火预警监测、林区资源监测等。

作为智能化预警监测终端内置林火智能识别探测组件和热成像组件是森林防火智能预警设备最核心的和最重要的功能，是实现传统普通森林防火监控由人工监看向智能型森林防火监控由智能设备自动监看的重要转换，采用智能设备自动监测的森林防火监控系统能够提供工作效率，减少因人工的疏忽而造成的漏报情况，智能监控系统能够实时全天候24小时监测森林防火，智能设备一旦发现疑似烟火通过系统报警平台及时为用户提供的现场信息，让用户在第一时间通过智能监控系统迅速判断，并作出相关的应急处理措施。

根据森林防火监控范围的不同，选用不同焦距智能防火预警设备，以满足森林防火监控大范围大视野监控的需要，一般情况下，1公里监控范围的选用≥100mm的球机配合智能物联网关烟火识别接入控制器，3公里的监控范围选用≥200mm的智能网络一体机，5公里监控范围选用≥300mm的智能网络一体机，8公里的监控范围选用≥500mm的智能网络一体机。