林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在廣西國有高峰林場的應(yīng)用評價

何蕓

摘 要 為加強(qiáng)林場森林防火預(yù)警監(jiān)測，減少森林火災(zāi)發(fā)生，有效控制火災(zāi)蔓延，廣西國有高峰林場全力推進(jìn)林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)項目建設(shè)，通過在林場場部設(shè)立林火視頻指揮中心，建設(shè)視頻監(jiān)控管理指揮平臺，在9個重點林區(qū)的10個監(jiān)控點位安裝4K超高清可見光和近紅外雙光同步監(jiān)測攝像頭等裝備，加強(qiáng)林場對重點林區(qū)、火災(zāi)多發(fā)區(qū)、高火險區(qū)和旅游景區(qū)的預(yù)警監(jiān)測，強(qiáng)化林火信息傳遞數(shù)據(jù)的直觀性和準(zhǔn)確性，提高森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警和合成指揮的有機(jī)統(tǒng)一性。從林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)置、應(yīng)用情況分析等4個方面切入，探尋林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際運(yùn)行中的優(yōu)點和不足，為國有林場的預(yù)警監(jiān)測能力建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞 預(yù)警監(jiān)測；重點林區(qū)；森林火災(zāi)；廣西國有高峰林場

中圖分類號：S762.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.12.029

林火監(jiān)測是森林防火工作的重要環(huán)節(jié)，是及時發(fā)現(xiàn)火情和科學(xué)撲救森林火災(zāi)的重要手段。長期以來，廣西國有高峰林場（以下簡稱為高峰林場）的森林防火預(yù)警監(jiān)測主要依靠望火樓瞭望和護(hù)林員巡邏巡護(hù)，預(yù)警監(jiān)測面臨時效性不足、覆蓋面不夠的問題。本研究以高峰林場為例，探討基于林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用評價，探尋系統(tǒng)在實際運(yùn)行中的優(yōu)點和不足，為國有林場的預(yù)警監(jiān)測能力建設(shè)提供有益參考。

1 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

高峰林場創(chuàng)建于1953年，是自治區(qū)林業(yè)局直屬公益二類事業(yè)單位。林場總經(jīng)營面積10.00萬hm2，森林蓄積量700萬m3，森林覆蓋率達(dá)87.50%。林場經(jīng)營面積覆蓋廣西12個市、52個縣（區(qū)）。林場下設(shè)

13個營林分場、8個對外造林部。其中，13個營林分場環(huán)繞分布在南寧市北面，域跨南寧市青秀區(qū)、興寧區(qū)、西鄉(xiāng)塘區(qū)、武鳴區(qū)和賓陽縣、上林縣，承擔(dān)著城市重要的生態(tài)建設(shè)任務(wù)。

高峰林場建設(shè)有1支52人的專業(yè)森林消防隊和21支共455人的半專業(yè)森林消防隊，護(hù)林員有178人，檢查站11座，在9個分場建設(shè)有9個望火樓。林場的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測主要方式是護(hù)林員巡山巡護(hù)和望火樓瞭望。林場當(dāng)前的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測面臨的主要問題表現(xiàn)在以下3個面。1）林場經(jīng)營林地面積較大，林區(qū)基本無信號，而且林區(qū)道路崎嶇，護(hù)林員開展巡山巡護(hù)時只能徒步或騎摩托車入山，巡護(hù)覆蓋面較小，發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)時護(hù)林員需要立即折返才能傳遞火情信息，加之火場情況瞬息萬變，火情信息傳遞存在滯后且準(zhǔn)確性不足的問題，難以進(jìn)行有效的實時預(yù)警。2）林場部分望火樓年久失修，達(dá)不到基本的工作和住宿條件，不能安排人員全天候值守，難以實現(xiàn)對重點林區(qū)全時段開展森林火情瞭望的工作目標(biāo)。巡山巡護(hù)和望火樓瞭望一般安排在白天，夜間無法對林區(qū)森林火災(zāi)實行有效監(jiān)測和預(yù)警。3）而且望火樓瞭望對監(jiān)測人員工作經(jīng)驗的要求較高，且受瞭望塔數(shù)量和林區(qū)地形地勢的限制，存在監(jiān)測盲區(qū)[1]。森林火災(zāi)初期火勢較小時，僅依靠肉眼瞭望難以準(zhǔn)確分辨早期火情，易貽誤森林火災(zāi)關(guān)鍵撲救時機(jī)。

多年的研究與實踐表明，林火監(jiān)測的及時和準(zhǔn)確是減少森林火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵，是實現(xiàn)“打早、打小、打了”的有力保障[2]。引入全天候、高聯(lián)動、廣覆蓋的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)成為高峰林場森林資源保護(hù)的迫切需求。為加強(qiáng)森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測能力，林場推進(jìn)了林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，在林場總部設(shè)立林火視頻監(jiān)控指揮中心，在高峰森林公園和部分分場重點林區(qū)共10個監(jiān)測點位安裝林火視頻監(jiān)控裝備，實現(xiàn)對重點林區(qū)和森林火災(zāi)頻發(fā)區(qū)的全面監(jiān)控，做到森林火情的早期智能識別。同時，該林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)林區(qū)內(nèi)各重點防火區(qū)域之間森林防火的信息互通、資源共享，林場各相關(guān)單位和部門能夠有效、快速地進(jìn)行森林火災(zāi)救援的統(tǒng)籌規(guī)劃、資源調(diào)配和人員調(diào)度。

2 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1、2所示，高峰林場林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端、云端和監(jiān)控指揮中心三部分構(gòu)成。建設(shè)主要部分為視頻采集裝備、“端-云”監(jiān)測架構(gòu)、管理軟件平臺、監(jiān)控指揮中心和云值守。

2.1 視頻采集裝備

在高峰森林公園高峰閣、大塘分場、軍山分場、桃源分場、萬盤分場、東升分場、長客分場、銀嶺分場和延河分場的預(yù)警監(jiān)控點位安裝了10個4K超高清可見光和近紅外雙光同步監(jiān)測攝像頭。攝像頭安裝在視高30 m位置，監(jiān)測攝像頭能在可見光和無光環(huán)境下運(yùn)行，預(yù)警監(jiān)測半徑5 000 m，能360°旋轉(zhuǎn)進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控，每個攝像頭有效預(yù)警監(jiān)控面積約為30 km2，總預(yù)警監(jiān)控面積為300 km2。為做好視頻采集系統(tǒng)建設(shè)工作，已同步安裝太陽能供電設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)專線、無線網(wǎng)橋、智能防雷箱、云臺固定支架及數(shù)字云臺等裝備和設(shè)備。

2.2 “端-云”監(jiān)測架構(gòu)

在預(yù)警監(jiān)控點位建設(shè)了10套云端識別服務(wù)器和10套前置林火視頻分析器。根據(jù)林區(qū)地貌和森林火災(zāi)發(fā)生特點，系統(tǒng)使用了較為先進(jìn)的算法，能有效應(yīng)對復(fù)雜場景和低光線場景。主要算法特征包括。1）場景抗干擾能力。能較好識別雨、霧、人、車、樹枝晃動、燈光、物體反光、飛鳥和蚊蟲等干擾因素，且排除500余種干擾因素的不同組合。2）抗云霧識別算法。南方林區(qū)經(jīng)常性出現(xiàn)大霧、團(tuán)霧天氣，團(tuán)霧、大霧和林木起火引發(fā)的燃燒煙霧有較為相似的場景，系統(tǒng)引入抗云霧識別算法，并依據(jù)監(jiān)測場景進(jìn)行監(jiān)測配置和識別調(diào)整。3）抗低能見度識別算法。能解決場景對比度小于10%情況下的煙火識別問題。4）場景理解算法。系統(tǒng)能自動劃分監(jiān)測場景，判別需要監(jiān)測的區(qū)域，盡量排除公路、廠區(qū)、河流等非林區(qū)場景。

2.3 指揮中心和軟件平臺管理系統(tǒng)

在林場場部建設(shè)了一個林火視頻指揮中心，裝載一套管理服務(wù)器和相關(guān)硬件設(shè)備。系統(tǒng)裝載有軟件平臺，集成了視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)和移動巡護(hù)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)能向各監(jiān)控單位和用戶下達(dá)各種指令。開展巡護(hù)工作時，能規(guī)劃注冊護(hù)林員的巡護(hù)面積、巡護(hù)路線和重點巡邏的森林防火設(shè)施和區(qū)域。撲救森林火災(zāi)時，能基于系統(tǒng)基層監(jiān)控區(qū)域地形圖，運(yùn)用系統(tǒng)準(zhǔn)確標(biāo)注森林火災(zāi)起火點坐標(biāo)、高度，計算火場面積，規(guī)劃撲救隊伍撲救路線，并實時傳輸?shù)綋渚热藛T手機(jī)端進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配。

2.4 云值守

云值守由建設(shè)第三方提供全天24小時人工森林火情信息識別。系統(tǒng)工作時，位于前端的監(jiān)測攝像頭將圖像數(shù)據(jù)通過專線傳回中心服務(wù)器，通過算法進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測和排查，對于已經(jīng)明確為林火的數(shù)據(jù)回傳到系統(tǒng)指揮中心、各前端平臺系統(tǒng)和系統(tǒng)登錄用戶預(yù)警處理。對于系統(tǒng)不能明確判斷的數(shù)據(jù)，回傳到第三方提供的云值守服務(wù)，由人工進(jìn)行數(shù)據(jù)二次核查和判斷，再回傳林場指揮中心，減少因誤報產(chǎn)生的林場人工核查工作量，提高林火信息預(yù)警準(zhǔn)確率。

3 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)置

3.1 林火視頻監(jiān)控功能

實現(xiàn)對重點林區(qū)、森林火災(zāi)頻發(fā)區(qū)全天候、全時段的實時監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)并識別火情，將火情信息傳送至指揮中心、云端和各登錄系統(tǒng)用戶，暢通“從上至下”的信息傳遞渠道，指揮中心能根據(jù)火情信息和預(yù)案調(diào)配隊伍開展火情撲救。在信息化監(jiān)測預(yù)警信息的支持下，撲救人員可快速發(fā)現(xiàn)火情且采取撲救措施[3]。同時，及時發(fā)現(xiàn)并處理復(fù)燃區(qū)域，避免二次火災(zāi)帶來更大的損失[4]。

3.2 巡查巡護(hù)火情上報

巡護(hù)人員發(fā)現(xiàn)火情和突發(fā)狀況時，通過系統(tǒng)能第一時間將火情信息、發(fā)生地坐標(biāo)、圖片、視頻等材料上報系統(tǒng)，指揮中心能第一時間獲取前方準(zhǔn)確和直觀的火情信息，暢通“從下至上”的信息傳遞渠道。

3.3 管理、指揮和調(diào)度

撲救森林火災(zāi)時，通過系統(tǒng)指揮中心和指揮人員可以對林區(qū)火災(zāi)區(qū)域的火情進(jìn)行實時監(jiān)測，運(yùn)用系統(tǒng)加載的剖面分析、通透分析、坡度分析、等高線圖和面積測算等功能，準(zhǔn)確標(biāo)注森林火災(zāi)起火點坐標(biāo)、高度，計算火場面積，分析火情分布和蔓延方式，及時研究投放人員布局和撲救路線。同時，可以實現(xiàn)林區(qū)內(nèi)各重點防火區(qū)域之間森林防火的信息互通、資源共享，相關(guān)部門能夠有效、快速地進(jìn)行森林火災(zāi)救援的統(tǒng)籌規(guī)劃、資源調(diào)配和人員調(diào)度。

3.4 巡查巡護(hù)管理

開展巡護(hù)工作時，能根據(jù)工作需要，對巡護(hù)人員巡護(hù)路線、時間、區(qū)域、面積進(jìn)行規(guī)劃和管控，能標(biāo)注巡護(hù)的重點路線、區(qū)域和設(shè)施，實時對巡護(hù)路線進(jìn)行跟蹤和記錄，對全體或個別巡護(hù)人員發(fā)出重點提示和任務(wù)完成信息。確保巡護(hù)人員高質(zhì)量完成林區(qū)巡護(hù)管理工作。

4 林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)于2022年11月完成建設(shè)并全面投入應(yīng)用，截至2023年4月下旬，使用時間已基本覆蓋廣西重點森林防火期。根據(jù)使用情況分析，該系統(tǒng)能較為準(zhǔn)確地識別和預(yù)警監(jiān)控區(qū)域火情，區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)的，能無遺漏地進(jìn)行預(yù)警。

如表1、2所示，系統(tǒng)使用期間共發(fā)現(xiàn)火情警報7 370起，其中，異常煙火報警為6 929起，實警報警為441起，異常煙火經(jīng)核實主要由工業(yè)區(qū)生產(chǎn)、林區(qū)祭祀、居民區(qū)用火、農(nóng)業(yè)區(qū)作業(yè)構(gòu)成。經(jīng)核查，森林火情警報實警1起，已派員撲滅。在7 370起火情警報中，重復(fù)報警3 467起，重復(fù)率達(dá)47.04%。投入使用以來，林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)接收護(hù)林員巡邏巡護(hù)上報火情和突發(fā)事件272起，均已根據(jù)預(yù)案全部妥善處理。

根據(jù)使用情況分析，目前林場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還存在以下不足。1）存在較高的誤報率。系統(tǒng)對大霧和團(tuán)霧等干擾因素的識別能力不足。尤其是在雨天和清晨，經(jīng)常出現(xiàn)將煙雨和大霧等干擾因素識別為森林火災(zāi)燃燒煙霧的情況。2）重復(fù)警報問題。森林火情反饋至指揮中心后，對經(jīng)指揮中心多次實地核查已排除該地森林火情，實際為林區(qū)外廠房煙囪排煙、村屯垃圾焚燒點等情況的，林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)不能有效標(biāo)注，仍反復(fù)多次對同一非林火事件進(jìn)行警報。3）超范圍預(yù)警監(jiān)控。每個監(jiān)控攝像頭劃定的監(jiān)控范圍為

300 km2，在林緣地帶，監(jiān)控系統(tǒng)不能有效對林區(qū)內(nèi)外分界線進(jìn)行精準(zhǔn)識別，經(jīng)常對超出林區(qū)范圍的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警。4）預(yù)警監(jiān)控面不足。目前，林場只在高峰森林公園等人員密集區(qū)域和部分分場的重點林區(qū)裝載監(jiān)測攝像頭和拉設(shè)專線，林火預(yù)警監(jiān)控的覆蓋面還不夠，超出監(jiān)控區(qū)域的森林火情仍主要依靠人工巡護(hù)預(yù)警。

5 結(jié)語

總體而言，自林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面投入應(yīng)用以來，森林防火效果顯著提升。1）豐富了林場森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測手段，是人工巡護(hù)和瞭望等傳統(tǒng)預(yù)警監(jiān)測方式的重要補(bǔ)充，有效提升了林場森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測和森林火災(zāi)處理能力。2）有效提升高峰林場森林防火的聯(lián)動指揮調(diào)度能力，實現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)各重點防火區(qū)域之間森林防火的信息互通、資源共享，各相關(guān)部門能夠有效、快速地進(jìn)行森林火災(zāi)救援的統(tǒng)籌規(guī)劃、資源調(diào)配和人員調(diào)度。3）提升高峰林場森林防火的信息處理能力。提高了火情信息上傳下達(dá)的效率和準(zhǔn)確度，同時，林場林火視頻監(jiān)控指揮中心依托大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算和人工智能等多門前沿科學(xué)技術(shù)，成為先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用中心。4）有力推動高峰林場森林防火的智慧化建設(shè)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺不僅具備收發(fā)、展示和處理林火相關(guān)數(shù)據(jù)的能力，而且所有數(shù)據(jù)均采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，使得數(shù)據(jù)在各業(yè)務(wù)部門間能夠良好流通使用，促進(jìn)林場繼續(xù)向“智慧林場”邁進(jìn)。森林火災(zāi)管理數(shù)據(jù)向相關(guān)方的良好反饋，有利于形成積極反饋與改進(jìn)的良性循環(huán)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)森林控制火管理的目標(biāo)[5]。

林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)要根據(jù)當(dāng)前使用中發(fā)現(xiàn)的問題不斷進(jìn)行優(yōu)化。1）加強(qiáng)系統(tǒng)算法的優(yōu)化。特別是在抗大霧、團(tuán)霧等干擾因素的算法方面要進(jìn)行優(yōu)化，要根據(jù)監(jiān)控地的具體情況進(jìn)行優(yōu)化學(xué)習(xí)。降低火警信息誤報率，對于重復(fù)出現(xiàn)的非林火干擾信息減少人工核查量。2）加強(qiáng)培訓(xùn)學(xué)習(xí)。組織營林單位一線職工對系統(tǒng)的操作進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核，盡快掌握系統(tǒng)各項功能，確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)能較好地發(fā)揮作用。3）加強(qiáng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋面建設(shè)。在林場重點林區(qū)、歷史火災(zāi)高發(fā)區(qū)、墳?zāi)咕奂瘏^(qū)和重要防火設(shè)施增加前端監(jiān)控攝像頭，不斷提高監(jiān)控覆蓋面，提高監(jiān)控準(zhǔn)確度。

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（責(zé)任編輯：張春雨）