曾 瑜 曾東洋 陳偉偉

（1.河源市應急科技信息化中心，廣東 河源 517000；2.中國鐵塔股份有限公司河源市分公司，廣東河源 517000；3.河源市園林綠化管理中心，廣東 河源 517000）

森林火災突發(fā)性強、破壞性大、危險性高，是全球發(fā)生最頻繁、處置最困難、危害最嚴重的自然災害之一，是生態(tài)文明建設成果和自然保護區(qū)森林資源安全的最大威脅，甚至引發(fā)生態(tài)災難和社會危機[1-3]。廣東省由于森林覆蓋率的逐步提高，林區(qū)內可燃物增厚，林區(qū)企業(yè)、群眾的生產性用火增多，戶外旅游探險活動增加等因素，一直大力推進林區(qū)遠程視頻監(jiān)控體系建設，但當前原有的視頻監(jiān)控設備遠遠達不到現(xiàn)階段的森林防火要求，亟需加大力度提升預警監(jiān)測平臺的科技信息化水平，構建起智慧火情預警平臺，確保生態(tài)資源和人民生命財產的安全。

1 森林火情預警平臺現(xiàn)狀

廣東省河源市是林業(yè)大市，全市森林面積114.6 萬hm2，在廣東全省排名第4，森林蓄積量達7 160.46 萬m3，森林覆蓋率為73.2%，在國家、省的大力支持下，2017年開始河源市分三期推進林區(qū)遠程視頻監(jiān)控安裝，于2020年完成林區(qū)監(jiān)控全覆蓋并投入運行使用后，現(xiàn)林區(qū)共有前端監(jiān)控站點及林火監(jiān)控系統(tǒng)657個，實現(xiàn)森林火災發(fā)生率、森林火災受害率持續(xù)大幅下降，為保護生態(tài)資源和人民生命財產發(fā)揮較大作用。

但當前林區(qū)視頻監(jiān)控仍只能實現(xiàn)以數(shù)字設備取代人工巡視、高山瞭望等傳統(tǒng)監(jiān)控方式，依托于前端攝像機實現(xiàn)對林區(qū)實況的采集，結合GIS（地理信息）系統(tǒng)，通過公共通信網絡回傳至后方指揮/監(jiān)控中心，借助中心內部配備的軟硬件資源如監(jiān)控系統(tǒng)和大屏顯示設備實現(xiàn)可視化呈現(xiàn)，支撐各級管理部門工作人員完成遠程值班值守，離智慧森林火情預警監(jiān)控要求仍有一定差距。

2 當前林火遠程視頻監(jiān)控平臺存在問題

當前林火遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)已使用數(shù)年，主要使用場景為撲救森林火災時遠程調度觀察火情和值班值守監(jiān)控，在使用過程中，筆者仍發(fā)現(xiàn)存在系統(tǒng)前期預警不敏捷、攝像頭掉線率高、運維難度較大等問題[4-6]。

2.1 平臺部分

一是歷史建設的解碼器已不能滿足日漸新增的高清點位的上墻需求，無法正常解碼預覽；二是項目建設監(jiān)控點沒有統(tǒng)一時鐘源，導致每個攝像機的時間不統(tǒng)一，難以追溯事件準確時間；三是項目建設主要依賴市局中心平臺，但是計算資源投入不足，容災備份設計不合理，常常因為一臺服務器斷電影響全市林火監(jiān)控無法預覽。四是項目平臺建設落后，沒有及時更新，657個監(jiān)控點數(shù)量大、范圍廣，需專人7×24 h“緊盯”發(fā)現(xiàn)火情并告警。

2.2 傳輸部分

傳輸部分主要存在的問題為當初建設規(guī)劃網絡混亂，運營商網絡先到市一級，再通過專線到縣區(qū)一級，導致基層縣區(qū)預覽頻繁報錯；而硬件建設概念是前端網絡到縣區(qū)一級，再統(tǒng)一資源上傳到市一級；網絡建設與硬件建設不統(tǒng)一，導致頻繁出錯[5]。且建設前期前端攝像頭帶寬為4 M，后期升級到10 M，對于目前高清晰度的攝像機來說，難以滿足需求。

2.3 前端部分

項目建設重在建設，對于后期設備運維往往跟不上，常常因為無法預覽才去維修，而且修復未閉環(huán)跟進，時常出現(xiàn)無法看到出現(xiàn)問題的節(jié)點是設備廠家、維護商還是運營商，也無法查證及追溯進度[6]。且當前前端攝像頭基本為低配置、年限長情況，全市林火監(jiān)控總計657個，白天監(jiān)控火情情況須靠人工方式排查，晚上基本無效果，且大部分攝像機使用年限超過3 a以上。

3 智慧火情預警平臺構建與應用

3.1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)與本研究預警平臺對比

3.1.1 智能監(jiān)測功能

原有平臺系統(tǒng)缺乏智能算法，目前基本上都是依靠人工7×24 h值班盯守，容易忽視火情發(fā)生。智慧火情預警平臺24 h自動巡航，每3 min可完成360°巡航，實現(xiàn)AI預警上報，對出現(xiàn)煙霧的情況后臺自動發(fā)現(xiàn)、自動上報，第一時間發(fā)現(xiàn)險情[7-9]。

3.1.2 平臺終端功能

原有系統(tǒng)平臺目前只應用于森林防火，系統(tǒng)獨立運行，視頻無法共享、數(shù)據無法互通，在一定程度上造成資源浪費。智慧火情預警平臺可接入多種通信終端，國標接口，可對接其他平臺，共享和復用視頻監(jiān)控資源，可實現(xiàn)森林防火、應急調度、礦山監(jiān)測等，實現(xiàn)“1 個平臺+1 臺攝像機+N個應用場景”。

3.1.3 資產管理模式

原有平臺設備資產管理難度大，由于攝像頭是在野外，經常風吹日曬且使用年限很長（第一期超7 a），設備損壞后無法維修，需要對報廢設備進行日常管理。智慧火情預警平臺可采用整體購買服務的合作模式，全量滿足需求，提供端到端的全流程服務，免除后續(xù)資產的管理壓力[10]。

3.1.4 預警監(jiān)測范圍

原有部分區(qū)域存在監(jiān)控盲區(qū)，有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)只有一個監(jiān)控點位，無法對重點區(qū)域進行全覆蓋。智慧火情預警平臺利用三維立體建模測繪技術和現(xiàn)場無人機查勘[11-12]，測算每個點位監(jiān)控區(qū)域和可見率，做到每個點位精準選擇，確保站點的合理性和經濟性。

3.2 智慧火情預警平臺構建與應用

3.2.1 整體架構

平臺按照“一級架構、多級部署、資源共享、開放解耦”建設原則，采用底臺、中臺、前臺三級分層架構設計，實現(xiàn)了底臺數(shù)據集中采集、中臺業(yè)務集約管控、前臺應用靈活定制、AI算法按需加載。

算法準確先進，系統(tǒng)準確率高，該架構合理分配算力和帶寬資源的同時，運用了先進的邊緣計算、人工智能和云計算技術，系統(tǒng)的誤報率降低至兩萬分之一，報警準確性大幅提升。同時系統(tǒng)具備了對于極端天氣的自動規(guī)避能力和場景自動理解能力，使得智能化水平得到顯著提升。架構靈活科學，應用場景豐富，該架構既可以用于老舊點位升級改造，又可以整套用于新建項目，在確保林火監(jiān)測及時性、準確性的同時，最大限度考慮資源的合理利用，避免重復建設和資源浪費等現(xiàn)象。業(yè)務合理高效，利于協(xié)同監(jiān)管，通過該架構可打破原本的“數(shù)據壁壘”，得益于精準的報警信息，極大減少人工值守壓力，同時使得集群化管理變得高效、可靠[13]。

3.2.2 主要功能

1)監(jiān)測預警“一張圖展示”。監(jiān)測預警實現(xiàn)基于地圖的森林防火全要素監(jiān)控和快速處置。實現(xiàn)“一張圖”的高效綜合管理和應用。平臺支持以一張圖的形式展現(xiàn)點位建設情況，包括點位監(jiān)控監(jiān)測設備的在線情況、展示今日火情情況，包括火情數(shù)量、火情處置情況；展示最新預警情況，包括預警名稱、預警圖片、預警時間等；并可對歷史火情按照不同時間周期、不同火情類型進行統(tǒng)計。

2)火點實時監(jiān)測與定位。主要分為三種方式：衛(wèi)星遙感全域監(jiān)測、攝像機全天候監(jiān)測、人工巡查重點監(jiān)測。衛(wèi)星遙感全域監(jiān)測利用國內外14 顆極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星進行全域監(jiān)測，最高觀測頻次可達10 min。攝像機全天候監(jiān)測通過前后端二次識別和可見光算法識別的方式，減少漏報。識別到火點后，可見光通道快速拉近放大再次識別，確認取證。人工巡查重點監(jiān)測護林員、瞭望員充分發(fā)揮火災預防的“探頭作用”，在日常巡護中可通過移動端進行巡查情況反饋、發(fā)現(xiàn)火情人工上報、對林區(qū)隱患進行排查和上報、導航定位等。

3)遠程指揮調度。遠程指揮調度分為事前預防、事中處置閉環(huán)流程、災后評估，事前預防可錄入周邊防火資源信息，如防滅火資源、救援隊伍、重點保護區(qū)域、避難場所等的情況；提前錄入應急預案，平時可針對不同地區(qū)不同等級制定預案，并且演練，當發(fā)生火災時，可調取相應預案進行查看和應用。事中處置閉環(huán)流程包括告警推送、告警研判、現(xiàn)場處置、指揮調度，支持語音會商，系統(tǒng)高度集成指揮調度功能，指揮中心通過GIS地圖，結合現(xiàn)場的實時視頻，對消防車、消防員、護林員進行集中音頻調度，實現(xiàn)對整個火場撲火力量的全面了解和統(tǒng)一調配。

火災處理完成后，系統(tǒng)可對火災基本信息、火災態(tài)勢信息、火災撲救情況、火災肇事者情況進行采集、記錄和評估，評估森林火災損失和生態(tài)環(huán)境資源損失，生成災后評估報告，方便相關部門總結分析。

4)“林長制”管理。實行分層分級管理，系統(tǒng)支持劃定“林長制”。聯(lián)合應急局、自然資源局、城綜局、消防等相關部門，對林區(qū)、公園綠地按網格劃分責任田，并設置對應賬號權限，分級管理，構建完整的森林防滅火智慧調度架構體系。如可支持對護林員進行考勤管理，支持自定義考勤規(guī)則，可基于位置進行考勤打卡和考勤信息統(tǒng)計查詢，且護林員可通過APP接收巡查任務、反饋巡查結果[14-16]。

5)數(shù)據共享和多部門聯(lián)動。系統(tǒng)支持開放接口，支持調用存量監(jiān)控和物聯(lián)網監(jiān)測數(shù)據；數(shù)據支持各職能部門接入共享，制定相應組織架構進行權限分級分域管理。后期可進一步共享開放給其他行業(yè)，如農業(yè)、水利、耕地保護等。

4 結語

森林防火是森林資源保護的首要任務和生態(tài)文明建設的安全保障，事關人民群眾生命財產安全，仍需不斷借助信息化手段強化各地森林火災防治能力，不斷提升“早發(fā)現(xiàn)、早預報、早預防”的火險監(jiān)測預警能力，穩(wěn)步提升火情上報、態(tài)勢分析等決策輔助能力，運用“智慧+”保護國家森林資源安全。