林區邊境用邊防人員防越界裝置實踐方案研究

曹 陽 于 凱 尹相振 叢 林 胡 倩

（東方紅林業局有限公司，黑龍江雞西 158100）

0 引言

邊防是國家之間溝通的門戶，也是保衛祖國安全的第一道防線。東方紅林業局有限公司烏蘇里江中俄邊境地理環境與自然環境復雜，普遍監控所使用的手段，大多依然是利用人工巡檢、望遠鏡等傳統方法，傳統邊境監控手段已經較為落后，不能滿足東方紅林業局有限公司對無電無網復雜環境下無人值守視頻邊防監控保衛工作的實際需求。

1 林區邊境用邊防人員防越界分析

東方紅林業局有限公司烏蘇里江中俄邊境地理環境與自然環境復雜，普遍監控所使用的手段，大多依然是利用人工巡檢、望遠鏡等傳統方法，極有可能導致邊防工作疏忽，使不法分子偷入國境，影響公民及國家安全。并且該地區位于中國東北地區，森林資源豐富，但冬季氣候寒冷，人工巡邏較為困難，隨著科學技術的不斷進步，傳統邊境監控手段已經遠遠落后于現實情況的發展，不能滿足東方紅林業局有限公司對無電無網復雜環境下無人值守視頻邊防監控保衛工作的實際需求[1]。

2 林區邊境用邊防人員防越界裝置的功能

2.1 實時控制與遠程交互

防越界裝置需要具備簡潔、直觀、友好的人機交互界面，并且能夠遠程控制前端監控設備實現360°全方位轉動，同時需要具有不規則預警區域以及報警區域設置、預置點設置、前端抗干擾功能設置、參數設置、自定義信息字幕疊加以及移動全景拼接設置等功能。前端監控站能夠支持同一時間同一監控點多用戶查看功能，支持以權限為優先級對監控站進行實時控制。各監控站能夠與監控中心隨時建立聯動，并且能夠全天候受控于監控中心，監控中心能夠通過地面無線傳輸系統和視頻系統，實現數據與視頻信號的隨時接駁。前端監控站采用數字化嵌入式視頻服務技術，實現指定通道、指定設備隨時監控。

2.2 自動響應與模式識別

基于本系統使用的地理位置，前端監控站需要具備克服夜間以及嚴寒氣候環境的能力，具備星光級監控功能，具備模式識別能力。首先，對模式庫進行定義，能夠根據智能識別算法，區分出人群、動物、地貌，對地貌以及動物等不做反應，對越界人群放出廣播警示。其次，系統還應該具備單人、人群、人物識別算法，可以根據系統預設的時間段，統計監控區內越界人員信息，并根據不同人員入侵信息啟動相應級別的反應機制，前端監控設備需要隨著人員走向改變監控角度的跟蹤功能。另外，系統還應該具備突發信息傳輸、觸發式錄像、壓縮等功能，支持無電無網狀態下，信息實時傳輸的功能。

2.3 信息存儲與檢索播放

前端監控站能夠實現報警觸發、手動、定時等多種手段，啟動前端監控設備錄像與相關視頻信息的存儲功能。另外，將視頻信息存儲在監控中心與前端監控站的硬盤中，存儲時長最少為兩個月。對長期保存的視頻信息，利用專門的存儲設備進行儲存備份，而對于因為斷電、斷網等原因導致的無法及時獲取的視頻信息，在能源恢復后，可以更換前端監控站臨時存儲設備或者人工下載更新。在相關視頻信息上傳至平臺數據庫時，需要附帶如時間、地點、設備以及報警信息的相關檢索信息，并且支持視頻信息跨平臺下載，能夠實現視頻信息的正常播放、逐幀進退、下載儲存等功能，支持多用戶同一時間點播同一視頻信息[2]。

2.4 授權認證與權限管理

監控中心和前端監控站需要具備認證服務器與用戶管理功能，具備接入系統用戶的認證以及授權功能，具備用戶權限管理功能。用戶操作設備的權限、數據訪問的權限、程序使用的權限都由用戶權限管理模塊定義，設定權限優先級，保證高級別優先使用。監控中心具備查看轄區范圍內視頻信息的權利，如需查看其他轄區的視頻信息，需進行權限申請。另外，前端監控站需要根據實際情況，保證多用戶控制，高級別優先對前端監控站進行獨占性控制。

2.5 設備管理與環境監測

監控中心能夠實現設備實時管理與檢測，通過液晶顯示器能夠直觀看到系統的整體情況，并且針對系統出現的故障、報警等異常狀態給出提示，對轄區范圍內的監控中心以及前端監控站附近的環境進行監測，包括但不限于車輛、船只、結冰、火情等情況，實現設備參數以及運行情況的遠程查看、下載、上傳配置信息等，實現設備的遠程養護。對轄區范圍內的太陽能儲能供電設備、監測網內電源、光伏儲能供電等相關能源系統進行檢測，確保其運行狀態正常[3]。

3 林區邊境用邊防人員防越界裝置的實踐應用方案

3.1 方案內容

為了實現對黑龍江省東方紅林業局有限公司烏蘇里江中俄邊境三處越界風險點進行有效監控，防止人員越界，特在該3處越界風險點建設無人值守瞭望監控塔，搭建固定三光目紅外云臺攝像機，研究針對入侵范圍遠距離人員、車輛、船只等不同熱點探測技術，結合三光目對目標位置進行精準定位，研究避除環境滋擾因素，將相關精準數據傳輸至后臺各應用系統進行整合聯動，如圖1所示。無人值守監控塔的建設過程可以概括為以下幾點。

圖1 傳輸方案

（1）對林區邊境越界風險區域進行隔離規劃，并對無人值守監控塔點位進行測量，根據實際戶外環境對選用設備類型進行測量。

（2）針對越界人員、車輛、船只入侵、區域入侵、進入/離開區域測試等行為進行越界分析測試。

（3）針對可見光、熱成像、激光補光進行各類型報警距離、監測視角、識別靈敏度等進行測試。

（4）入侵識別算法模塊研究與訓練。

（5）預警中心、存儲中心、處置能力建設。

3.2 整體設計

在林區現有應急指揮系統的基礎上，增加邊境巡防入侵監測視頻聯動，將各類入侵監測視頻數據與應急指揮系統進行整合聯動，輔助提升林區整體指揮調度管控能力，通過聯動技術使監控視頻系統自動跟蹤，及時對監測范圍內的情況進行決策指揮[4]。通過高分辨率三光目紅外重載云臺進行數據采集。經由高精度重載數字云臺、太陽能獨立供電設備、遠程無線網絡傳輸設備整合而成，由多個前端設備監控視頻數據和指控中心聯網，可與應急指揮平臺聯動的遠程邊防監控視頻系統實現聯動。

3.3 監控探頭設計

林區用防越界裝置監控探頭應該考慮到作用距離、圖像質量、視場范圍、使用壽命以及環境適應性等[5]。本方案選用由武漢高德生產的三光目重載云臺攝像機，邊境監控用光電探測器的設計主要考慮作用距離、視場范圍、圖像質量、器件壽命、成本以及野外環境適應性等因素。該攝像監控探頭采用可見光、熱成像、激光補光三光目設計，能夠實現24小時清晰攝像。可見光采用1/1.8" CMOS圖像傳感器，總像素400W，可見光焦距15～775mm，光學變焦52倍，能夠使監控畫面更加清晰；紅外熱成像采用焦平面探測器，探測器分辨率640×512，鏡頭焦距30～150mm，光學變焦5倍，可實現夜間紅外探測，彌補傳統監控中夜間監控缺點，支持激光補光，補光距離3mM。另外，為了保證監控畫面的清晰與穩定，該監控探頭還具備可見光支持電子防抖、透霧、除熱浪功能，降低設備周邊環境對監控畫質的影響，具有較強的抗干擾性。同時，具備雨刷功能，可支持手動、自動操作，解決雨水以及林區范圍內空氣濕度導致攝像探頭模糊的問題，減少人工養護的成本。

3.4 能源設計

根據無人值守瞭望監控塔的負載情況，并且考慮到三處越界風險點內日照時間以及風力資源等情況，本方案主要采用太陽能供電系統。采用8塊YDM-330Wp規格太陽能電池板，其工作電壓可達到36V；1臺ML4860ML4860太陽能控制器，該控制器具有電源反接、負載短路、過流、浪涌、高溫、防逆流等電氣保護功能，并且自帶LCD屏顯示功能，可以查看設備運行數據和狀態，同時可支持控制器參數的遠程設置，具有防雷、防靜電、防電磁干擾等功能；選用8只6-CNJ-150太陽能蓄電池，其在-30～40℃環境下免維護連續工作3年后蓄電池容量衰減不超過20%[6]。

3.5 方案分析

方案落實后，通過實際測試，其監控方位能夠對全邊境線進行無縫監控，3個監控點監控范圍實現無縫對接，并且能夠清新辨別越界人員。無人值守瞭望監控塔能夠克服惡劣天氣，實現24小時清晰監控，實現監控塔多方協調操作。同時，該方案具備報警系統，能夠有效保證無人瞭望監控塔的安全性。設備具備掉電重啟功能，能夠確保信息傳輸的穩定性[7]。另外，設備具備一定的可拓展性與易維護性，能夠為后期新技術的應用與系統升級更新提供便利。

4 結語

對于邊境林區來說，防越界問題一直是林區管理工作中的重點問題，一旦出現人員越界情況，將會給林區帶來一定的經濟損失，甚至威脅到國家安全。本文針對烏蘇里江中俄邊境3處越界風險點的無人值守瞭望塔建設方案進行探討，以保證邊防越界問題能夠得到有效控制。