中國森林火情視頻監測系統建設探討

鄒全程　閆平　王生杰　于千淼　慕曉煒

摘要： 森林防火設施是開展森林防火工作的基礎保障，其中火情監測設施是實現森林火災“早發現”的關鍵環節。本文以我國森林火情視頻監測系統為研究對象，在全國重點森林防火單位廣泛調研的基礎上，總結出當前林火監測設施建設現狀與局限，并據此分析出今后林火視頻監測系統建設的項目構成：即前端、網絡傳輸和監測控制中心3大系統及其28子項100個可選分項的具體內容，同時討論了相關的建設要點，旨在為全國林火視頻監測設施建設提供參考。

關鍵詞： 森林防火； 視頻； 監測系統

中圖分類號： S 762. 3 + 2 文獻標識碼： C

森林作為陸地生態系統的主體， 在維護國土生態安全和統籌山水林田湖綜合治理中占有基礎地位，為人類生存發展提供著不可替代的生態福祉。目前，我國森林覆蓋率為21.63%，總體上仍是一個缺林少綠、生態脆弱的國家，森林覆蓋率遠低于全球31%的平均水平[ 1 - 3 ]。全國森林火災發生次數雖實現了連續7年的下降[ 4 ]，但防火總體形勢仍不容樂觀，特別是近年受全球氣候異常的影響，我國局部干旱、高溫、大風等極端天氣明顯增多，森林防火成果是在較高的人力、物力投入下取得的，缺乏體系性支撐與協調，可延續性有待觀察，可預見在未來一定時期內森林防火工作仍將面臨較大壓力。森林火災突發性強、破壞性大、危險性高，是全球發生最頻繁、處置最困難、危害最嚴重的自然災害之一，是生態文明建設成果和森林資源安全的最大威脅[ 5 ]，而森林防火設施則是開展森林防火工作的基礎保障。

1987年以前，我國林區森林防火設施薄弱，撲火裝備缺乏，相當數量地區近乎空白，道路交通、通信設備、氣象服務等也十分落后。“5·6”大火后，國家和各地不斷加大森林防火投入力度，在全國范圍內更新改造瞭望監測系統、信息指揮系統、預測預報系統，建設隔離帶網，購置先進的撲火裝備，截至2016年，全國火情瞭望覆蓋率68.1%[ 5 ]。火險預警是預防工作的先導，林火監測是實現森林火災“早發現”的關鍵環節，須充分利用現有鐵塔、電力、網絡等公共資源，采用先進的紅外探測技術、高清可見光視頻技術、智能煙火識別等成熟技術，力爭實現森林火情24小時不間斷探測和自動報警，實現我國森林火災預防體系更加健全、撲救體系全面加強之目的。

1 研究內容

1. 1 調查范圍

根據全國森林防火規劃（2016～2025年）將全國范圍內（不含港、澳、臺）151個森林火災高危區和1 418個森林火災高風險區中的重點縣級行政單位作為研究對象，采取函調、實地典型調查、座談會和問卷調查的方式進行數據收集。

1. 2 調查內容

森林火情視頻監測系統的調查因子以住房和城鄉建設部、國家發展和改革委員會2009年11月1日起施行的《森林火情瞭望監測設施建設標準》為基本參考依據，將森林防火視頻監測系統主要包括的基礎設施、供電設備、信息采集設備、數據傳輸設備、圖像處理分析設備、避雷設備和地面監控設備等作為主要調查內容。

1. 3 調查方法

在全國范圍內，特別是東北和西南森林防火重點區域， 進行了森林火情視頻監測系統建設現狀及未來需求的分析工作。研究結論既體現出不同地域有代表性的基層林業部門或生產經營單位現實需求， 又結合了國內重點森林防火視頻監控系統設備廠商科技支撐能力。

2 林火監測現狀與不足

2. 1 森林火情監測技術現狀

目前，我國用于森林火情監測的主要技術手段有：塔（臺）人工瞭望、地面巡護、森林航空巡護、衛星遙感、地面電子監控[ 6 ]，其特點如下：

2. 2 森林火情監測技術應用局限

2. 2. 1 政策保障機制

目前我國已初步建立起多層級、廣域覆蓋、經濟適用、具備一定技術水準的林業防火組織體系和火情監測預警系統，但林業防火建設在總體規劃布局、資金投入分配和技術應用等方面還存在諸多不平衡性，各區域各部門間的發展層次和方向也參差不齊，難于形成綜合防控的最大合力，整體水平與林業發達國家仍有相當差距[ 7 - 10 ]。

2. 2. 2 技術經濟層面

由于瞭望塔（臺）通常建設在林區制高點，如山頂、坡頭之上，普遍存在施工環境嚴苛、運輸條件差等問題，甚至大量建筑材料需要完全依靠人力畜力進行長距離運輸，形成瞭望塔（臺）建設難度大、工期長、造價居高不下的局面；瞭望塔（臺）普遍存在配套設施不完善的問題，供電、供水、餐宿、通信和采暖等基本條件難以得到可靠保障，值守人員的工作生活條件比較艱苦，瞭望塔（臺）僅能保障值守人員在防火期內短期的駐留和生活。總體來看，全國大面積林區瞭望塔數量不足，配套生活設施簡陋，林火視頻監控系統應用水平不高。

2. 3 森林火情監測技術發展趨勢

通過多年現代化森林防火實踐，可以預見在未來林火防控工作中，高效的“技防”必將結合甚至逐步取代傳統的“人防”，并呈現向著立體、可視、精確、快速反應、智能化方向不斷發展的趨勢[ 11 ]。

時下的視頻監控技術有力推動了森林防火信息化發展，一是因通用安防視頻監控領域日臻成熟的技術成果不斷地向其他行業滲透；二是適合森林防火特殊應用需求及環境的煙火圖像識別、精密伺服驅動定位、GIS等相關技術的迅速發展[ 11 ]。林火監測主要技術形態也由傳統的火源卡口視頻監控攝錄系統，逐漸發展成能夠在多個特征頻譜段工作，具備遠程視頻探測能力，實現精密地理定位功能，具有良好環境適應性的專用森林防火視頻監測系統[ 12 - 15 ]。此外，一些系統還實現了與指揮決策、音視頻會議、通信網絡、自動環境監測、資源監管及辦公等系統的深度整合，成為一套完整的、集視頻圖像采集和分析處理、分發存儲、通信調度、火情定位預警、輔助指揮決策等功能于一體的綜合性森林火情監測預警系統。

3 林火視頻監測系統建設構成

將2009～2014年全國累計實有瞭望塔（臺）總座數及當年總座數與各年度火災總次數及火場總面積疊加分析，得出火情監測設施與林火發生的次數和面積呈一定程度的負相關（圖1）。考慮到各類林火地面電子監控系統在建設項目構成上有一定的相似性，為突出重點，本文以專用的森林火情視頻監測系統為研究對象介紹[ 16 - 21 ]。

森林火情視頻監測系統是通過前端監控設備對監測范圍內的森林進行全天時監測，對火情進行自動識別和報警，使指揮控制中心工作人員能夠準確掌握森林防火情況，確保森林防火安全，因此整體系統建設構成應至少包含前端系統、網絡傳輸和監控中心3個部分（表2）。本文所指項目為基本構成要素，在實際具體工程建設中則可能僅涵蓋其中一部分或大部分項目，另外各廠商的設備功能形態不盡相同，一種設備或系統有可能兼有多種設備的功能或者某一功能需要多種設備來實現，因此項目構成更強調的是設備功能屬性的集合而不特指某一具體設備。

由于森林火險區的自然、地理和原有建設基礎等情況差異較大，本文只給出各分項建設內容的參考（表3～表5），建設單位需根據本地森林火情瞭望監測設施工程建設的實際情況，有重點、有選擇地對項目建設構成表所列內容進行調整。如：前端系統中光伏供電系統的太陽能電池陣列、太陽能支架、太陽能支架基礎、光伏設備安裝4個分項選擇內容不需要全部建設，根據環境與需求情況選配即可。

地面森林火情視頻監測技術作為一種新型的、頗具發展前景的林火監測手段，在未來的森林防火工作中必將扮演著更加重要的角色，由于森林火情監測基礎設施建設涉及多種技術形式，各種監測技術在具體建設上也差別較大，因此在實際建設中還應注意以下問題（表6）。

4 討論與建議

森林火情瞭望監測設施是林火預防工作的先導，隨著我國森林防火工作的迅速發展，對森林火情瞭望監測手段和能力都提出了更高的要求。本文以林火視頻監測系統建設為研究對象，在我國森林防火重點地區和單位的調查研究基礎上，結合以往建設成效及行業專家意見，給出今后林火視頻監測系統詳細建設構成參考，并提出建設要點，旨在為維護國家生態安全和森林防火工作的需要、規范和加強森林火情瞭望監測設施建設、提高林火監測設施工程項目決策和建設的科學管理水平、有效增強預警和監測森林火災的能力提供核心支撐和技術支持。

參考文獻

[1] 國家林業局. 中國林業統計年鑒2015[M]. 北京： 中國林業出版社， 2016.

[2] 國家林業局. 中國森林資源報告2009-2013[M]. 北京： 中國林業出版社， 2014.

[3] 國家林業局. 中國林業發展報告2016[M]. 北京： 中國林業出版社， 2016.

[4] 李新華. 我國森林火災發生數連續7年下降[N]. 中國綠色時報， 2016-1-20（1）.

[5] 國家林業局. 全國森林防火規劃（2016-2025年）[Z]. 2016.

[6] 趙宏江， 江西軍， 袁鵬. 美國林務局機載紅外林火探測系統綜述[J]. 森林防火， 2010（1）： 52 - 57.

[7] 吳占杰. 黑龍江省森林防火規劃建設的實踐與探索[J]. 森林防火， 2015（4）： 22 - 24.

[8] 江西省人民政府森林防火總指揮部辦公室. 落實責任 強化基礎 全面加強森林防火能力建設[J]. 森林防火， 2012（1）： 5 - 6.

[9] 翟洪波， 趙鵬武， 胡耀升， 等. 全國森林重點火險區建設研究[J]. 林業資源管理， 2015（3）： 96 - 103.

[10] 敖孔華. 加強我國森林防火能力建設的幾點思考[J]. 森林防火， 2007（4）： 10 - 11.

[11] Chen Lanlan.Forest Fire Monitoring System Design based on Wireless Sensor Network[J].Journal of Convergence Information Technology， 2013（6）：1 - 8.

[12] 葉兵. 國內外森林防火技術及其發展趨勢[D]. 北京： 中國林業科學研究院， 2000.

[13] 潘肖儒， 李德湘， 朱建英. 網格化管理在景寧縣森林消防中的應用與實踐[J]. 華東森林經理， 2014， 28（4）： 17 - 19.

[14] 王海忠.夯實基礎做好森林防火這篇大文章[N]. 中國綠色時報，2016-8-30（1）.

[15] 何海寧. 森林防火監測技術綜述[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2011（14）：1 - 2.

[16] GB 50343-2012. 建筑物電子信息系統防雷技術規范[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2012.

[17] GB 50057-2010. 建筑物防雷設計規范[S]. 北京： 中國計劃出版社， 2011.

[18] GB 50689-2011. 通信局（站）防雷與接地工程設計規范[S].北京： 中國計劃出版社， 2012.

[19] GB 50135-2006， 高聳結構設計規范[S].北京： 中國計劃出版社， 2007.

[20] GB 5104-2015. 建筑地基基礎工程施工規范[S].北京： 中國計劃出版社， 2015.

[21] Li Xiaoling.Forest Fire Monitoring System Based on Image Analysis[J].Advanced Materials Research， 2011， 1286（267）： 155 - 159.

第1作者簡介： 鄒全程（1984-）， 博士研究生， 高級工程師。從事林業生態工程咨詢等相關工作。

收稿日期： 2018 - 06 - 06

（責任編輯： 李 丹）

Abstract Forest fire prevention facilities are the basic guarantee for forest fire prevention work. And the fire monitoring facilities are the keys to realize the 'early detection' of forest fires. Based on the extensive investigation of forest fire prevention units in China， we summarize the current situation and limitations of forest fire monitoring facilities and analyze the future construction of forest fire video monitoring system. This project consists of the three major systems of front-end， network transmission and monitoring / control center and 100 sub-items of its 28 sub-items. Relevant construction points are also discussed to provide reference for the construction of national forest fire video monitoring facilities.

Key words Fire prevention； Video； Fire monitoring system