林火视频监控系统在广西国有高峰林场的应用评价.pdf

第17卷第12期南方农业2023年6月Vol.17No.12SouthChinaAgricultureJun.20239191何芸 林火视频监控系统在广西国有高峰林场的应用评价 J.南方农业，2023，17（12）：91-94.林火视频监控系统在广西国有高峰林场的应用评价何芸（广西国有高峰林场，广西南宁 530001）摘 要 为加强林场森林防火预警监测，减少森林火灾发生，有效控制火灾蔓延，广西国有高峰林场全力推进林火视频监控系统项目建设，通过在林场场部设立林火视频指挥中心，建设视频监控管理指挥平台，在9个重点林区的10个监控点位安装4K超高清可见光和近红外双光同步监测摄像头等装备，加强林场对重点林区、火灾多发区、高火险区和旅游景区的预警监测，强化林火信息传递数据的直观性和准确性，提高森林火灾监测预警和合成指挥的有机统一性。从林火视频监控系统的需求分析、系统结构、功能设置、应用情况分析等4个方面切入，探寻林火视频监控系统在实际运行中的优点和不足，为国有林场的预警监测能力建设提供参考。关键词 预警监测；重点林区；森林火灾；广西国有高峰林场中图分类号：S762.2文献标志码：CDOI：10.19415/ki.1673-890 x.2023.12.029林火监测是森林防火工作的重要环节，是及时发现火情和科学扑救森林火灾的重要手段。长期以来，广西国有高峰林场（以下简称为高峰林场）的森林防火预警监测主要依靠望火楼瞭望和护林员巡逻巡护，预警监测面临时效性不足、覆盖面不够的问题。本研究以高峰林场为例，探讨基于林火视频监控系统的应用评价，探寻系统在实际运行中的优点和不足，为国有林场的预警监测能力建设提供有益参考。1 林火视频监控系统的需求分析高峰林场创建于 1953 年，是自治区林业局直属公益二类事业单位。林场总经营面积 10.00 万 hm2，森林蓄积量 700 万 m3，森林覆盖率达 87.50%。林场经营面积覆盖广西 12 个市、52 个县（区）。林场下设 13 个营林分场、8 个对外造林部。其中，13 个营林分场环绕分布在南宁市北面，域跨南宁市青秀区、兴宁区、西乡塘区、武鸣区和宾阳县、上林县，承担着城市重要的生态建设任务。高峰林场建设有 1 支 52 人的专业森林消防队和21 支共 455 人的半专业森林消防队，护林员有 178 人，检查站 11 座，在 9 个分场建设有 9 个望火楼。林场的森林火灾预警监测主要方式是护林员巡山巡护和望火楼瞭望。林场当前的森林火灾预警监测面临的主要问题表现在以下 3 个面。1）林场经营林地面积较大，林区基本无信号，而且林区道路崎岖，护林员开展巡山巡护时只能徒步或骑摩托车入山，巡护覆盖面较小，发现森林火灾时护林员需要立即折返才能传递火情信息，加之火场情况瞬息万变，火情信息传递存在滞后且准确性不足的问题，难以进行有效的实时预警。2）林场部分望火楼年久失修，达不到基本的工作和住宿条件，不能安排人员全天候值守，难以实现对重点林区全时段开展森林火情瞭望的工作目标。巡山巡护和望火楼瞭望一般安排在白天，夜间无法对林区森林火灾实行有效监测和预警。3）而且望火楼瞭望对监测人员工作经验的要求较高，且受瞭望塔数量和林区地形地势的限制，存在监测盲区1。森林火灾初期火势较小时，仅依靠肉眼瞭望难以准确分辨早期火情，易贻误森林火灾关键扑救时机。多年的研究与实践表明，林火监测的及时和准确是减少森林火灾发生的关键，是实现“打早、打小、打了”的有力保障2。引入全天候、高联动、广覆盖的森林火灾预警监测系统成为高峰林场森林资源保护的迫切需求。为加强森林火灾预警监测能力，林场推进了林火视频监控系统建设，在林场总部设立林火视频监控收稿日期：2023-05-21作者简介：何芸（1984），女，广西合浦人，硕士，工程师，研究方向为森林防火。E-mail：heyun_。第17卷第12期南方农业2023年6月Vol.17No.12SouthChinaAgricultureJun.20239292指挥中心，在高峰森林公园和部分分场重点林区共 10个监测点位安装林火视频监控装备，实现对重点林区和森林火灾频发区的全面监控，做到森林火情的早期智能识别。同时，该林火视频监控系统能实现林区内各重点防火区域之间森林防火的信息互通、资源共享，林场各相关单位和部门能够有效、快速地进行森林火灾救援的统筹规划、资源调配和人员调度。2 林火视频监控系统的系统结构如图 1、2 所示，高峰林场林火视频监控系统主要由前端、云端和监控指挥中心三部分构成。建设主要部分为视频采集装备、“端-云”监测架构、管理软件平台、监控指挥中心和云值守。2.1 视频采集装备在高峰森林公园高峰阁、大塘分场、军山分场、桃源分场、万盘分场、东升分场、长客分场、银岭分场和延河分场的预警监控点位安装了 10 个 4K 超高清可见光和近红外双光同步监测摄像头。摄像头安装在视高 30 m 位置，监测摄像头能在可见光和无光环境下运行，预警监测半径 5 000 m，能 360旋转进行预警监控，每个摄像头有效预警监控面积约为 30 km2，总预警监控面积为 300 km2。为做好视频采集系统建设工作，已同步安装太阳能供电设备、网络专线、无线网桥、智能防雷箱、云台固定支架及数字云台等装备和设备。2.2“端-云”监测架构在预警监控点位建设了 10 套云端识别服务器和10 套前置林火视频分析器。根据林区地貌和森林火灾发生特点，系统使用了较为先进的算法，能有效应对复杂场景和低光线场景。主要算法特征包括。1）场景抗干扰能力。能较好识别雨、雾、人、车、树枝晃动、灯光、物体反光、飞鸟和蚊虫等干扰因素，且排除 500 余种干扰因素的不同组合。2）抗云雾识别算法。南方林区经常性出现大雾、团雾天气，团雾、大雾和林木起火引发的燃烧烟雾有较为相似的场景，系统引入抗云雾识别算法，并依据监测场景进行监测配置和识别调整。3）抗低能见度识别算法。能解决场景对比视频采集火情信息云端识别服务器前置林火视频分析器前端云端云端二次识别监控和指挥中心“端云”监测架构管理、指挥、调度管理配置服务器流媒体服务器交换机软件平台建设巡护上报火情信息电脑端手机端图 1林火视频监控系统建设拓扑结构图图 2林火视频监控系统覆盖图第17卷第12期南方农业2023年6月Vol.17No.12SouthChinaAgricultureJun.20239393度小于10%情况下的烟火识别问题。4）场景理解算法。系统能自动划分监测场景，判别需要监测的区域，尽量排除公路、厂区、河流等非林区场景。2.3 指挥中心和软件平台管理系统在林场场部建设了一个林火视频指挥中心，装载一套管理服务器和相关硬件设备。系统装载有软件平台，集成了视频监控管理系统、应急指挥系统和移动巡护系统，通过系统能向各监控单位和用户下达各种指令。开展巡护工作时，能规划注册护林员的巡护面积、巡护路线和重点巡逻的森林防火设施和区域。扑救森林火灾时，能基于系统基层监控区域地形图，运用系统准确标注森林火灾起火点坐标、高度，计算火场面积，规划扑救队伍扑救路线，并实时传输到扑救人员手机端进行统一调配。2.4 云值守云值守由建设第三方提供全天 24 小时人工森林火情信息识别。系统工作时，位于前端的监测摄像头将图像数据通过专线传回中心服务器，通过算法进行数据检测和排查，对于已经明确为林火的数据回传到系统指挥中心、各前端平台系统和系统登录用户预警处理。对于系统不能明确判断的数据，回传到第三方提供的云值守服务，由人工进行数据二次核查和判断，再回传林场指挥中心，减少因误报产生的林场人工核查工作量，提高林火信息预警准确率。3 林火视频监控系统的功能设置3.1 林火视频监控功能实现对重点林区、森林火灾频发区全天候、全时段的实时监管，及时发现并识别火情，将火情信息传送至指挥中心、云端和各登录系统用户，畅通“从上至下”的信息传递渠道，指挥中心能根据火情信息和预案调配队伍开展火情扑救。在信息化监测预警信息的支持下，扑救人员可快速发现火情且采取扑救措施3。同时，及时发现并处理复燃区域，避免二次火灾带来更大的损失4。3.2 巡查巡护火情上报巡护人员发现火情和突发状况时，通过系统能第一时间将火情信息、发生地坐标、图片、视频等材料上报系统，指挥中心能第一时间获取前方准确和直观的火情信息，畅通“从下至上”的信息传递渠道。3.3 管理、指挥和调度扑救森林火灾时，通过系统指挥中心和指挥人员可以对林区火灾区域的火情进行实时监测，运用系统加载的剖面分析、通透分析、坡度分析、等高线图和面积测算等功能，准确标注森林火灾起火点坐标、高度，计算火场面积，分析火情分布和蔓延方式，及时研究投放人员布局和扑救路线。同时，可以实现林区内各重点防火区域之间森林防火的信息互通、资源共享，相关部门能够有效、快速地进行森林火灾救援的统筹规划、资源调配和人员调度。3.4 巡查巡护管理开展巡护工作时，能根据工作需要，对巡护人员巡护路线、时间、区域、面积进行规划和管控，能标注巡护的重点路线、区域和设施，实时对巡护路线进行跟踪和记录，对全体或个别巡护人员发出重点提示和任务完成信息。确保巡护人员高质量完成林区巡护管理工作。4 林火视频监控系统应用情况分析林火视频监控系统于 2022 年 11 月完成建设并全面投入应用，截至 2023 年 4 月下旬，使用时间已基本覆盖广西重点森林防火期。根据使用情况分析，该系统能较为准确地识别和预警监控区域火情，区域内发现森林火灾的，能无遗漏地进行预警。如表 1、2 所示，系统使用期间共发现火情警报 7 370 起，其中，异常烟火报警为 6 929 起，实警报警为 441 起，异常烟火经核实主要由工业区生产、林区祭祀、居民区用火、农业区作业构成。经核查，森林火情警报实警 1 起，已派员扑灭。在 7 370 起火情警报中，重复报警 3 467 起，重复率达 47.04%。投入使用以来，林火视频监控系统接收护林员巡逻巡护上报火情和突发事件 272 起，均已根据预案全部妥善处理。表 1林火视频监控系统火情预警统计表地点火警次数占比/%银岭分场5 03668.33长客分场83611.34高峰森林公园75410.23大塘分场2353.19万盘分场1822.47延河分场1281.74桃源分场1071.45军山分场570.77东升分场350.47合计7 370100第17卷第12期南方农业2023年6月Vol.17No.12SouthChinaAgricultureJun.20239494表 2林火视频监控系统火情预警统计表类型小类火警次数占比/%异常烟火工业3 82751.93祭祀30.04居民区76910.43林区460.62农业区3274.44其他1 95726.55实警4415.98合计7 370100根据使用情况分析，目前林场的视频监控系统还存在以下不足。1）存在较高的误报率。系统对大雾和团雾等干扰因素的识别能力不足。尤其是在雨天和清晨，经常出现将烟雨和大雾等干扰因素识别为森林火灾燃烧烟雾的情况。2）重复警报问题。森林火情反馈至指挥中心后，对经指挥中心多次实地核查已排除该地森林火情，实际为林区外厂房烟囱排烟、村屯垃圾焚烧点等情况的，林火视频监控系统不能有效标注，仍反复多次对同一非林火事件进行警报。3）超范围预警监控。每个监控摄像头划定的监控范围为 300 km2，在林缘地带，监控系统不能有效对林区内外分界线进行精准识别，经常对超出林区范围的目标进行监控预警。4）预警监控面不足。目前，林场只在高峰森林公园等人员密集区域和部分分场的重点林区装载监测摄像头和拉设专线，林火预警监控的覆盖面还不够，超出监控区域的森林火情仍主要依靠人工巡护预警。5 结语总体而言，自林火视频监控系统全面投入应用以来，森林防火效果显著提升。1）丰富了林场森林火灾预警监测手段，是人工巡护和瞭望等传统预警监测方式的重要补充，有效提升了林场森林火灾预警监测和森林火灾处理能力。2）有效提升高峰林场森林防火的联动指挥调度能力，实现辖区内各重点防火区域之间森林防火的信息互通、资源共享，各相关部门能够有效、快速地进行森林火灾救援的统筹规划、资源调配和人员调度。3）提升高峰林场森林防火的信息处理能力。提高了火情信息上传下达的效率和准确度，同时，林场林火视频监控指挥中心依托大数据、云计算、物联网、边缘计算和人工智能等多门前沿科学技术，成为先进技术的运用中心。4）有力推动高峰林场森林防火的智慧化建设。视频监控系统的软件平台不仅具备收发、展示和处理林火相关数据的能力，而且所有数据均采用标准数据格式和协议，使得数据在各业务部门间能够良好流通使用，促进林场继续向“智慧林场”迈进。森林火灾管理数据向相关方的良好反馈，有利于形成积极反馈与改进的良性循环系统，最终实现森林控制火管理的目标5。林火视频监控系统要根据当前使用中发现的问题不断进行优化。1）加强系统算法的优化。特别是在抗大雾、团雾等干扰因素的算法方面要进行优化，要根据监控地的具体情况进行优化学习。降低火警信息误报率，对于重复出现的非林火干扰信息减少人工核查量。2）加强培训学习。组织营林单位一线职工对系统的操作进行学习和考核，尽快掌握系统各项功能，确保视频监控系统能较好地发挥作用。3）加强视频监控系统覆盖面建设。在林场重点林区、历史火灾高发区、坟墓聚集区和重要防火设施增加前端监控摄像头，不断提高监控覆盖面，提高监控准确度。参考文献：1 马明.预警监测技术在森林草原防火工作中的应用与展望 J.山西林业科技,2022,51(4):63-64.2 李洪全.我国林火监测体系发展现状探析 J.绿色科技,2016(12):188-190.3 高艳霞.林火监测与预警在森林防灭火中的运用探究 J.南方农业,2020,14(27):86-87.4 钟金花.筑牢森林“防火墙”:湖南省清明期间森林防火工作纪实 J.湖南安全与防灾,2020(4):10-13.5 韩雪,FREY G E.美国森林控制火管理研究进展及启示 J.世界林业研究,2020,33(4):112-117.（责任编辑：张春雨）