徐海文
(湖南省林業(yè)局,湖南 長沙 410000)
森林防火預警監(jiān)測是森林防火工作的重要內(nèi)容之一,鐵塔視頻是實現(xiàn)森林防火預警監(jiān)測的技術(shù)途徑,使用鐵塔視頻可有效對林區(qū)實施實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸,使防火人員隨時了解林區(qū)環(huán)境及溫濕度等相關(guān)指標,并在必要時提供預警信息,一旦林區(qū)發(fā)生火情可傳輸相關(guān)數(shù)據(jù),是森林防火領(lǐng)域中先進的人工智能技術(shù)。本文旨在通過分析鐵塔視頻在湖南省森林防火工作中的應用,為森林防火工作提供借鑒。
2014年,中國鐵塔股份有限公司(以下簡稱“鐵塔公司”)成立,鐵塔類基站基本由鐵塔公司承建和管理[1]。據(jù)統(tǒng)計,全國鐵塔存量站址超過210 萬座,國內(nèi)市場占有率超過97%,占全球通信鐵塔總數(shù)的60%[2]。湖南目前有鐵塔站址約9.7 萬座,遍及全省122個縣市區(qū)(見表1)。
表1 湖南省鐵塔站址資源分布Tab.1 Distribution of iron tower site resources in Hunan province
城市密集區(qū)鐵塔間距200~500 m不等,農(nóng)村站址間距約1~2 km。通過將鐵塔站址矢量圖與湖南林地界線矢量圖疊加分析發(fā)現(xiàn),在林地范圍內(nèi)的鐵塔數(shù)量約1.2 萬座[3]。
《全國森林防火規(guī)劃(2016—2025年)》的1 556個重點區(qū)縣中,鐵塔公司已在370個區(qū)縣開展了森林防火相關(guān)業(yè)務,主要利用鐵塔視頻進行森林防火監(jiān)控。全國可用于森林防火的鐵塔站址約11.7 萬座,約5.6%。從全國情況來看,河北省林業(yè)局通過采購河北鐵塔視頻數(shù)據(jù)服務的模式選擇6 403座鐵塔站址,安裝森林防火攝像頭(加裝氣象六要素采集設(shè)備),滿足林區(qū)地域大、視野寬、長時段實時動態(tài)監(jiān)控需求[4]。云南省在昆明市、景洪市、怒江市、楚雄市等共計16個市州建設(shè)森林防火監(jiān)控視頻點1 476個,每個攝像頭具有熱成像和煙霧識別的能力,可服務于森林防火監(jiān)測預警及信息初步處置[5]。其他省份尚未將鐵塔視頻成規(guī)?;糜谏址阑鸨O(jiān)測。
湖南省位于林地范圍內(nèi)的鐵塔站址約1.2 萬座,能用于森林防火的約0.8 萬座,占8.2%,但湖南省森林覆蓋率達59.97%,盲區(qū)較大。長沙市、常德市、衡陽市、永州市、婁底市、張家界市等地開展森林防火工作時在部分重點林區(qū)、重要卡口建設(shè)了視頻監(jiān)控點位約900個,但因技術(shù)、經(jīng)費和資源等原因,鐵塔利用率較低。如常德市僅有36處點位,無法滿足當前森林防火工作需求。
2021年,湖南省自然資源廳與中國鐵塔湖南分公司就湖南耕地保護項目開展合作,到2022年5月,湖南省共部署1 600 多個攝像頭,加上之前零散建設(shè)的共約2 700個,有少部分位于林區(qū)邊界的鐵塔可共享用于森林做防火監(jiān)控,但其監(jiān)控覆蓋范圍對于森林面積較大的湖南省而言仍不夠,詳見圖1。
圖1 湖南省鐵塔視頻分布Fig.1 Distribution of iron tower video in Hunan province
森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)是森林防火預警監(jiān)測體系建設(shè)的重要內(nèi)容,利用鐵塔掛高、電源和通信等優(yōu)勢建設(shè)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在湖南有天然優(yōu)勢[6]。建設(shè)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏掛高,缺的是電源和網(wǎng)絡通信信號[7]。但是,鐵塔站址目前建設(shè)主要是為了滿足公眾對信號和流量的要求,林區(qū)恰恰是傳統(tǒng)基站信號盲區(qū),有些地區(qū)只有2G信號,甚至沒有信號,加之山區(qū)可用于森林防火的鐵塔數(shù)量少之又少,覆蓋率低[8]。因此需要擴大鐵塔在林區(qū)的規(guī)模,至少提高鐵塔在林地界線周邊的數(shù)量。此外,除新建一部分,改造一部分外,還可利用電力塔、景觀塔改造,整合優(yōu)化林業(yè)監(jiān)測點位,新建或改造站址與周邊站盡量形成理想蜂窩結(jié)構(gòu),大力提升監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋廣度和深度[9-10]。
造成林區(qū)鐵塔數(shù)量不夠,覆蓋率低的重要原因是林區(qū)對基站信號流量需求不高,而鐵塔建設(shè)成本較高,新建一座鐵塔花費數(shù)十萬至百萬不等。此外,在鐵塔上部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本也很高,經(jīng)粗略估算,如采用租賃鐵塔視頻數(shù)據(jù)的模式,1 500個點位,預算約需要2.0 億元/a,采購新的視距3 km的云臺,每個約5.5 萬元,視距6 km的云臺,每個9.15 萬元。鐵塔視頻監(jiān)控的維護成本較高,部分視頻監(jiān)控設(shè)備建設(shè)好后由于缺少維護費用,年久失修無法使用[3]。因此,共享鐵塔資源尤為重要。目前,鐵塔在全國存量基站站址規(guī)模超過210萬座,但在過去很長一段時間里鐵塔只作為通信塔使用,直至最近幾年,鐵塔公司整合優(yōu)化資源后,慢慢面向社會國計民生領(lǐng)域提供服務,開拓視頻共享服務[11]。有關(guān)部門需要共享,如用于野生動植物保護、生物多樣性監(jiān)測,有害生物監(jiān)測、林地監(jiān)測等視頻監(jiān)控系統(tǒng),在建設(shè)過程中,應考慮森林防火需求,從整體謀劃,雖然短時間成本較高,但總體劃算[12-13]。林草部門與其他部門可建立視頻共享平臺,已有省份在耕地保護、礦山治理、漁政執(zhí)法、河湖管理、大氣污染、森林資源管護等領(lǐng)域建設(shè)了鐵塔視頻終端,但總體因點少、分散、未實現(xiàn)互聯(lián)互通,且功能不能兼顧,與各部門的實際需求仍有較大差距。如自然資源部門建的鐵塔視頻攝像終端可視半徑范圍達2 km,具備32 倍變焦能力,雖然少部分位于林區(qū)邊緣,但不是多光譜,且半徑不夠,因此目前只有較少單位可實現(xiàn)視頻共享。開展鐵塔監(jiān)控視頻等資源統(tǒng)籌,科學布設(shè)鐵塔監(jiān)測站點,規(guī)范視頻數(shù)據(jù)獲取、管理和應用,避免多頭采集和重復建設(shè),提升綜合監(jiān)測能力,可為生態(tài)文明建設(shè)、國家糧食安全、鄉(xiāng)村振興和地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展提供基礎(chǔ)保障和強大支撐[14]。
目前,森林防火視頻監(jiān)控在傳統(tǒng)城市監(jiān)控基礎(chǔ)上進行開發(fā),可使用智能圖像識別、基于對象的3D GIS和大型網(wǎng)絡視頻流處理技術(shù),但由于目前煙感、溫感自動識別在野外且距離較遠,尤其是林火的自動識別技術(shù)仍不成熟,判斷失誤率較高,無法滿足森林防火預警要求[15]。如將鐵塔視頻與衛(wèi)星遙感結(jié)合,根據(jù)衛(wèi)星熱點數(shù)據(jù)的坐標配準距離最近的攝像頭位置坐標數(shù)據(jù),建立衛(wèi)星熱點和鐵塔攝像頭的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將衛(wèi)星影像發(fā)現(xiàn)的熱點匹配到視頻影像中,可實現(xiàn)在線核查視頻影像。同時,基于衛(wèi)星影像與鐵塔視頻影像關(guān)聯(lián)關(guān)系,獲取衛(wèi)星熱點涉及的攝像視頻的場景范圍,實現(xiàn)以調(diào)度視頻攝像頭為主的熱點核查,從而輔以人工核查。
提升鐵塔視頻技術(shù),應先建立技術(shù)相關(guān)標準規(guī)范體系,建立適合多種業(yè)務的綜合鐵塔,豐富鐵塔視頻監(jiān)控技術(shù)開發(fā)。滿足監(jiān)測設(shè)備多樣化需求,提高自動化、智能化程度,解決監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)滯后問題,實現(xiàn)對林業(yè)綜合監(jiān)測尤其是森林防火的預警預報[16]。此外,條件允許還可在鐵塔建立無人機場,兼顧傳統(tǒng)瞭望塔、電網(wǎng)等,采用先進技術(shù),統(tǒng)籌各種資源,建立智能森林防火智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[17]。
鐵塔是視頻監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)測先進技術(shù)之一。隨著5G的發(fā)展,鐵塔將廣泛運用于信息采集、智能監(jiān)測,尤其是視頻監(jiān)控技術(shù)等數(shù)字平臺建設(shè),實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)及共享。同時,這也為湖南鐵塔視頻在森林防火工作中的應用奠定技術(shù)基礎(chǔ),推動湖南省森林防火預警監(jiān)測體系更加完善,提升森林防火現(xiàn)代化水平。