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目前市场上的森林防火视频监控系统软件功能多样,硬件【设备】参差不齐,无统一设计、生产及【应用】标准,影响了全国森林防火视频监控系统建设的统一性和业务适用性,给未来全国森林防火视频监控系统互联互通带来障碍,同时随着高清视频传输、图像识别处理等新技术的引入,可使森林防火视频监控系统性能得到有效提升。【行业】标准的制定将会加快【科技】成果的扩散,规范市场竞争秩序。

  产品发展

  三个阶段逐步走向成熟

  森林防火视频监控系统已是我国森林防火预防【监测】的重要手段之一,它的发展历经三个阶段逐步走向成熟。

  第一阶段:使用传统城市安防视频监控产品,指挥中心采取人工视频查看方式。这种方式监控范围小、图像模糊,系统不能进行识别和定位,完全依赖人工查看,仅仅解决了“看”的问题。

  第二阶段:在第一阶段基础上,视频监控系统对云台的性能进行了提升,配备了简单的烟火识别算法的功能,能够对火点进行初步定位。但系统仍存在着识别能力差、巡航时间长、火点定位误差大等问题,【设备】难以满足林区恶劣环境的防火要求,虽然能“用”但并不“好用”。

  第三阶段:随着技术的发展,视频监控系统也同步进入了智能时代。新一代前端【设备】采用高精度球型转台及完备的智能烟火识别算法,缩短了【设备】巡航时间,提高了定位精度和识别能力,系统能够实现火情的“早期发现、准确报警、精准定位”。森林防火视频监控系统进入了“易用”和“好用”的阶段。

  目前,森林防火视频监控产品品质不一,处于三个阶段的水准兼而有之。缘于此,《森林防火视频监控系统技术规范》实施,就此规范了【行业】技术标准,满足了森林防火“打早、打小、打了”的方向,对提升森林防火信息化水平具有重要意义;同时弥补了视频监控系统在森林防火【应用】中无技术标准的缺失,促进了森林防火视频监控系统建设工作的规范化和标准化。

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  指标解读

  五项指标直指防火要害

  巡航周期——全监控区域巡航周期不大于30分钟

  为尽早发现森林火情,给火灾扑救争取时间,研究认为:能够及时发现火情的最长时间不能超过30分钟。如果用于发现火情的时间过长,错过最佳扑救时机,会给森林资源造成更大的损失。从技术实现角度看,在森林防火【应用】中,以覆盖半径15公里为例,【行业】内部个别厂商的【设备】20分钟内即可完成有效识别。为此,“标准”巡航周期定义为30分钟较为适宜。

  火情识别率——漏报率不大于1%。;万公顷日误报次数不大于3

  森林防火视频监控系统主要功能是对烟、火准确而有效识别后进行报警。识别能力指标应满足:在对比度大于等于10%时,可见光最小识别烟、火能力的指标不大于10×10像素,红外热成像最小识别烟、火能力的指标不大于2×2像素。

  目前智能识别技术的发展还未能做到“完美”,在火情识别时会存在漏报和误报现象,为兼顾现有技术水平,且能够满足森林防火业务需要,“标准”要求系统的漏报率不得高于1%。。系统误报需满足值班人员可接受程度,为每万公顷日误报次数不大于3。

  定位精度——定位误差不大于100米

  在森林火灾扑救过程中,尤其是火情发生在森林面积较大的区域,判断火点的准确位置,将会直接影响到指挥与扑救人员能否选择正确的扑火路径、合理调配周围扑火资源以及掌控最佳的扑火时间。原则上,对火点定位精度的要求是误差越小越好,但因定位精度受【设备】生产加工、【工程】安装、GIS误差等主要因素的限制,为此“标准”明确了定位精度优于100米的指标,这样既考虑到了实际【应用】效果,又照顾到了【设备】生产、实施难度及系统建设成本。

  可见光和红外——系统应具有可见光烟火自动识别能力;系统应具有红外烟火自动识别能力

  目前,森林防火视频监控系统多采用可见光与非制冷红外双镜头【设备】监控方式。这种融合较为科学,主要是由于两种方式各有各自的特点。可见光系统具有图像清晰、分辨率较高、成本低的特点,与人眼视觉基本一致。白天【监测】距离远,对烟雾较敏感,通过对烟的识别,可早期发现火情。但是在浓雾、夜晚,很难完成远距离对烟的识别。在高照度天气条件下,很难完成强光及火光的判别。非制冷红外热像仪对通视热源敏感,透雾能力优于可见光,夜间判断火能力较好。但是对烟的识别不敏感,【监测】距离较近,不论白天还是夜晚,都很难完成非通视条件下的火点【监测】。

  为确保森林防火视频监控系统能全天候地完成森林防火【监测】与预警,系统宜配备可见光与红外热像仪的两种【设备】融合使用,这样可以实现对烟、火全天候地交叉确认识别。目前,有些【设备】厂商已做到了这一点,而且具备了识别算法前置、多光谱融合识别等能力。

  前端监控【设备】防护安全——整体防护等级不小于IP66;镜头、摄像机保护仓防护等级不小于IP67

  林区自然环境恶劣复杂,经常遭受着雨、雪、风沙等侵袭,要求前端监控【设备】整体防护等级必须达到IP66,方能完全防止灰尘、雨水等侵入【设备】,才不会影响【设备】的正常运行。镜头和相机是系统重要的视频采集【设备】构件,“标准”要求保护仓防护等级达到IP67,才能去除因温差变化造成的可见光视窗结露问题,同时可有效保护镜头和相机的工作环境,延长其使用寿命。

  以上火情识别率、【设备】精度、巡航周期以及光学成像的几项指标最为关键、相互制约。在系统工作时,如果没有很好的【设备】精度和良好的光学成像系统相结合使用为基础,再好的识别算法也很难体现出识别能力,无法支撑系统早期、准确发现火情。如不具备多维度融合识别能力的算法,再好的硬件【设备】也无法确保巡航周期达到要求,无法精准定位火点。因此,生产企业和防火部门在系统设计和使用时要综合考虑这些关键因素。

  建设保障

  确保投资效益和安全运营

  由于我国森林面积广阔且大部分处于无人区,多数没有通信与供电系统。在森林防火视频监控系统建设过程中,传输、供电系统及【工程】基础建设的投资占比非常高,在充分保证【监测】覆盖范围的前提下,优先使用大半径的视频监控【设备】,将会减少建设投资成本及后期运营维护成本。同时使其能兼顾无线通信【设备】、无人机中继【设备】、小气象【设备】等【设备】的【应用】,提升【监测】站的运营安全性、智能化水平,以提高系统的整体使用效益。

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  发展趋势

  提升技术能力展现更好前景

  由于《森林防火视频监控系统技术规范》首次颁布实施,为照顾更多的生产企业能够实现达标,“标准”兼顾了当前的现实水平。但可以预见,随着【行业】发展水平的提升,伴随着森林防火现代化推进步伐的不断加快,标准也会随形势不断提高。因此,这里特别介绍一些目前在国内【行业】发展较为先进的产品和技术,与大家分享。

  球形转台:森林防火视频监控系统前端【设备】的工作环境与边防海防工作环境相类似。边防海防系统的监控技术要求,在领域超过3公里以上监控半径的【应用】时,要满足识别车辆与人等目标的定位精度及抗风能力要求,规定宜采用球型转台【设备】。因为,球形结构任意方向的风载系数基本均等,受各方向风力影响最小,在相同风力环境下比常见的云台式结构抗风能力更强。同时,球型转台采用高精度伺服控制系统,相较于云台其转速更快,定位精度更高。因此,建议森林防火视频监控前端【设备】可参考军工产品设计理念,提升技术整体【应用】能力。

  算法前置:智能图像识别算法结合高精度球型转台是保障火情准确识别、精准定位的关键。前端【设备】采用嵌入式识别算法,系统在识别算法运行的过程中,因为图像无需经过压缩和传输,质量无损,可极大提升识别能力。在带宽有限或网络传输中断的情况下,仍能在本地正常运行并【监测】火情,同时将火情报警信息存储于前端。另外,【设备】采用嵌入式硬件设计,简化了火情识别的硬件系统,使结构更加紧密、稳定性更高。由于前端嵌入式算法设计对生产厂商的研发技术能力要求非常高,目前【行业】内只有极少数厂商完成了此项技能的突破。纵观技术发展,算法前置是解决烟火识别准确度的关键,也是森林防火视频监控智能化演进的必经之路。

  标准化设计:目前,全国的森林防火视频监控建设多以基层为中心,并未实现由县到市、市到省等多级系统联网。前端硬件的标准化、开放性和兼容性设计是实现视频监控系统联网的前提,也是实现森林防火统一指挥、统一调度的基础保障。

  标准化是推进国家治理现代化的重要手段,《森林防火视频监控系统技术规范》等标准的实施,为我国森林防火工作走向现代化注入了“新风”,【我们】祝愿有更多林业领域的标准出台,以加快实现林业建设发展的现代化。

森林防火监控预警决策系统

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