森林防火（环境）监测预警系统

一、背景介绍

1.1项目背景

据2005年全球森林资源评估，2005年全球森林面积39.52亿公顷，占陆地面积的30.3%，人均森林面积0.62公顷，单位面积蓄积110立方米，有史以来全球森林已减少了一半，且全球森林从1990年到2000年每年消失的森林近千万公顷。而我国的森林资源更是匮乏，国土面积960万平方公里，约占世界总量的7%，人口13亿，约占世界总量的22%，而森林面积仅占世界的4.6%。我国森林总面积15894.1万公顷，林木总蓄积量不足世界总量的3%，森林蓄积量为112.7亿立方米，森林覆盖率为16.55%，排世界第142位，人均森林面积0.128公顷，只有世界平均水平的1/5，排世界120位，人均森林蓄积量9.048立方米，只有世界平均水平的1/8。

森林资源如此匮乏，却往往由于人为因素或自然因素的影响，而饱受森林火灾的致命侵害，大火能在很短的时间内，烧毁大面积的森林和大量的林副产品，破坏林分结构和生态平衡，造成环境污染，气候失调，水土流失，河流淤塞，洪水泛滥或水源枯竭......所以，森林防火是一项长期的、艰巨的、不容忽视的任务。

森林火灾具有突发性，随机性，破坏时间短，扑灭困难大等特点，因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，所以，是否是火灾还在萌芽状态时就立即扑灭它就显得尤为重要。而扑救是否及时则取决于对林火行为的发现是否及时，火情分析是否准确合理，决策措施是否得当，为此国内外都在为预防、减少和控制森林火灾而努力。

为了有效控制森林火灾，提高火情预警准确率，降低劳动等成本以及外界因素带来的影响，有必要利用先进的技术，建立高科技的森林防火指挥中心。

本方案提供了一种对森林环境、火情监测的解决方案。通过远程数据监测系统可以对森林颗粒物、风速、温湿度以及预警防火等级进行实时有效的监测管理。项目的全面实施，可将全国大部分重点林区建立一套先进且完善的森林防火体系，真正实现有效宣传、提前预警、精确定位、科学调度、及时处理，**限度的减少林火损失。

1.2 国内森林防火现状

（1）地面巡护

　　地面巡护，主要任务是宣传群众，控制人为火源，深入瞭望台观测的死角进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。

（2）瞭望台监测

　　瞭望台监测，是通过瞭望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足是无生活条件的偏远林区不能设瞭望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；瞭望是一种依靠瞭望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。另外瞭望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。

（3）航空巡护

　　航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000元/小时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。

（4）卫星遥感

　　卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。存在的不足：NOAA-AVHRR准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。当热点达到3个像素时，火已基本成灾。

这些监测方式都存在一些问题，所以需要寻求一种更高效、更智能的监测方式，更好的完善森林防火工程。

1.3建设依据

《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）

《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）

《中国人民共和国公共安全法》

《视频安防监测系统技术要求》（GA/T367-01）

《报警图像信号有线传输装置》（GB/T6677-96）

《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《安全技术防范产品管理办法》国家技术监督局公安部令第12号

《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）

《无线局域网标准》IEEE802.11

《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94

《钢结构工程施工质量验收规范》GB5025-2001

《中华人民共和国森林法》

《中华人民共和国环境保护法》

《森林防火条例》

《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》

《森林资源非空间数据》DF01-1110

《林业数字矢量基础地理数据标准》DF01-1311

《林业政策法规数据标准》DF01-1410

《林业文献资料数据标准》DF01-1430

《中华人民共和国森林法》全国人民代表大会1998年4月

《中华人民共和国森林法实施条例》国务院，2000年1月

《中华人民共和国森林防火条例》国务院，1988年3月

《全国生态环境建设规划》国务院，1988年10月

《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号

《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》中发[2003]9号

《全国森林防火“十五”计划及2015年规划》 2001年12月

《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号《国务院办公厅关于切实加强当前森林防火工作的紧急通知》国办发明电〔2006〕11号

《中华人民共和国无线电管理条例》中华人民共和国国务院、中央军事委员会令（第128号）

二、建设方案

2.1系统概况

系统架构

我国现阶段的森林火灾防范大多采取人工、纸媒的宣传教育和传统的防火指挥手段（由森林防火指挥部安排护林员或其它人员对重点时段、重点区域野外火源进行人工巡查和管理、日常工作防范以护林员进入林区巡护为主、建立灭火扑救队等措施），一直未建立科学先进的森林防火指挥中心，与日益繁重的防火任务和火灾日趋增多的形势不相适应，常常因为防扑火手段落后而处于被动应付的局面，大大增加了火灾的损失。

为了适应市场经济条件下森林防火扑火工作的需要，采用新的现代化的林火管理技术，提高组织指挥决策水平，确保发生火情后，能迅速报警，科学调度指挥，*快扑灭，**限度地减少林火损失的“森林防火（环境）监测预警系统”就应运而生了。

森林防火（环境）监测预警系统是天津智易时代科技发展有限公司为有效预防森林火灾自助研发的集硬件、软件、网络于一体的高科技联网系统。该系统以森林防火软件平台为核心，在指挥中心就能够实现对各个林区防火监控系统的全方位管理。

前端视频监控点设定在林区的制高点，通过传输网络与指挥中心网络点对点联接。在监测到有火灾信号时，系统会及时将前端实时画面传递到主站指挥中心。设备实现多维一体化，除了可以实现火灾监控以外，还可以测风速、颗粒物、温湿度、预警防火等级等环境数据。该监控系统主要由警示终端、监控终端、视频采集终端、数据监测及传输、服务器、监控管理软件、PC端、手机客户端等组成。

2.2功能特点

通过系统建设，本系统具有以下主要功能：

1.人员、车辆经过时触发语音侦测系统，发出语音及红、蓝、黄、白四色智能警灯警示，且每个季节自动定时交换语音播报内容；

2.监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像，图像中同时包括相关数字信息如坐标、时间等；

3.每个站点支持的4G高清视频采集、录音、高清夜视摄录一体机具备自动水平扫描、自动巡航、360度螺旋扫描、夜间模式扫描等多种扫描模式，通过现有设置的监测点，实现整个林区监视范围的全覆盖；

4.所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放；

5.预装电脑桌面、手持终端软件实现了远程、实时监控，数据可实时无线传输至指挥中心统一平台，能够实现数据省、市、县级联网；

6.采用林火精确定位技术，具有预置位、运行轨迹编辑、实时回显位置信息功能；

7.火情识别报警：当监控摄像机扑捉到林火时，系统具有的火情识别功能，可及时告警并联动报警录像，提醒值班人员察看显示画面，及早发现火情及火点位置；

8.监测参数：支持环境监测PM2.5、PM10、风速、温度、湿度和预警防火等级，当测得数据符合林火特征时，系统发生报警，及时让防火值班人员掌握林区火灾隐患，及时制定灾害扑救方案，做到及时发现、及时救护，使火灾隐患消亡在萌芽状态；

9.系统安全性高，采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式对不同的角色设置相应权限，保证系统安全可靠；

10.查询：采用时间流设计，可由时间、日期、前端采集点完成资料检索；

11. GIS管理系统：以电子地图为基础，实现地图基本操作功能，通过当前火点的位置、风速、温度、湿度等信息动态推演火灾蔓延的方向、面积、速度及强度，为扑火指挥提供科学的决策依据。实现对森林火灾的分析预报，森林防火工作的动态管理，为防火扑火提供直观的规划和决策支持；

12.辅助决策功能：GIS信息系统提供*近扑火队前往火情点*短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息。

13.带GPS定位、防盗系统，画面实时显示定位坐标，设备损坏、被盗时可及时发送报警至终端；

14.火灾定位：利用前端采集系统中的数字云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接绑定在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能；

15.太阳能供电：输出功率>100瓦，12V——80AH胶体免维护太阳能专用储能电池；

16.内置电池，断电不丢加密数据，实时时钟，支持WIFI并具备WIFI热点数据下载功能；

17.防雷接地系统：系统拥有安全的防雷接地保障措施，确保系统能够安全运行；

18.具有良好的抗震、抗冲击、防尘、防雨和抗高寒等特性，专为野外架设和高寒环境设计；

2.3产品信息

三、系统优势

系统基于对森林防火（环境）监测预警的需求而设计，技术特点和优势主要体现在以下几点：

1、终端配有语音、警示灯、警示牌等多种警示系统，使路过的车辆行人提高森林防火安全意识，起到有效的宣传作用；

2、软件界面友好，简洁美观，操作流程清晰、易学、易用，且软件结构清晰，登录时随用户权限自动分配操作模块，去除多余菜单，软件操作即学即会。在林火发生时，还可演示着火区域，并根据动态信息推演火灾蔓延趋势，实时播放火点视频，动态生成辅助决策预案，整个过程图形化演示，为科学决策提供直观依据。

3、结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立林业防火智能监测预警及应急指挥系统，从而实现林区视频的自动监控、烟火准确识别、火点精确定位、火情蔓延趋势推演、扑救指挥的辅助决策、灾后评估等多方面功能，建立森林防火的完整业务链，并针对性地解决用户的各种个性化需求；

4、监测终端系统集成了颗粒物、温度、湿度、风速、防火等级等多个环境参数，24小时在线连续监测，全天候提供各项数据，超过报警值或出现火情时能及时告警并联动报警录像，提醒值班人员察看显示画面，及早发现火情及火点位置将火灾扑灭在萌芽中，以防人工监视时出现肉眼疲劳或监测不到位等情况的出现，避免了漏报的发生，具有多参数、实时性、智能化等特性；

5、发生火情时GIS信息系统不仅提供精确的火情位置，还提供*近扑火队前往火情点*短路径，通往现场的主要道路和通行能力，防火隔离带的位置以及赶赴火场的时间等重要信息，使扑火工作得到**便利；

6、配备太阳能供电系统，不但节能环保同时在电源的建设费用上相比传统市电方式，更具有性价比的优势，而且无缆式独立供电，组件灵活、小巧，安装维护简单，使用寿命长，供电可靠性高，使系统的选点更加灵活而不用考虑长距离拉电的困难。

四、平台软件

森林防火（环境）监测预警系统平台主要包括中心管理、存储管理、存储、流媒体、报警、网管、云台代理、客户端等模块，还可按需添加设备接入、智能分析、电视墙等模块。

4.1视频监控

1) 支持树形方式展开选择所需督察窗口的视频，实时监视个各林区的视频信息，支持多画面分割显示或回放同一林区多路实时视频或多个林区单路实时视频，支持一机同屏1、4、9、16画面等规格画面显示方式，还可以支持4、6、7、9、12、24画面多种规格画面的组合显示方式；

2) 可远程监视所有上传至本中心的视频图像，电视墙可根据需要设置显示方案，实现图像显示组合和任意切换。

3) 支持多台监控客户端及多个WEB用户同时查看任意林区的服务督察图像；

4) 支持对视频的手动录像功能，对任一帧实时视频抓拍后以JPEG或BMP的图片格式进行保存；

5) 能将摄像机的号码及位置、摄像日期和时间等信息进行叠加，以便在监视图像上显示相应的必要信息，并可用汉字显示，所有字符的格式、内容等信息，均可由用户方便地自由修改。

4.2录像管理

1) 可以远程设置前端系统的录像规则，实现手动录像、计划录像、报警触发录像等录像方式；

2) 支持64G——128GTM卡存储，可存储360——720小时循环录像，支持定时开关机，具有实时录像和影像抓拍功能；

3) 支持多个客户端同时显示、存储、检索、回放所选各林区的多个摄像机视频；

4) 支持多个客户端同时按照报警事件、时间段、摄像机、存储位置等组合条件检索录像，支持从前端系统下载检索的录像和删除本地的录像，支持硬盘预分配技术，杜绝硬盘碎片，硬盘数据自动循环复写；

5) 支持远程回放按照时间检索的历史视频、报警录像和计划存储的本地录像，回放支持单帧、慢放、常速、快速、进度条拖放等方式；

4.3数据转发

1) 支持对视频流、前端录像、控制信息、报警信息、语音对讲流等数据的转发，所有视音频数据的编码格式和控制信息等均符合相关标准的要求；

2) 支持IP单播的方式查看视频流，支持转发组播视音频流。

4.4语音功能

1) 支持设备前端语音广播；

2) 支持平台与林区之间及两个平台之间的双向语音对讲；

3) 支持平台内的客户端用户对讲。

4.5报警管理

1) 实时接收前端设备发送来的报警信息，多林区同时发生多点报警时，报警信息不会丢失；

2) 所有报警信息在报警管理窗口均可以实时显示，显示的内容包括日期时间、设备名称、报警类型等信息，所有报警信息均可以进行手动确认；

3) 当林区发生报警时，能实时弹出报警画面，并且按照策略进行联动，包括报警录像、PTZ联动、报警输出、电视墙关联操作、监控客户端关联操作、短信通知等关联操作，手机客户端可以打开当前报警录像进行查看。

4) 所有报警信息及确认信息（包括确认时间、确认节点、确认用户等）自动保存，均可实现历史查询、显示、打印和输出。

5) 所有报警信息会自动汇总，可以根据每月、每年或任意自定义时间进行导出，以这部分信息作为考核服务人员的绩效。

4.6电子地图

1) 支持在地图上直接对摄像机等设备进行管理；

2) 支持增加、修改和删除电子地图的图层，并可进行切换，具有超级链接功能；

3) 支持对地图进行放大、缩小和漫游；

4) 支持报警事件联动，可以图标闪烁、弹视频窗口等。

4.7权限管理

1) 用户权限配置分为三部分：用户、部门、角色，不同用户可以设置所属部门和隶属角色，相关操作时根据优先级提供优先级高的用户优先使用权利，用户权限可以在线进行授权、转移和取消；

2) 权限配置可以针对功能进行授权；

3) 支持通过权限管理划分责任区域用户，通过不同的责任区域用户来检查责任区的在线和离线；

4) 支持通过权限管理分配责任区用户只对该责任区域内的设备拥有权限，实现责任区域的视频、报警及统计信息的分区分流；

4.8安全管理

1) 支持对用户登录、操作应进行权限查验；

2) 系统所有重要操作，如登录、控制、退出等，均有操作记录，系统可对操作记录进行查询和统计，所有操作记录具有不可删除和不可更改性；

3) 系统保存的所有重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等，不可删除和更改。

4.9系统管理

1) 支持多种日志：操作日志、报警日志、系统日志，通过人机界面可以查询和导出；

2) 通信监视

l 通过专门的网管服务器实现对系统内各个节点的通信状态进行监视；

l 同所有接入系统通过心跳信息进行保活，获取各接入系统的在线状态。

3) 配置管理

a) 前端系统远程配置

l 可以统一对前端系统的参数进行设置；

l 可以对林区所有摄像机的预置位信息、预置位巡航轨迹、摄像机轨迹录制等进行配置；

l 通过权限管理设置巡检用户具有查看其所辖区域的服务督察录像数据权限；

l 可以实现对前端系统的OSD显示位置、字体及大小和颜色进行设置。

b) 平台配置

l 有专门的配置客户端，对系统内的各种网络参数、系统参数进行配置；

l 支持应用集群和双机热备的管理和配置；

l 支持自动切换、故障切换两种方式的应用集群配置；

l 有专门的配置客户端，实现录像、报警、系统资源的设备和管理；

l 由于故障切换或者手动切换以及相关的参数设置都会产生事件日志信息进行记录。

4) 资源监视

a) 平台资源监视

l 支持以表格的方式将系统内服务器和客户端的性能数据进行展示，包括CPU使用率，网络负载率，内存使用率，存储空间使用率等信息；

l 支持对系统内部各个服务器和其他网络设备的运行状态进行监视并统计相关信息，能识别服务器和网络设备的故障以及相应的故障类型并进行告警，如交换机故障、服务器故障（如CPU 负荷率过高、硬盘错误或容量超限、操作系统非致命错误等）等可检测的设备故障等；

b) 前端系统资源监视

l 支持对各个前端所有设备的运行状态进行监视。

4.10报表管理

1) 报表数据

a) 支持将历史报警数据和相关统计信息输出成报表；

b) 支持将各类摄像机可用率等信息输出成报表。

2) 报表类型

支持下列报表方式：日报、周报、月报、季报及年报，报表的生成时间、内容、格式和打印时间用户可以自行输入并保存在报表中。

3) 报表调用

支持对报表数据导出成EXCEL文件格式进行保存。

4.11Web配置及监控

1) WEB配置客户端可以实现系统资源的配置，支持对WEB用户进行统一的权限设置和管理；

2) WEB监控客户端可以实现视频信息的监控，支持历史报警信息的检索、回放；

3) 支持主流的网络浏览器，控件可以自动下载和升级；

4) 支持200人以上的并发访问能力，在并发访问人数达到上限后，可以根据优先级将低优先级用户自动断开；

5) WEB客户端可以随时随地接入平台。

五、监测设备

森林防火（环境）监测预警终端设备主要是以高清夜视摄录一体机、颗粒物、风速、温湿度等传感器为核心，同时整合信息地理系统来实现森林防火综合监控，适宜于远距离大范围全天候监视。

5.1颗粒物传感器

颗粒物传感器具有颗粒物浓度连续监测、定时采样以及粉尘浓度超标报警等多种功能。仪器内置鞘气保护气路，防止光学终端受到污染，配合自校功能，测量稳定可靠。

颗粒物传感器

5.2风速传感器

风速传感器（变送器）采用传统三分杯气象风速传感器结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好，杯体内置信号处理单元能根据用户需求输出相应风速信号，可广泛应用于气象、海洋、森林、机场、港口、实验室、工农业交通等领域。

风速传感器

5.3配置参数