摘要：傳統(tǒng)森林火災(zāi)防控手段依賴人工巡查與孤立傳感器，存在監(jiān)測盲區(qū)多、響應(yīng)滯后、誤報率高等問題。因此，系統(tǒng)分析卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)在森林火災(zāi)防控中的應(yīng)用模式，研究其基于熱成像-可見光雙模感知、AI智能分析及多源數(shù)據(jù)融合的技術(shù)機制，并探討其在火情早期發(fā)現(xiàn)、火源溯源、火勢蔓延預(yù)測及非法用火行為管控中的關(guān)鍵作用。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)依托構(gòu)建前端智能感知-邊緣計算預(yù)警-云端協(xié)同指揮防控網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)火情響應(yīng)時間縮短、誤報率降低，提升森林火災(zāi)防控的精準(zhǔn)性與時效性，為智慧林業(yè)與應(yīng)急管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：卡口視頻；監(jiān)控系統(tǒng)；林場；森林火災(zāi)防控

森林火災(zāi)作為生態(tài)災(zāi)害，會直接導(dǎo)致森林資源損耗與生物多樣性破壞，還可能引發(fā)水土流失、空氣污染等次生危機，對生態(tài)安全與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成重大威脅。而我國林場地域廣闊、地形復(fù)雜，傳統(tǒng)人工巡護方式在面對突發(fā)火情時，存在響應(yīng)滯后、覆蓋范圍有限等問題，難以滿足現(xiàn)代森林火災(zāi)防控的需求。且在森林火災(zāi)防控領(lǐng)域，林區(qū)地形復(fù)雜導(dǎo)致巡護盲區(qū)多，人為火源管控排查效率較低，火情發(fā)現(xiàn)與資源調(diào)配存在滯后性。在此背景下，卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)的引入為防控難題提供創(chuàng)新路徑，為森林火災(zāi)防控的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供實踐支持[1]。

1 卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)是部署于森林邊界、林區(qū)要道等關(guān)鍵節(jié)點的智能化監(jiān)測設(shè)備，集成高清攝像頭、熱成像傳感器與AI分析模塊，可實時捕捉人員/車輛動態(tài)、識別火源高溫異常及煙霧特征，憑借數(shù)據(jù)聯(lián)動實現(xiàn)火情秒級預(yù)警與精準(zhǔn)定位，助力森林火災(zāi)早發(fā)現(xiàn)、快處置。

1.1" 高清攝像頭

系統(tǒng)采用高清攝像頭，配備低照度增強模塊與寬動態(tài)范圍（WDR）技術(shù)，保證在晨霧、逆光或夜間等復(fù)雜光照條件下可清晰捕捉林區(qū)細(xì)節(jié)。為應(yīng)對林區(qū)高溫、潮濕及強風(fēng)環(huán)境，攝像頭外殼采用航空級鋁合金材質(zhì)，內(nèi)部集成納米防水涂層與智能溫控散熱系統(tǒng)，保障設(shè)備在-40～70℃極端溫度下穩(wěn)定運行。對于火災(zāi)早期探測需求，系統(tǒng)借助雙光譜成像技術(shù)，在傳統(tǒng)可見光鏡頭基礎(chǔ)上疊加熱成像傳感器[2]。

1.2" 熱成像傳感器

系統(tǒng)采用非制冷型氧化釩（VOx）微測輻射熱計陣列傳感器，其像素分辨率為384×288，配合17μm像元間距設(shè)計，在500m距離可清晰捕捉林區(qū)熱源。為適應(yīng)林區(qū)晝夜溫差大、濕度高的環(huán)境特性，傳感器表面鍍有防腐蝕氮化硅膜層，內(nèi)部集成數(shù)字溫度補償電路，憑借實時校準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)消除熱漂移誤差，保證其測量精度在±2℃以內(nèi)[3]。

1.3" 邊緣計算終端

系統(tǒng)采用NVIDIA Jetson AGX Orin模組作為核心算力單元，其2048個CUDA核心與64個Tensor核心可提供275TOPS混合算力，支持8路4K視頻流的實時解碼與特征提取。為適應(yīng)林區(qū)高溫多塵環(huán)境，終端外殼采用鎂鋁合金材質(zhì)，內(nèi)部集成液態(tài)金屬導(dǎo)熱管與相變儲能材料，配合智能變頻風(fēng)扇實現(xiàn)-20～60℃寬溫域穩(wěn)定運行。

在火災(zāi)預(yù)警邏輯中，邊緣計算終端創(chuàng)新應(yīng)用時空關(guān)聯(lián)分析算法，借助多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將熱成像傳感器的溫度梯度數(shù)據(jù)、可見光攝像頭的火焰光譜特征、激光雷達的煙霧濃度分布進行三維空間映射。當(dāng)檢測到局部區(qū)域溫度異常時，終端將自動觸發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理模型，在50ms內(nèi)完成火情真?zhèn)闻卸?，并借助動態(tài)閾值調(diào)整機制過濾掉如車輛尾氣、反射光斑等干擾。

2 卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)在森林火災(zāi)防控中的具體應(yīng)用

2.1" 火源早期發(fā)現(xiàn)定位

系統(tǒng)憑借分布式部署雙光譜攝像頭陣列，在林區(qū)關(guān)鍵卡口形成360°監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)熱成像傳感器探測到局部區(qū)域溫度異常，如超過環(huán)境基線值30℃且持續(xù)3min以上時，可觸發(fā)雷達進行二次校準(zhǔn)，利用多普勒頻移特性解析熱源微動特征，使野火與靜止熱源、車輛發(fā)動機余溫得到區(qū)分。在定位方面，熱成像數(shù)據(jù)提供初始坐標(biāo)后，激光雷達借助脈沖測距技術(shù)，結(jié)合可見光攝像頭捕捉的煙霧形態(tài)特征，經(jīng)邊緣計算終端AI模型進行空間配準(zhǔn)，將定位誤差控制在15m范圍內(nèi)。

對于復(fù)雜地形所衍生的遮擋問題，系統(tǒng)采用多節(jié)點協(xié)同觀測，利用幾何拓?fù)渲貥?gòu)算法補全被遮擋區(qū)域的熱輻射數(shù)據(jù)，保證火源定位準(zhǔn)確。系統(tǒng)還嵌入時空關(guān)聯(lián)分析模塊，將當(dāng)前熱源數(shù)據(jù)與風(fēng)速、濕度等氣象參數(shù)及坡度、植被密度等林區(qū)地理信息關(guān)聯(lián)建模，借助動態(tài)閾值調(diào)整機制可提前預(yù)警潛在火險區(qū)域。預(yù)警信息經(jīng)輕量化加密后，可使用5G專網(wǎng)實時推送至森林防火指揮平臺，為快速響應(yīng)提供火源坐標(biāo)、蔓延趨勢、撲救路徑等預(yù)案。

2.2" 火情動態(tài)跟蹤與評估

系統(tǒng)借助高清攝像頭與智能圖像識別算法，可對林區(qū)關(guān)鍵卡口實施24h監(jiān)測，自動捕捉火源熱輻射、煙霧擴散等異常特征，并在0.5s內(nèi)完成火情預(yù)警。利用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，系統(tǒng)能結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地形參數(shù)及歷史火險模型，對火勢蔓延方向、燃燒強度進行動態(tài)模擬，生成如過火面積、植被損失等指標(biāo)量化評估報告。

在火情處置階段，系統(tǒng)可實時調(diào)用卡口監(jiān)控視頻流，結(jié)合無人機巡查數(shù)據(jù)，生成火場態(tài)勢圖，為指揮部提供火線推進速度、隔離帶有效性等依據(jù)。針對復(fù)雜地形下的隱蔽火點，系統(tǒng)憑借熱成像與多光譜分析技術(shù)，可穿透植被覆蓋層識別地下火源，配合GIS地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)火點準(zhǔn)確定位。

系統(tǒng)還具備災(zāi)后評估功能，對比火場前后影像數(shù)據(jù)，自動計算碳匯損失量、生態(tài)修復(fù)成本等衍生指標(biāo)，為生態(tài)修復(fù)方案制定提供數(shù)據(jù)支撐，推動森林火災(zāi)防控從經(jīng)驗驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型[4]。

2.3" 人員與車輛管控

系統(tǒng)在林區(qū)各出入口部署智能卡口設(shè)備，利用車牌識別與生物特征比對技術(shù)，對入林車輛進行火源攜帶風(fēng)險篩查，自動攔截裝載易燃物品的違規(guī)車輛，并推送預(yù)警信息至護林員終端。針對徒步入林人員，系統(tǒng)依托人臉識別與軌跡追蹤功能，建立人員活動熱力圖，當(dāng)監(jiān)測到某區(qū)域人員密度異常聚集時，可結(jié)合氣象數(shù)據(jù)動態(tài)評估潛在火險等級，觸發(fā)分級預(yù)警機制。

在火情處置階段，系統(tǒng)使用卡口監(jiān)控視頻實時回傳車輛通行數(shù)據(jù)，構(gòu)建應(yīng)急物資運輸通道模型，智能規(guī)劃最優(yōu)補給路線，避免因道路擁堵延誤滅火時機。系統(tǒng)可調(diào)用歷史卡口通行記錄，快速定位涉火車輛及人員動線，為火因溯源提供證據(jù)。針對重點防火期，系統(tǒng)創(chuàng)新采用電子圍欄技術(shù)，在林區(qū)邊緣劃定虛擬管控區(qū)域，當(dāng)車輛或人員違規(guī)穿越時，聯(lián)動無人機編隊進行實時喊話驅(qū)離，使用北斗定位系統(tǒng)向監(jiān)管平臺發(fā)送越界告警，以提升森林火災(zāi)防控的智能化水平。

2.4" 應(yīng)急指揮與資源調(diào)度

系統(tǒng)在林區(qū)卡口布設(shè)的4K全景攝像頭與微波通信基站，實時回傳火場周邊道路、橋梁及物資儲備點的可視化數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到火勢突破隔離帶時，可自動調(diào)用卡口監(jiān)控視頻流，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)，在3min內(nèi)生成包含火線蔓延速度、受威脅村莊坐標(biāo)的動態(tài)沙盤，為指揮部提供決策依據(jù)。在資源調(diào)度環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將卡口監(jiān)控與北斗定位終端進行聯(lián)動，實時追蹤消防水車、無人機編隊等裝備的位置與狀態(tài)。

當(dāng)監(jiān)測到某方向火勢增強時，可自動規(guī)劃最優(yōu)增援路線，憑借卡口信號燈遠程控制系統(tǒng)開辟綠色通道，使物資運輸效率得到提升。對于復(fù)雜地形下通信盲區(qū)，系統(tǒng)創(chuàng)新采用卡口監(jiān)控+無人機中繼組網(wǎng)模式，在火場邊緣卡口架設(shè)移動基站，利用無人機搭載的衛(wèi)星通信模塊，構(gòu)建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，使火場指令實時送達，對比火場前后卡口監(jiān)控視頻，自動提取裝備調(diào)度軌跡、人員集結(jié)時效等指標(biāo)，為優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案提供數(shù)據(jù)支撐。

3 案例分析

3.1" 非法用火行為精準(zhǔn)攔截

2023年清明節(jié)期間，某重點林區(qū)因祭祀活動激增面臨嚴(yán)峻火災(zāi)防控壓力。4月3日14時27分，部署于林區(qū)主干道卡口的雙光譜智能攝像頭自動捕捉到一輛未登記車輛偏離常規(guī)路線，試圖從未開放山道駛?cè)肓謪^(qū)核心區(qū)域。系統(tǒng)借助AI視覺算法實時解析車牌信息，并與森林防火指揮平臺數(shù)據(jù)庫進行比對，確認(rèn)該車輛既未提前備案入林許可，車主也無歷史合法通行記錄，系統(tǒng)隨即啟動三級聯(lián)動預(yù)警機制，前端設(shè)備同步觸發(fā)高音喇叭警報，循環(huán)播放前方為防火禁入?yún)^(qū)，請立即駛離的語音提示，并亮起紅色警示燈。后端平臺憑借5G專網(wǎng)將車輛位置、車牌號、違規(guī)行為截圖等信息精準(zhǔn)推送至距離最近的3名護林員手機端，同步生成電子圍欄軌跡跟蹤任務(wù)[5]。

現(xiàn)場處置中，護林員根據(jù)手機端實時定位12min內(nèi)抵達現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)車主正攜帶香燭、紙錢等祭祀用品，經(jīng)教育勸導(dǎo)后，車主主動配合登記信息并撤離，護林員現(xiàn)場監(jiān)督其使用車載滅火器對周邊20m范圍內(nèi)干草、枯葉進行噴淋濕化處理，徹底消除潛在火源風(fēng)險。此次事件中，卡口系統(tǒng)憑借“車牌智能識別-數(shù)據(jù)庫快速核驗-多端協(xié)同處置”的全鏈條閉環(huán)管控，將非法入林行為攔截，消除因祭祀用火引發(fā)的火情隱患。事后復(fù)盤顯示，該卡口日均識別車輛120余輛，清明期間累計攔截?zé)o證車輛17輛，違規(guī)攜帶火種事件同比下降89%，驗證了卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)在節(jié)假日高風(fēng)險期精準(zhǔn)設(shè)防、智能預(yù)警、快速響應(yīng)效能。

3.2" 早期火情秒級預(yù)警

2023年7月，我國南方某林區(qū)持續(xù)遭遇40℃以上極端高溫與連續(xù)20日無降水天氣，森林地表可燃物含水率降至臨界值，火險等級攀升至最高級。7月18日13時42分，部署于林區(qū)西側(cè)主干道卡口的雙光譜熱成像攝像頭使用長焦非接觸式測溫，在距離道路1.2km的密林邊緣檢測到異常高溫?zé)嵩矗囟?27℃），該區(qū)域地表覆蓋大量連續(xù)干旱的枯黃茅草與松針，屬于典型易燃物堆積區(qū)[6]。

采用溫度梯度變化曲線排除太陽反光、動物體熱等干擾，確認(rèn)高溫點為持續(xù)升溫火源，調(diào)用同點位高清攝像頭，在濃密樹冠間隙捕捉到0.5m2范圍的地面明火與白色煙霧，基于激光雷達點云數(shù)據(jù)與GIS地理信息，自動生成火點三維坐標(biāo)，誤差范圍小于5m。13時43分，系統(tǒng)自動將火情信息推送至省級森林防火指揮中心大屏，同步觸發(fā)分級響應(yīng)流程：5min內(nèi)，指揮中心采用移動終端向距離火點最近的3支護林隊發(fā)送導(dǎo)航指令，并調(diào)取周邊3 km內(nèi)消防水池、隔離帶分布圖，12min內(nèi)，護林員攜帶便攜式風(fēng)力滅火機、二號工具抵達現(xiàn)場，對初期火場實施撲救。25min內(nèi)，火情完全撲滅，過火面積僅0.3畝（200m2），未造成樹木損毀或人員傷亡。此次事件中，卡口監(jiān)控系統(tǒng)憑借熱成像超前感知-AI多模態(tài)驗證-坐標(biāo)精準(zhǔn)制導(dǎo)技術(shù)組合，將火情發(fā)現(xiàn)時間較傳統(tǒng)瞭望塔人工觀測縮短，為撲救爭取了時間。

4 結(jié)束語

卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)在某林場森林火災(zāi)防控中展現(xiàn)出顯著成效，成為森林安全管理的關(guān)鍵技術(shù)支撐。憑借部署高清攝像頭與熱成像設(shè)備，系統(tǒng)對林區(qū)重點區(qū)域及卡口進行24h全天候監(jiān)控，結(jié)合AI智能分析技術(shù)，可精準(zhǔn)識別火情、煙霧及違規(guī)用火行為，將火災(zāi)預(yù)警時間縮短，誤報率大幅降低。實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)成功預(yù)警多起初起火災(zāi)，有效遏制火勢蔓延，減少經(jīng)濟損失與生態(tài)破壞?？诒O(jiān)控還強化了對人員、車輛進出的管控，從源頭降低火災(zāi)隱患。未來，需優(yōu)化設(shè)備穩(wěn)定性，降低維護成本，并探索與無人機巡查、物聯(lián)網(wǎng)傳感器的聯(lián)動應(yīng)用，構(gòu)建空天地一體化的森林火災(zāi)防控體系，為林場生態(tài)安全提供更高效、更智能的保障。

參考文獻

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[3]章鈞波.重點景區(qū)森林防火現(xiàn)狀及對策[J].今日消防，2024，

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[4]甘肅省林業(yè)和草原局火災(zāi)預(yù)防處.省林草局召開會議部署秋冬季森林草原防火工作[J].甘肅林業(yè)，2024（6）：49.

[5]王詩鏑.貴州省森林火災(zāi)致災(zāi)因素及應(yīng)對策略研究[J].今日消防，2024，9（8）：10-12+125.

[6]祁連山管護中心.雷思維調(diào)研祁連山生態(tài)保護和森林草原防火工作[J].甘肅林業(yè)，2023（6）：2.