一、概述：
森林火災已成為全球性的題，防火成為重中之重。隨著我國退耕還林政策的實施，造林事業的不斷發展，林地面積逐年增加，防火工作是首要任務。森林火災具有突發性、災害發生的隨機性、短時間內能造成巨大損失的特點。因此一旦有火警發生，就必須在第一時間進行撲救，撲救是否及時，決策是否得當，重要原因都取決于對林火行為的發現是否及時。為此國內外都在為預防、減少和控制森林火災而努力。針對我國森林面積覆蓋的實際情況，由于林區地形條件很復雜，不適用通常的有線傳輸模式。目前，基于無線網絡技術的遠程無線監控系統，已廣泛應用于森林防火監控領域。
二、系統技術方案：
森林防火無線視頻監控系統是一個森林防火數字化、網絡化遠程無線監控工程，它以森林現場圖像采集為中心，以遠程通信網為傳輸平臺，將光電轉換技術、數字圖像處理技術、微波無線/光纜有線傳輸技術、通信網絡技術、計算機軟件技術等高新技術綜合應用于森林防火監測和森林資源管理中，能夠全天候、全方位、遠距離地以高清晰度圖像方式監控大范圍的森林目標，把大面積的森林場景通過圖像方式實時傳輸到防火監控中心，實現防火人員在室內對野外的遠距離集中監控；而且，該系統在監控森林防火災的同時，還可以對森林資源、森林病蟲害及野生動物實施監控，甚至可以用于植被保護和樹木監護，通過圖像記錄發現非法伐木者，錄像資料可以作為處罰依據。因此，遠程圖像監控系統在森林保護工作中的應用前景將十分廣闊。
該系統除主要用于森林防火、防護外，還廣范應用于邊防監視、油田、水利保護、風景區、旅游區、自然保護區監控及洪澇、干旱、蟲害等自然災害的提供發現和預防。 該系統具有明顯的社會、生態效益，其在監控自然資源，保護生態環境和生態平衡方面將發揮極大的作用，是一項造福子孫后代的有益工程。 在管理方面，它實現了遠距離、免維護、自動即時監控。
在實現這一功能的過程中，避免了以往監控設施出現的由于架設線路裝置及人員巡查對自然環境造成的損害，特別是彌補了“衛星監控、航空拍照、人工巡視”等方式的諸多不足。在使用效果方面它可以做到全天 24 小時全方位、多角度、多內容實時監控，及時、準確地反饋信息，即為領導決策提供了第一手有價值的參考資料，又為林業工作者提供了大量的數據資料，對減少森林經濟損失將起到重大作用。因此，該項目是一項實用、高效、低投入、高產出的利國利民項目，為應用高科技手段監控森林火災開辟了一條新路，其使用將大大提升我國林業的管理水平，提高我國保護生態環境的能力，為我國林業的持續發展奠定牢固的管理平臺。
三、系統方案設計
1、一個森林防火圖像自動監控系統將包含如下環節：
圖像采集和云臺控制
在森林防火監控的任務需求中，一般采用大口徑、長焦距、三可變高質量鏡頭，配合數字化、高清晰、低照度的CCD攝像機，在數控室外重載云臺的支持下，完成高質量的圖像采集和準確的方位控制任務。
視頻信號和控制信號遠程傳輸
通過先進的光纜和無線網橋方式實現一路正向視頻信號和一路反向（或雙向）控制信號的傳輸，這都要求在一根光纖或一路微波中同時實現，有時甚至在一根光纖或一路微波中同時傳輸多路不同的視頻信號和控制信號；無線網橋信號的無中繼傳輸距離一般不超過50公里，其特點是無線方式，工程施工簡單，但易受天氣影響，中間不能有遮擋物體；光纜的無中繼傳輸距離一般都能達到50公里以上（單模光纖），而且工作可靠，但施工程量大；一般地，結合具體實施環境情況，在五公里范圍內采用光纜，超過五公里則用無線網橋。
圖像監看和操作控制
圖像監看一般采用視頻監視器，多個圖像同時監看可利用電視墻，更多的畫面則用矩陣切換器和畫面分割器；操作控制有專用鍵盤，也可用微機實現。
圖像錄制和自動報警
利用多媒體技術的微機，通過圖像采集卡把視頻信號送入計算機，經過軟件算法處理和數據壓縮，可以方便地實現硬盤錄像，也能夠通過數據傳輸網絡把壓縮后的圖像送到上級管理部門，并在一定條件下實現火情自動識別和報警。
2、森林防火圖像自動監控系統區別于普通圖像監控系統的特征為：
攝像機一般安裝在森林制高點（如高山頂、建筑物屋頂、平原森林的監視塔頂），設立地點要求視野寬、無障礙、監測面大，如有監測死角，可另設補充監控點；由于監視的地理范圍大（可達方圓10公里以上）、而且需要全天候工作，這就要求攝像機能夠在低照度下工作（可彩色自動轉黑白），具有可控光圈、焦距、對焦，鏡頭焦距變化可達二、三十倍。
在監控點工作的設備包括：攝像機及其防護罩、轉動云臺、解碼器、通信終端機、不間斷電源、避雷裝置，這些設備工作在野外環境，應該具備抗大風、避雷擊、御寒冷、耐潮濕、免雨淋、防沙塵、抵腐蝕、甚至防盜竊等要求，同時需要切實解決長期穩定可靠供電的問題，這就要求設備盡量簡單、小型化、低耗電、工作可靠、無人值守、維護工作量小，而且具有工作狀態自動檢測功能，遇到故障能夠自動向監控中心報警。
由于監控點在地理上很分散，而且與監控中心的距離很遠，一般都需要建立專用通信手段，如光纜、電纜、微波等通信線路，把監控點的圖像直接傳輸到監控中心。而且現場圖像能夠從監控中心通過各種通信線路逐級傳送到有關防火管理部門。
目前，森林防火人員計算機技術水平并不高，這就要求系統能夠全自動工作，安裝使用方便簡單，而且故障時間短、維護工作量小；從用戶的角度考慮，森林防火自動監控系統產品必須做到功能齊全、配套合理、適應性強、性價比高。
專業的森林防火圖像監控系統還應具備以下功能：攝像機在云臺的帶動下自動進行場景的全方位掃描，在白天實現煙霧自動報警，在夜間實現火情自動報警，系統可以測定目標的方位和距離，與地理信息系統（GIS）相對接。當攝像機發現某一著火點時，指揮中心的計算機自動運行軟件，將著火點的精確位置顯示在三維電子地圖上，同時還顯示著火點的地形地貌，森林防火類型，火災發展蔓延趨勢，以及通往火場的主要道路及通行能力，防火隔離帶的位置及阻火能力，距著火點最近的消防隊伍的具體位置及趕赴火場所需要的時間等重要指揮信息。
四、無線視頻監控系統架構
1、監控點基本情況：
各監控點的地理環境（濕度、鹽度、溫度范圍、海拔高度、最大風速、雷電情況、電磁干擾等）目前還不十分清楚，有待到現場勘測。監控范圍為方圓五公里，監控點均架設在建筑物屋頂上，建筑物內有交流220V供電條件，各監控點到監控中心的直線距離以30公里估計；工程上需要架設一座小型鐵支架（高約兩米）和金屬密封盒，放置攝像機、云臺和微波設備等；共設置？？？個監控點，其中一個無需遠程傳輸（在林業局防火辦樓頂）。
監控中心基本情況：
位于林業局防火辦大樓內，地形海拔高度？？？米，建筑物高度？？米，指揮室建筑面積(長？寬？高？)，具有會議室、控制室、設備室三大功能。
注：各監控點到監控中心的網絡拓撲圖，具體的距離、海拔高度等。
2、視頻采集
采用的攝像機是一款日夜型的攝像機，具有低照度下自動彩色轉黑白的功能，可實現480線的高清晰度圖像。與日本精工名牌長焦鏡頭相配合，能夠提供優質的監控圖像。
采用公司專門為森林防火監控系統研制的數字化控制云臺，這是一種室外重載云臺，定位精度達到0.5°，其獨特的角度實時回送功能，滿足監控點與地理信息系統（GIS）相結合的要求，云臺掃描速度可控制在兩分鐘一圈，已在國內多個森林防火監控系統中使用。
選用進口高質量的室外防護罩和網絡音視頻服務器，其優良的自動恒溫、密封、雨刷等措施，較好地解決了監控點設備防塵、防腐蝕、防潮濕、防雨雪、防高溫、防嚴寒、防強風、防電磁干擾的問題，加上良好的防雷電措施和電源保障手段，從而確保監控點設備全天候正常工作。采用紅外探測器實現監控點設備防盜報警功能，一旦有人在監控點附近出現，探測器將自動報警，并把報警信號傳輸到中心。
電子設備工作是否正常，很大程度上取決于供電的質量。在林區，由于各種因素造成電源質量不高，主要是電壓波動范圍太大，超過了設備的一般承受能力，導致設備工作不穩定、工作壽命下降，嚴重時甚至會燒毀設備。為此，我們專門給每個監控點配備了在線式凈化UPS電源，其在線式工作方式提供了較大的輸入電壓動態范圍，而且具備電源濾波功能，改善了電源波形，后備電池支持時間不少于8小時，這樣才能保障監控點設備的正常工作。
3、信號傳輸
在森林防火監控系統中，各監控點與指揮中心的距離均在二十公里以上，這種情況在設備成本與工程量上采用微波設備都比光纜設備優越；所以，我們選用微波設備來實現視頻信號（單向）和控制信號（雙向）的傳輸；由于模擬微波傳輸視頻信號要占用很大帶寬（近40MHz），已經被管理機構禁止使用，目前一般采用數字微波，數字微波的傳輸可靠性一直為人們所樂道；近幾年，擴頻技術和數字調制技術開始用于微波傳輸，設備十分成熟，尤其是利用微波設備方便組成計算機局域網，支持TCP/IP協議，而且價格也能接受；由于多媒體技術的發展，視頻圖像的壓縮變得簡單了，利用計算機局域網傳輸圖像總體效果很好，使用方便、靈活、可靠；尤其要完成單向視頻信號和雙向控制信號一起混合傳輸，而且在還要加入其它數據（如紅外報警數據），這時更能體現出無線局域網的優越性。另外，無線局域網十分方便系統擴充，如果今后要增加監控點，只需用一對無線設備把信號從新增點傳輸到臨近的已建監控點，就實現新增監控點的入網，把監控信號傳輸到指揮中心；這種系統可擴充性是普通數字微波（如PDH）所不具備的。
無線設備采用專業室外無線傳輸設備制造商AIRWLAN產品家族，該設備工作可靠、使用方便，且具備標準以太網接口，產品已經在各地大量使用AIRWLAN可提供優化、高效、低成本點對點和點對多點的無線網絡應用，在惡劣的環境及天氣條件下其覆蓋范圍最高可達30公里。
4、監控中心
森林防火指揮中心座落在林業局大樓，XXX平方米房間面積要同時兼顧會議室、控制室、設備室三大功能，要合理進行房間分割，安排室內功能分區。主要功能是遠程監看多個監控點傳來的圖像、必要時對攝像頭進行控制、視頻錄像和火情報警、把圖像傳輸到上級防火管理部門。
在辦公樓頂要安裝微波設備。指揮中心室內將布置操作指揮臺、LED字符顯示屏、大屏幕多媒體顯示屏、電視墻、辦公設備、會議音響視頻設備、不間斷電源、空調和圓形會議桌等，具體內容詳見設備清單。所有監控操作均在監控工作站上完成，同時監控工作站負責向上級管理部門提供數字圖像數據，監控工作站采用雙機熱備配置，有利于提高系統可靠性。
由于我們采用了全數字視頻圖像傳輸方式，即圖像信號在監控點就已經轉換成數字圖像，所以在監控中心要使用圖像解碼器把數字圖像轉換為模擬圖像，給電視機、監視器這樣的模擬圖像設備提供信號，所有圖像都可以在計算機顯示器、大屏幕投影儀、電視墻上顯示出來。
監控服務器功能包括數字圖像接收、實時解壓縮、實時錄像、云臺自動掃描控制/手動操作、火情識別報警等。監控服務器采用雙機熱備配置，兩臺服務器獨立工作，平常分擔數據處理負載，故障時起到相互備份作用，這樣有利于提高系統可靠性和可擴充性。監控系統可以通過局域網交換機向地圖工作站提供各監控點的位置信息。
五、系統結構示意圖：
前端基站采集設備組成
圖1：風光互補供電方式
圖2：市電供電方式
前端基站主要由供電系統、視頻信息采集系統、無線微波通訊系統、接地防雷系統組成，在本部分主要介紹基站采集部分。
它主要由攝像機、電動變焦鏡頭、護罩、防水控制箱（內部集成：視頻處理模塊、智能處理器、遠程控制模塊、智能數據采集模塊、工業以太網交換機等，同時預留空間，放置POE模塊等）、數字云臺等組成。
從防水控制箱到云臺攝像機安裝位置傳輸介質布放規格如下：
電源線：RVVP2*0.75的低溫屏蔽電纜1根；
RS422的控制線：RVVSP4*0.5的低溫屏蔽雙絞線1根；
視頻線：SYV75-3的低溫雙層屏蔽視頻電纜1根
電纜的保護方式：采用增強型包塑鍍鋅金屬軟管，要求金屬軟管兩端可靠接地。
※為保證系統設備的安全，電源線、RS422控制線、視頻線的屏蔽層的兩端應可靠接地。
根據現場勘察的情況，為保證其林區監視范圍，定制云臺安裝支架。
指揮中心的系統構成邏輯
無線微波傳輸部分
六、方案的優勢及特色
方案設計關鍵點在林區復雜環境下實現實時監控，系統要考慮具備以下特點：
環境導致監控范圍大
監控點的選擇，首先攝像機應安裝在森林制高點，要求視野廣、無障礙、監控角度大，盡量少設監控點，并盡可能使得每個監控點監控覆蓋的森林面積最大，如無法回避有死角，可增加監控點。
全天候監控
監控點要全天候工作，這就需要選擇攝像機時應選用紅外敏感型彩色轉黑白攝像機；鏡頭應選用日夜兩用型鏡頭，并且外能看清人物活動；云臺要求選用螺桿傳動的室外一體化云臺，為了減少遠距離圖像的抖動，攝像機的安裝也要確保牢固穩定。
傳輸鏈路是系統中最關鍵的環節
由于森林防火監控自身的特點，傳輸方式不可能采用有線或光纜的方式，因此最理想的方式就是無線傳輸。無線傳輸方式以施工簡便，成本低，一次性投入等優勢，無疑成為監控系統傳輸鏈路的首選。圖像實時傳輸、清晰，傳輸頻率可選，并且可根據傳輸距離的遠近、現場自然條件的不同，其功率的大小可以按要求配制，在遇障礙物阻擋的情況下，可采用架設中繼。
森林防火涉及的范圍廣，距離遠
各個需要監控的林區與監控管理中心距離較遠，分布較為分散。通常采用2G、3G與5G產品混合組網模式。前端設備的供電，采用太陽能、風能供電方式給每一個監控點的設備提供小時供電。避雷接地要安全可靠。
為及時發現火警，前端需要有煙感等感應器以及報警聯動設備
中心實時監控前端設備工作狀態。由于整個監控前端設備地處深山，維護極為不便，所以中心要能隨時掌握前端設備的工作狀態，對維護將起到重要的指導分析作用。
后端監控指揮控制系統通常是以多客戶端方式查看圖像
在無線鏈路帶寬足夠的前提下，所有圖像應采用組播方式傳輸，以便節約無線鏈路帶寬，保證無線鏈路的穩定性。此時，監控中心的交換機必須具備組播轉發控制功能，防止廣播風暴發生。
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