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        湖南鐵塔視頻在森林防火工作中的應(yīng)用分析?

        2022-03-28 11:18:48徐海文
        森林防火 2022年1期
        關(guān)鍵詞:站址鐵塔林區(qū)

        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。

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