徐海文

（湖南省林業(yè)局，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)是森林防火工作的重要內(nèi)容之一，鐵塔視頻是實(shí)現(xiàn)森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)的技術(shù)途徑，使用鐵塔視頻可有效對(duì)林區(qū)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸，使防火人員隨時(shí)了解林區(qū)環(huán)境及溫濕度等相關(guān)指標(biāo)，并在必要時(shí)提供預(yù)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(jìn)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(yīng)用，為森林防火工作提供借鑒。

1 鐵塔站址分布情況

2014年，中國(guó)鐵塔股份有限公司（以下簡(jiǎn)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(jì)，全國(guó)鐵塔存量站址超過210 萬座，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(gè)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]。

2 鐵塔視頻在森林防火工作中的利用情況

《全國(guó)森林防火規(guī)劃（2016—2025年）》的1 556個(gè)重點(diǎn)區(qū)縣中，鐵塔公司已在370個(gè)區(qū)縣開展了森林防火相關(guān)業(yè)務(wù)，主要利用鐵塔視頻進(jìn)行森林防火監(jiān)控。全國(guó)可用于森林防火的鐵塔站址約11.7 萬座，約5.6%。從全國(guó)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(wù)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(zhǎng)時(shí)段實(shí)時(shí)動(dòng)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(jì)16個(gè)市州建設(shè)森林防火監(jiān)控視頻點(diǎn)1 476個(gè)，每個(gè)攝像頭具有熱成像和煙霧識(shí)別的能力，可服務(wù)于森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)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(cè)。

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(dá)59.97%，盲區(qū)較大。長(zhǎng)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(shí)在部分重點(diǎn)林區(qū)、重要卡口建設(shè)了視頻監(jiān)控點(diǎn)位約900個(gè)，但因技術(shù)、經(jīng)費(fèi)和資源等原因，鐵塔利用率較低。如常德市僅有36處點(diǎn)位，無法滿足當(dāng)前森林防火工作需求。

2021年，湖南省自然資源廳與中國(guó)鐵塔湖南分公司就湖南耕地保護(hù)項(xiàng)目開展合作，到2022年5月，湖南省共部署1 600 多個(gè)攝像頭，加上之前零散建設(shè)的共約2 700個(gè)，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(duì)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

3 存在問題分析及建議

3.1 加大鐵塔建設(shè)規(guī)模，提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度

森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)是森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)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(shì)建設(shè)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)在湖南有天然優(yōu)勢(shì)[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(luò)通信信號(hào)[7]。但是，鐵塔站址目前建設(shè)主要是為了滿足公眾對(duì)信號(hào)和流量的要求，林區(qū)恰恰是傳統(tǒng)基站信號(hào)盲區(qū)，有些地區(qū)只有2G信號(hào)，甚至沒有信號(hào)，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(kuò)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(cè)點(diǎn)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(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度和深度[9-10]。

3.2 統(tǒng)籌鐵塔視頻建設(shè)，著力解決數(shù)據(jù)共享

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(duì)基站信號(hào)流量需求不高，而鐵塔建設(shè)成本較高，新建一座鐵塔花費(fèi)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(gè)點(diǎn)位，預(yù)算約需要2.0 億元/a，采購新的視距3 km的云臺(tái)，每個(gè)約5.5 萬元，視距6 km的云臺(tái)，每個(gè)9.15 萬元。鐵塔視頻監(jiān)控的維護(hù)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(hù)費(fèi)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(guó)存量基站站址規(guī)模超過210萬座，但在過去很長(zhǎng)一段時(shí)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(huì)國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域提供服務(wù)，開拓視頻共享服務(wù)[11]。有關(guān)部門需要共享，如用于野生動(dòng)植物保護(hù)、生物多樣性監(jiān)測(cè)，有害生物監(jiān)測(cè)、林地監(jiān)測(cè)等視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在建設(shè)過程中，應(yīng)考慮森林防火需求，從整體謀劃，雖然短時(shí)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(tái)，已有省份在耕地保護(hù)、礦山治理、漁政執(zhí)法、河湖管理、大氣污染、森林資源管護(hù)等領(lǐng)域建設(shè)了鐵塔視頻終端，但總體因點(diǎn)少、分散、未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，且功能不能兼顧，與各部門的實(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)視頻共享。開展鐵塔監(jiān)控視頻等資源統(tǒng)籌，科學(xué)布設(shè)鐵塔監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，規(guī)范視頻數(shù)據(jù)獲取、管理和應(yīng)用，避免多頭采集和重復(fù)建設(shè)，提升綜合監(jiān)測(cè)能力，可為生態(tài)文明建設(shè)、國(guó)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(qiáng)大支撐[14]。

3.3 發(fā)展鐵塔視頻技術(shù)，提升視頻影像質(zhì)量

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(jìn)行開發(fā)，可使用智能圖像識(shí)別、基于對(duì)象的3D GIS和大型網(wǎng)絡(luò)視頻流處理技術(shù)，但由于目前煙感、溫感自動(dòng)識(shí)別在野外且距離較遠(yuǎn)，尤其是林火的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)仍不成熟，判斷失誤率較高，無法滿足森林防火預(yù)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(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)配準(zhǔn)距離最近的攝像頭位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立衛(wèi)星熱點(diǎn)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(diǎn)匹配到視頻影像中，可實(shí)現(xiàn)在線核查視頻影像。同時(shí)，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(diǎn)涉及的攝像視頻的場(chǎng)景范圍，實(shí)現(xiàn)以調(diào)度視頻攝像頭為主的熱點(diǎn)核查，從而輔以人工核查。

提升鐵塔視頻技術(shù)，應(yīng)先建立技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，建立適合多種業(yè)務(wù)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(cè)設(shè)備多樣化需求，提高自動(dòng)化、智能化程度，解決監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)建設(shè)滯后問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)綜合監(jiān)測(cè)尤其是森林防火的預(yù)警預(yù)報(bào)[16]。此外，條件允許還可在鐵塔建立無人機(jī)場(chǎng)，兼顧傳統(tǒng)瞭望塔、電網(wǎng)等，采用先進(jìn)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]。

4 結(jié)語

鐵塔是視頻監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)測(cè)先進(jìn)技術(shù)之一。隨著5G的發(fā)展，鐵塔將廣泛運(yùn)用于信息采集、智能監(jiān)測(cè)，尤其是視頻監(jiān)控技術(shù)等數(shù)字平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)及共享。同時(shí)，這也為湖南鐵塔視頻在森林防火工作中的應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)湖南省森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)體系更加完善，提升森林防火現(xiàn)代化水平。