火情瞭望监测系统

总体设计原则

按照项目建设功能需求和逻辑要求，体现整体性、完整性、科学性，根据国家森林防火指挥部办公室提出的《森林防火视频监控系统技术标准》，结合地区林业局实际情况，建设完成地区森林防火视频监控系统，提升森林防火指挥中心的林区火情全天实时监控和应急指挥调度的能力，实现监测自动化，传输网络化，管理数字化。

在设计方案时，以地区的实际情况出发，以地区森林防火视频监控系统结构配置的合理性、科学性和经济性为原则，同时严格掌握以下原则进行优化设计：

（1）先进性：本系统的先进性主要体现在采用现代的电子数字技术和手段，选择先进的设备和软件，并采用结构化和模块化的设计理念，建立以数据库为基础，多媒体地理信息技术及网络通讯技术和图像处理技术；

（2）可靠性：参照行业的有关标准，贯彻质量条例，保证系统的可靠性。采用成熟、稳定、完善和通用的技术设备，系统有升级能力和技术支持，能够保证全天候长期稳定运行，有完备的技术培训和质量保证体系。系统硬件均选用成熟、稳定的产品，进行过严格的测试，能满足恶劣工作环境下长时间可靠运行的要求；在系统软件设计中充分考虑信息安全、状态监测、故障诊断、接口管理等相关技术，进一步保证系统具有超强容错性和长期稳定性。

（3）安全性：安全性是系统正常运行的重要保证，设计中不仅要考虑系统的硬件安全还要考虑系统软件的安全性。视频监控系统采用符合国际标准的耐压、抗浪涌电压冲击、抗雷击、抗强电磁干扰和其它抗干扰措施。同时采取各种措施保障系统信息安全。

（4）开发性：系统基于开放式的系统结构和标准化的设计模式，具有良好的标准性、开放性、集成性、安全性、可扩充性及可维护性，可根据需要方便地进行各厂家前端设备的接入、网络逐级汇接等。

（5）实用性：系统以实用性为主导，满足操控简便、灵活，易学易用，便于管理和维护，能自动纠错和系统恢复，确保操作人员能快速应用系统。且具有高度友好的界面和使用性。

（6）经济性：在先进、可靠和充分满足系统功能的前提下，体现高性价比。采用经济实用的技术和设备，充分利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护费用。

（7）互通性：系统之间、控制中心之间、中心与系统用户终端之间均应能有效地进行通信和共享数据，应能够实现不同厂商、不同规格的设备或系统间的兼容和互操作。

（8）扩充性：系统预留与其他系统的接口，系统均能够提供可靠的传输协议，使各个子系统能够相辅相成，组成一个完整的系统。系统组网方式多样，功能配置灵活，具有强大的“组态”功能；模块化和层次化的设计模式使得系统可方便地进行升级和外部扩展，不断满足用户的多样化需求。

（9）标准化：系统建设及所用的软件、硬件、人机界面、通信协议和通信接口等遵循当前最新国际标准、国家标准、工业或行业标准，系统、设备之间的接口应符合相关标准、规范的要求。施工符合国家相关规定。视音频编解码标准采用符合大规模拓扑网络传输需要、先进通用的国际标准。系统网络协议、产品集成和开发工具、数据库操作都遵循业界主流标准，确保与现有自动化系统的平滑过渡和无缝连接，充分体现系统的标准性。

（10）易用性：系统基于人性化的全中文图形界面，简洁、友好、直观，易学易用。

（11）资源整合和共享：充分利用现有管理资源，对人员、设备、信息等进行整合；同时，统筹规划和设计建设资源共享平台，实现信息资源的共享和数据交换。通过资源共享实现节约投入成本的目标，避免重复研发、浪费资源。

3.1.2总体目标

建设10座野外视频监控监测站，其中4套森林防火视频监控智能终端，6处森林防火野外监控点，获取覆盖范围内的监控视频图像，实现全天候不间断监控、定位、报警。在有线网络传输系统支持下，将视频图像、疑似报警信息、疑似火点位置信息实时、同步传输到防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况、准确发现火情情况。监控中心配备林火自动识别报警系统，其主要任务是自动接收来自林火检测子系统的图像并在前方采集站直接判断出疑似火情信息、定位疑似火点的信息，报警并唤醒监测人员进行交互式的林火识别，进而根据图像上的信息来判断是否起火，最后做出确定的林火报警（有或无），如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案。

3.1.3技术路线分析

火情的早期发现、早期预警都是减少损失的重要手段，所面临的第一个问题就是早期发现、早期预警问题，也是评价森林防火预警解决方案优劣的一个最为关键的技术指标。

采用视频监控技术，可以进行无人值守的24小时不间断监控，有效实现对火点、火情的早期发现和早期控制，有效的解决了地形复杂、人员流动、火点随机等方面的问题。智能化识别算法和智慧调度系统从根本上解决了远程火情识别，跨境调度指挥的问题。通过对视频监控系统的主流技术的分析来确定符合本方案的技术路线。

3.1.3.1云台存在的问题及解决办法

       1、云台盲点问题，云台采用往复转动的工作方式，常见的云台水平扫描范围为330-355度，有5-30度盲点，而垂直变化范围为+5度至-5度。

2、云台巡航速度问题，都是为城市安防监控设计的，定位精度低，不需要较高的转速，一般林区覆盖扫描，平均需要4-8个条带的扫描完成，总时间超过30分钟。同时这些云台的正常工作状态是静止不动的，成本较低，经常转动使用寿命急剧缩短，连续工作时间3-6个月，并且也不支持俯仰角、方位角的计算。

鉴于上述问题，应采用一款水平扫描范围为360度，垂直扫描范围为-90度至+120度高精度转台，工作状态为巡航转动，平均寿命为3年的转台。

3.1.3.2识别精度存在的问题及解决办法

目前森林防火预警系统产品大多采用了可见光烟火识别算法，识别精度低，识别方式单一，无法满足火情尽早尽快发现的目标。

（1）为了解决识别精度低的问题，应采用专业机构最新研发的高可用的双火情识别模块，可实现火最低2×2像素点的火情报警，烟最低7×7像素点的火情报警；

（2）为解决识别率问题，采用的系统应提供可见光确认、其他监测点确认等多种确认判别方式，以及重点区域覆盖高精度搜索巡航模式，识别率远大于其他现有烟火识别系统。

3.1.3.3速度存在的问题及解决办法

处理速度涉及云台转速和工作模式，以及识别算法的处理速度。

（1）应采用的转台30度/秒，转速远远大于现有的云台；

（2）工作模式：现有的森林防火系统由于采用的是云台，它的工作模式为步进式搜索，每转动5-15度（转动的角度与视场角相关）后停止采集视频信息，然后算法处理，完成后再继续转动下一个角度，这是串行的工作方式，效率较低。新的系统应采用转台后，除支持这种巡航方式外，还支持匀速巡航同步识别工作模式，处理效率远远高于现有的烟火识别系统；

（3）算法识别的处理速度：现有的识别算法大多采用静态图像识别模式，处理速度慢，有些火情监控系统没有配备识别算法，完全采用人工监控的方式。应采用的是高速专用识别算法，并配备高速处理芯片，可以达到每秒25帧的处理速度，可以配合转台匀速转动工作模式。

目前，市场上大多数基于云台的产品，都不支持火点定位。而应采用的高精度转台具有精度高、定位准确的特点：①转台可以返回方位角、俯仰角参数；②每台监控设备的经度、纬度、高程等地理坐标数据，在安装时可以通过手工精确测量，保存在指控中心；③发现火情时，将前端转台的方位角、俯仰角、经度、纬度、高程信息提供给三维GIS系统，可以计算出火情点的坐标，并在GIS系统中清晰标注出，方便选择到达火场的路线。

3.1.3.4如何准确、全天时发现火情

目前，森防预警监控产品多采用可见光或红外单镜头设备监控方式。由各自特点决定，本项目中单独使用可见光完成发现森林火情需求。

（1）可见光优点：图像清晰，分辨率较高，成本低，与人眼视觉基本一致；白天作用距离远，对烟雾较敏感，通过对烟的识别，早期发现火情。

（2）可见光不足：低照度（晨、昏、夜晚）天气条件下、雨天、雾天，很难完成对烟的识别；在高照度天气条件下，很难完成火光的识别；透雾功能较弱。

3.1.3.5如何在30分钟内全区域监测报警

为了实现快速、无漏点、全区域报警，必须改变传统的预置位或跳帧式静态识别工作方式。应采用成熟的针对森林防火智能监控的科学算法——自适应运动速度补偿、电子稳像技术、光谱特征与烟雾形状特征相结合的动态烟、火快速识别算法。该算法采用边巡航，边检测，边报警的工作方式，可实现30分钟全区域内发现火情、定位火点。

高精度转台应采用高刚度合理的支撑结构球型护罩、精密轴系与进口高精度轴承及驱动模块、采用精密设备加工和先进的工艺流程、采用高精度轴角编码器，通过精心的装调确保整机角度定位精度优于0.01度，在10公里处径向定位误差优于1米,轴向最大定位误差优于75m。

3.1.3.6具备前端设备远程控制、远程维护、远程升级，前端设备闭环自动控制、软件远程自动升级功能

系统在进行软件升级更新过程中，所采用的是远程更新，这样大大降低维护成本，并且可以保证系统在更新的过程中可以正常工作，通过管理控制台足不出户就可以时时监测每台设备的工作状态，发现异常可以立即做出报警。

3.1.3.7实现球台的返角信息、报警信息与视频的统一编码

实现了球台方位角、俯仰角、报警信息与视频图像关联、同步回传，便于中心指挥平台在视频中准确的标注火点经纬度信息和视频图像的经纬度信息。

3.1.3.8实现自适应不同季节、天气、时段以及多级智能控制管理

第一、具备县、市、省与国家四级管理控制功能，并根据不同优先级，为上下级协同指挥管理提供便利条件。第二、具备多点联动、相互校验，准确判断、定位疑似火点的能力。第三、具备不同季节、天气、时段的自适应能力，扫描范围内误报信息学习能力，大大减少了误报率。

3.1.3.9实现移动通信系统、无线对讲系统、多级视频联动

通过3G系统联动，实现通话、对讲、视频双向传输、视频会议、定位、巡山路径记录等功能。作为手机对讲终端，在3G信号覆盖范围内可做到不同层级多级无漫游对讲，实现多级手机视频会议联动；可作为视频采集终端，将现场视频迅速传回指挥中心，并进行视频交互；可通过GPS、GIS系统联动，准确定位，并记录巡山路径。是否领先不好说，因为必须借用电信的信号，对讲机完全可以实现这个功能。

3.1.3.10实现GIS二维矢量和三维细腻栅格影像地图自由无缝切换

资源管理系统采用了合理的系统架构，得以把二维矢量地图数据和包含细腻栅格影像的三维地图数据在系统中同时显示。这样，系统在保证专业严谨的二维展示的同时，可以利用三维地图数据如实显示监控区域的地形地貌，给指挥调度人员以身临其境的感觉，为其制定合理有效的扑火方案提供可靠的支持。

系统中的二维、三维场景并不是简单的1+1，虽然二三维地图数据格式、参数上存在较大的区别，但通过使用本系统特别定制的算法，用户可以在浏览一个场景时通过命令直接跳转到另一场景的相同视角位置。从而实现了二、三维场景的无缝切换，从根本上跨过了二、三维场景显示上的鸿沟。

3.2.2.11预置短信，快速发布火情信息

预火情发布短信，发现火警时及时将火点信息以及火势情况发布给相关人员。

3.1.3.12监测站联动

当一个监测站发现火情时，系统会根据火情的位置计算出周围监测站监测该火情的角度，并调用相应的监测站共同监测火情。

3.1.3.13森林防火预警系统火情处理流程

通过指挥控制系统与综合管理系统的联动，系统能够实现对火情的精准定位并调度指挥扑火力量进行火情扑救。

3.1.4设计依据

（1）《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

（2）《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-1994

（3）无线局域网标准EEE802.11

（4）《视频安防监控系统技术要求》GA/T367-2001

（5）《入侵报警系统技术要求》GA/T368-2001

（6）供配电系统设计规范GB 50052-95

（7）通信2.4G/5.8G标准IEEE802.11a

（8）宽带无线接入标准IEEE802.16

（9）通信单模光纤系列GB 9771-88

（10）微波无人值守电源技术要求YD/T 501-91

（11）《微波站防雷与接地设计规范》YD2011-93

（12）《建筑物防雷设计规范GB 50057-94》

（13）《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》(试行)

3.1.5总体设计

建设10座野外视频监控监测站，其中4套森林防火视频监控智能终端，6处森林防火野外监控点，全部以网络的形式，将10处野外监控点与地区森林防火指挥中心相连接，网络结构设计为星型结构，建立单一的专线系统，以保证与指挥中心之间的连接稳定可靠。

3.1.5.1系统结构设计

图3-2 视频系统业务体系结构图

系统业务体系结构如上图所示，系统总体上可分为前端系统和后端指挥中心系统两大部分。前端系统由视频采集系统、火情搜索系统、基础设施系统组成；后端指挥中心系统由火情鉴别系统、通信与控制系统、指控系统、存储点播系统构成、综合管理系统组成。

3.1.5.1视频采集系统

由可见光识别系统、运动补偿模块、电子稳像模块、动力与防护系统共同组成；完成视频信息采集任务，为后续处理系统提供清晰、稳定的视频图像资料；并且能够实现360度全覆盖，能够精确确定俯仰角、方位角等技术参数，能够实现多种速度的水平、俯仰动作。

3.1.5.2火情搜索系统

具有较高的图像处理能力，能够实现同步实时跟踪火点搜索；能够控制视频采集系统，拉近火点，对火情进行小区域的全覆盖扫描；能够实现红外与可见光的互补判别；并且具备稳像、去噪、增强等视频处理能力，以提升火情搜索的效率；支持判别阀值等参数的灵活设置，以适应不同环境、季节的需要。

3.1.5.3基础设施系统

实现前端系统与后端指挥中心系统的互联互通、安全防护等职能的基础辅助系统。包括网络、供电、安防、视频压缩等系统。

3.1.5.4火情鉴别系统

是各前端火情搜索系统的中枢管理系统，对各个前端视频采集系统的巡航模式、火情搜索系统的阀值参数进行调整；维护管理噪点，对前端火情报警信息进行核对，滤出噪点；协调多个前端系统对同一火情进行核对、确认、报警。

3.1.5.5通信与控制系统

负责各前端系统控制与通信管理，负责上下级系统的协调，是整个系统的枢纽。主要完成设备管理、通信与服务管理、信息同步、上下级协同管理、视频调度管理、以及指控终端管理。调度多个前端对单一火点进行确认。

3.1.5.6视频存储、点播系统

监控系统的辅助配套系统，完成视频信息的自动存储、点播功能。

3.1.5.7综合管理系统

严格意义上讲是外部系统，为防火监控系统提供火情二维、三维定位，地图展示等功能。同时，针对森林火点的实时监控，通过不同的算法与程序应用来满足防火单位对森林防火工作中的各种需要。

3.1.5.8指控系统

防火视频系统的唯一用户界面。通过指挥控制系统，防火用户可以查看摄像机的实况视频、发起控制前端设备命令、处理火警、编辑各种设备配置数据、编辑防火配置数据等。

3.1.6系统功能设计

3.1.6.1指挥控制子系统

指挥控制子系统分为上级子系统及下级子系统。每个子系统根据用户的角色不同，授予不同功能操作权限，每个子系统的功能差别及用户角色在描述每个功能时，逐一单独说明，为了便于描述，指挥控制子系统简称为“指控系统”。

为了让用户在使用系统过程中，有更直观的展示，指挥控制子系统会与GIS系统（地理信息系统，防火平台以外的独立系统）联动，向用户协同展示监控画面、地形地貌等信息，有机的整合二维、三维的展示效果。

（1）预置监控区域管理

根据林区实际情况，某些重点公益林域或火情高发区域需要设备对其重点监控，这些区域的名称、位置参数等基本信息被统一记录在预置监控区域中，方便操作者快速定位某个位置。定位过程中能够实现指控系统与GIS系统的双向定位，即在指控系统中能够定位视场画面，在GIS系统中能定位三维的地形画面。

（2）监控设备列表

用于选中并显示当前监控设备的名称。

（3）设备搜索

支持模糊搜索，可迅速找出对应设备

（4）设备的选择及切换

逐级展开设备名称后，在监控台名称下一级即最内层显示的即是监控设备名称，包括“可见光视频”、“红外视频”、“防盗视频”和“转台监控视频”。其中可见光视频和红外视频分别为可见光摄像机和红外摄像仪反馈回的视频信息，防盗视频为安装在塔顶的监控球机拍摄到的盗警信息，转台监控视频则是对转台外观的展示。

（5）设备状态显示

综合显示了当前监控设备的实时工作信息。

（6）模式控制

①系统工作模式选择

手动控制：是由用户接管前端设备控制权的搜索行为。用户既可以对设备进行随机操作，也可以通过调整前端设备的方位角、转速和焦距等参数对目标区域进行视频监控。例如：设置球机转到指定角度、改变焦距等。

自动控制：是指由系统接管前端设备控制权的搜索行为。有匀速巡航、预置位巡航这两种巡航模式。下面具体介绍这两种巡航模式：

匀速巡航：是指前端监控设备转台在条带起始位置向终止位置匀速旋转，并同时对旋转经过的区域进行视频监控的搜索模式。

预置位巡航：是指前端监控设备转台运动速度不是匀速，而是以同一步长“跳跃式”前进，每转过一个视场角（5—15度）即停止采集视频信息，进行算法处理，完成后再转到下一个视场角的搜索工作模式。

另外，系统还支持一种巡航模式，称为重点区域巡航。是指当前端监控设备回馈的视频中可能存在火情时，GIS系统通过联动操作，找到对该火情存在可视的其他监控点，并使其在疑似火情点附近相对较小的范围内，以相对较小的视场角及相对较慢的速度匀速巡航。

②转台控制

在手动控制模式下，可对转台进行如下操作：

首先，可通过“俯仰角”、“水平角”、“经度”、“纬度”等对球机进行定位。其次，在“转速”右侧文本框中输入0-180之间任意值设定转台旋转的速度。最后，选择转台转动的方向，使转台转向所选中的方向转动。

③相机控制

指用户通过手动对摄像机进行调节，以达到满意的视频效果。

可见光相机

光学放大：可根据需要打开或关闭摄像头光学放大功能，光学变焦是通过镜组的移动来实现焦距的变化，这种变焦不会损失画质。

自动光圈：可根据需要打开或关闭摄像头自动光圈功能，即可让前端监控设备自动根据环境的变化调节光圈，对林场进行监控。

透雾开关：林场环境比较复杂，在环境中发生大雾的情况下，能见度降低，摄像机对林场监控的准确性下降，打开可见光摄像机的透雾开关，增加摄像机的可见范围，有效监控林场。

视场和焦距：当需要调节视场时，可通过改变焦距来实现。

相机本身：可通过控制，打开或关闭可见光摄像机。

④报警事件

当有报警信息传回时，通过查看该区域，可以使用户清晰地得知系统监控到的事件及事件的详细信息。当出现火警警报时，用户可在“报警事件”下的表格中，查看到系统监控到的报警时间、报警位置、报警类别、报警角度等信息；当出现盗警警报时，用户则只能查看到报警时间、报警位置、报警类别等信息。若“报警事件”中信息显示过多，出现横向滚动条，可左右拖动滚动条查看。待警报得到处理后，报警信息随之消失。

⑤报警处理

警报提示

当警报发生以后，系统通过各种方式提醒管理员，警报提示一共有以下两种：火警警报提示和盗警警报提示

警报处理

在接到报警提示后，用户需根据火警和盗警信息的不同，分别采取措施进行处理。

⑥系统设置

设备管理

主要是用来对设备进行添加、查询、修改、删除的操作。

条带管理

该管理功能，需要用户权限登录才可以使用。

该功能对条带进行添加、删除、修改的操作。

可屏蔽区域管理

可屏蔽区域是指可以屏蔽的误报或可视区域，如处于监控范围内的住户等可能产生烟火的区域。对该区域的监控缺乏实际意义，会干扰系统的准确性。可屏蔽中老敏感区域，促进中老友好和谐发展。

对可屏蔽区域进行添加、删除、修改的操作。

报警策略管理

用来对设备的报警策略进行设定。

重点监控区域管理

可以对重点监控区域信息进行查询、修改和删除操作。

前端设备状态管理

系统通过PLC接口与前端设备箱智能控制系统交互，将前端设备的信号实时显示给指控系统，同时用户能对前端部分设备进行控制，如编码器、安防摄像机能够进行复位操作等等。

系统状态信息显示

正常情况下，该屏背景为蓝色，显示防火标语；

当有警报发生后，背景变成红色，并且滚动显示报警信息；

警报解除后，背景恢复为蓝色，同时滚动显示火警记录。

3.1.6.2通讯与控制子系统

（1）前端设备管理

最底层的通信与控制系统需要接入不少于64个前端，最大不超过64000个前端。包括以下功能：

①设备添加

设备管理人员拥有此功能的操作权限。设备添加是将新安装设备的基本信息添加到系统的设备管理表中。

②设备工作管理

前端设备连接状态检测：系统检查前端设备的连接状态。设备正常与否，系统用不同的图标加以区分。

前端设备状态读取：定时读取前端设备状态，包括设备自检状态、转台角度、摄像头视场角等。

③接收设备状态反馈

接收设备状态反馈是用户通过通信控制系统发送读取前端设备状态命令，前端设备接收命令后，将当前的设备状态包括方位角、俯仰角、焦距等运行参数统一发送给通信控制系统。命令发送存在延时的状况下，以发送命令的时间为准而不是设备接收命令的时间。

④设备状态上报

向上级客户端反馈前端的状态，最底层通信与控制系统能够存储本级所有前端和服务器的状态，在这些状态发生改变后，向上级通信与控制系统发送。非最底层通信与控制系发该统仅需要保存前端设备列表和录像服务器接口映射列表和在线状态，以及下级通信服务器列表和工作状态。

⑤本级以及下级服务器状态维护

本级的通信与控制系统启动后，本级服务器会在通信与控制系统上注册，通信与控制系统维护各个服务器的状态信息，包括是否连接、是否工作正常等，同时下级的通信与控制系统会在本级的通信与控制系统上注册，注册内容包括：下级的通信与控制系统配置信息、所有下级的各服务器状态信息以及所有下级管辖范围内的前端在线状态等，当其中之一发生变化后，都需要通知上级。

（2）协同管理

①上下级协同

上下级协同是不同的通信控制系统协同一致完成系统用户的某一目标。上下级协同可以是下级系统通过申请控制上级系统设备进行合作，也可以是上级系统直接调用下级系统设备进行合作，或者是同一级别系统间相互调用资源进行合作。

②前端设备联动

前端设备联动是用户对某一问题区域进行监控时，单独一个前端的监控设备由于地理位置环境的限制，多个前端监控设备更详尽清晰的了解重点区域的情况，用户可以根据当前前端设备的地理信息，调动对当前重点观察地理位置可视的所有前端设备，同时对问题区域进行监控，使用户从全方位的各种不同角度对区域进行观察。

③冲突检测及处理

用户所有的控制命令会汇集到通信与控制系统，包括录像、显示和控制命令，当这些命令冲突的时候，由通信与控制系统处理冲突。系统提供独占功能，当用户进行某项操作不想受到干扰时，可以申请获得设备的独占权，这时只有该用户能对设备进行操作，其它用户再操作时，系统会提示有用户正在使用该设备，需等待该用户释放控制权。如果该用户30分钟内没有进行设备操作，系统自动收回控制权，其它用户可以正常操作该设备。 超时时间根据系统需要，可在数据库中灵活配置。

④控制命令转发

接收本级客户端和上级通信与控制系统的控制命令，完成前端控制。如果本级不是最底层，那么通信与控制系统需要查找前端所在的下级，向该下级转发该控制命令，设备控制命令的反馈信息按照路径反向传递。如果本级是最下级，则调用第三方视频管理服务器的接口交互控制命令。

（3）通讯管理

通讯管理负责对上下级系统间协议的处理、传输文件协议的处理。系统之间采用的通讯协议会有差别，通讯管理是对使用不同通讯协议的系统之间协调通信传输，将不同的通讯协议转换为同一类型的通讯协议，保证系统间的信息传输。

（4）报警服务

①火情报警管理

发生火情后生成的报警。在火情报警产生后，应该通知录像服务器开始录像和抓拍，通信与控制系统能自动将报警信息、设备状态信息、录像文件和报警图片等关联起来，形成丰富的火情报警信息，还原报警产生时的系统环境；智能火情搜索服务器上报的报警信息还需要经过人工确认，方可向上级汇报。当到达时间阀值后，下级仍然未进行人工确认，则自动向上级报警，直至最高级别。按照火情严重程度定义多种火情级别，不同级别的火情报警策略不同。

②入侵报警管理

接收监控球机的报警信息，如有人非法入侵防火塔（前端）。同第一类报警处理策略相同。入侵报警发生时，立刻开始录像，便于事后追查。

③设备报警管理

设备报警是前端设备出现状况，如设备温度过高、设备发生故障等情况时，自动发送报警信号，以提醒用户。

（5）日志管理

生成用户登录日志、用户操作日志、设备状态日志、报警日志等，在相应事件发生后，记录这些事件发生的名称、内容和时间等信息，将这些信息存在本级数据库，前端设备的状态信息仅保存在最底层通信与控制系统中。按照级别树，上级可以查询下级的各种日志。

①登陆日志

登陆日志是记录用户登陆的基本信息。用户登陆系统，系统自动为用户生成一个登陆信息日志，包括用户登陆的ID、用户名、时间、登录次数，对登陆用户认证所属模块、登陆是否成功，系统将以上信息保存到数据库。

②用户操作日志

用户操作日志是记录用户对系统进行操作的记录日志。用户成功登陆系统后，需要对系统进行操作。为了确保系统的安全性，对用户的每一个操作，系统自动将用户的动作记录操作日志中。

③报警日志

报警日志是当本级通信控制系统发生报警时对报警内容进行的记录。报警分为设备报警、火情报警、入侵报警。设备报警是前端设备出现状况，自动发送报警信号提醒用户。火情报警是火情搜索系统发现火情后，前端设备自动开始录像，并通知系统发出报警，请求用户对当前发现内容进行确认是否发生火情。系统将报警发生的时间、录像文件、用户的确认情况统一记录到报警日志中。入侵报警是接收监控球机的报警信息，如有人非法入侵防火塔（前端）。同第一类报警处理策略相同，入侵报警发生时，立刻开始录像，便于追查。

3.1.6.3火情鉴别子系统

（1）搜索模式控制

系统目前支持三种搜索模式：转台匀速转动搜索模式、转台步进搜索模式、重点区域覆盖高精度搜索模式。系统提供前两种搜索模式为日常巡航模式，实际部署时用户可自行人工设定以选用何种工作模式；第三种模式为协同火情搜索模式，当某一前端回馈的视频中可能存在火情时，系统调度对火情点可视的前端进行覆盖高精度搜索。

系统支持两种控制模式：自动模式和手动模式。系统需要在二种模式之间协同，即在转台自动搜索过程中，有人工参与转台的控制。此时现有搜索工作暂停，并将转台的控制权交与人工，直到人工控制完毕并接收到人工控制完毕的指令后，自动搜索工作模式继续进行而非重新从零位开始。

（2）手动控制是指用人工控制的方法控制前端设备。人工调整前端设备的方位角、俯仰角和焦距等参数对目标区域进行视频监控。

（3）自动控制是指用系统控制的方法控制前端设备。系统自动调整前端设备的方位角、俯仰角和焦距等参数对林场进行自动监控。

①匀速巡航

匀速巡航是前端监控设备转台匀速旋转的同时对旋转经过的区域进行视频监控的搜索行为。

②预置位巡航

预置位巡航是前端监控设备转台以同一步长“跳跃式”前进的搜索行为。在这种巡航模式下转台运动速度不是匀速。

③重点区域巡航

是指当前端监控设备回馈的视频中可能存在火情时，GIS系统通过联动操作找到对该火情存在可视的其他监控点，并使其在疑似火情点附近相对较小的范围内，以相对较小的视场角及相对较慢的速度匀速巡航。

（4）报警策略管理

下述四种策略，在部署时只能选择一种：

①协同报警

红外和可见光联动检测。当红外发现可疑火情时，首先计算得到当前火点所在的方位角和俯仰角，确定火情的面积大小，并据此计算出足够确认火情的可见光视场大小（分为水平视场和垂直视场）。随后驱动可见光，进行视场变化，将火点位置移至可见光视域的中心，并且进行自动对焦，当图像足够清晰之后，通过可见光进行烟雾检测和火焰检测，进一步确认是否发生火情。

当可见光发现可疑火情时，采用同样的原理，驱动红外进行火情确认。

协同报警是红外和可见光都确认发现火情后，系统自动发出报警信号。协同报警是精度比较高的一种报警策略，但是由于需要红外搜索系统和可见光搜索系统同时确认，消耗的时间和系统开销比较大。

②可见光报警

可见光报警是指只要可见光火情搜索系统发现火情，发送结果给红外对火情进行确认。即使红外图形火情搜索系统检测未发现火情，系统也自动发出报警信号报警。

③红外报警

红外报警是指只要红外图形火情搜索系统发现火情，发送结果给可见光火情搜索系统确认后，可见光火情搜索系统未发现火情，系统也自动报警。

④单一报警

任何一种火情搜索方式发现火情，无论另外一种方式确认的结果如何，系统都自动进行报警。

⑤报警信息上报

报警上报是发送报警信号到本级和上级指控中心监控平台，并发出报警警告，驱动前端监控设备自动对火情发生区域进行录像。

⑥工作模式切换

能够实现自动无缝的昼夜检测算法切换。夜间和白天采用不同的工作模式和不同的算法参数，以实现更加精确的火情检测。前端设备在夜间和白天的工作环境发生了很大改变，夜间可见光少，不能清晰地拍摄图片，所以夜间需要更多的侧重红外监控；白天可见光充足，工作模式侧重可见光火情搜索，用红外火情搜索辅助。

⑦火情精确定位

根据转台的位置和搜索路径进行初步的火点定位，并获取火情发生点的方位角、俯仰角、水平视场角、垂直视场角、监控点经纬度，同报警一起上报，便于GIS平台进行精细的定位。

⑧可屏蔽区域管理

这里屏蔽区域既可以在系统安装阶段进行人工标定配置，也可以在系统运行过程中动态添加和删除。特别是，系统能够根据报警结果，快速动态添加屏蔽区域。当一个报警事件发生后，系统会把报警信息发送到监控端进行人工确认，人工确认过程中，可以选定报警区域，并选择是否添加为一个报警屏蔽点。如果选择添加，则自动添加到报警屏蔽集合中。

屏蔽区域包括固定的烟窗、居民楼等固定误报点的屏蔽，也包括林中道路等固定误报带的屏蔽，此外还包括汽车等移动误报点的屏蔽。

为了完成对林中道路等区域性误报的屏蔽，系统对屏蔽点和区域进行分级管理。对于烟窗和居民点屏蔽等级更高，而对于林中道路（汽车误报容易发生的地段）则屏蔽等级更低。不同屏蔽等级的位置，报警确认时间参数不同，例如对于林中道路上的汽车可以选用更长的确认时间，而不是完全屏蔽，从而可以很好的控制误报，减少漏报。

此外，系统还支持重点监测区域的设定，算法对重点区域能增加搜索灵敏度或缩短搜索周期。

总而言之，系统通过后期的人工干预，误报会逐渐减少，从而可以提高系统检测灵敏度，使得漏报降到很低的水平。

⑨图像接收以及解码

接收前端设备发送的图像数据，并进行解码。为了加快图像数据的传输效率，前端设备系统自动将图像数据进行压缩。本级系统不能直接使用接收到的数据，需要对数据进行解码。本系统采用国内领先的图像压缩解码算法，对图像的压缩率明显提高，增强了图像传输率，保证了图形画面的实时性。

⑩报警录像

当有报警发生时，需要记录报警发生的信息（包括时间和位置），并和录像文件同步。系统发出报警时前端监控设备开始对火情区域录像，同时系统将报警发生的开始时间、相关地点、用户对报警的反应等记录到录像的基本信息中。

⑪GIS通讯

定位接口：在火情鉴别系统发现火警后，将报警设备的水平角、俯仰角等信息传给 GIS系统，由GIS计算后得出火警点的经纬度坐标。

反向定位接口：火情鉴别系统将火点的经纬度坐标传给GIS系统，GIS系统计算在该坐标范围内，哪些监控台可以看到该火点，得出所有的监控台设备列表。

前端安装信息接口：向GIS系统开发前端安装信息接口，包括前端名称、经纬度、海拔、正北角度和监控半径。

火警处理接口：在火情鉴别系统确认、取消火警时，将火情的确认与取消的信息传给GIS系统，GIS系统在地图上显示火点的坐标，并将地图放大到适当的位置；当火警取消时，GIS系统把地图上的火点取消，恢复成默认状态。

GIS联动：火情鉴别系统发现火警后，将监控点的方位角、俯仰角、水平视场角、垂直视场角等参数传给GIS系统，由GIS系统计算搜索对火情点存在可视的其它监控点，并计算每个可视监控点的俯仰角和方位角，反馈到通信与控制系统，由通信与控制系统调度这些监控点进行重点区域监测。

3.1.6.4综合管理子系统

（1）文件管理

实现图层工程文件的管理功能（打开、保存、另存）、图层文件的管理功能（添加、移除、隐藏可见、顺序排放）及输出地图功能。

（2）地图浏览

图像的放大、缩小、漫游、全图、中心放大、中心缩小、前一视图、后一视图、地图浏览工具、鹰眼图等功能。

（3）地图测量

实现图上距离、面积信息等测量功能。

（4）地图编辑

实现要素添加、删除、编辑等功能。

（5）地图查询

实现对地图图层的空间和属性信息的查询。

（6）地图制图

完成地图制图过程。

（7）火情报警

监测设备的信息管理，监测录像的调用，实现火情的管理、监测及报警。

（8）三维场景显示

森林防火综合管理系统采用的系统架构，将二维矢量地图数据和包含细腻栅格影像的三维地图数据在系统中同时显示。这样，系统在保证专业严谨的二维展示的同时，可以利用三维地图数据的显示来如实的反应监控区域的地形地貌，给指挥调度人员以身临其境的感受，为其制定合理有效的扑火方案提供可靠的支持。

（9）即时查询属性信息

森林防火综合管理系统采用业界主流的分层数据管理模式对基础地理数据和防火相关数据进行严格的管理，即将不同类别的数据存储到不同图层，方便当用户寻找某一地理目标时可以加速定位其位置，用户可以批量修改某一类型的地理目标（例如一个镇内的所有河流）；同时也保证了同一类型数据的存储容量可以保存更多更详细信息。

（10）多种定位与监控方式

森林防火综合管理系统向用户提供灵活多样的定位与监控操作。

系统内：用户可以通过在系统中录入目标的经纬度或直接在地图显示区域指定目标的方式来对目标进行定位与监控操作。

系统外：系统对外提供定位监控接口，其他系统可按照预定的通讯协议向本系统发送包含目标位置信息的定位、监控请求，系统受理请求后，将进行定位、监控操作。

自定义重点监控目标：系统向用户提供重点监控目标管理功能，用户可通过输入经纬度或在地图显示区域指定的方法将易发生火灾的位置、需要重点保护的位置等加入重点监控目标列表，当用户需要再次对这些位置进行定位或监控操作时，可直接对列表进行操作，大大方便了用户，提高了效率。

（11）完备的火情管理

即时传来的火情信息与历史火情信息分别管理，方便用户进行数据操作与数据挖掘，为火情分析与扑火指挥提供决策依据。

系统不但对即时火情提供了非常细致的操作，还会将处理过的火情自动存储为历史火情，用户可以随时通过查询特定的历史火情来为即时火情的处理做参考，也可以对历史火情数据库进行深度的数据挖掘，以统计指定地区、时间发生火情的情况，或完成对火情按规模、发生区域、发生时间等因素进行分类的操作。

（12）GPS管理

系统为用户提供了完善的GPS管理：

树形设备列表：GPS管理部分采取树形结构，组织关系清晰，方便任意单项和多项选择。

GPS设备快速查询：可以通过模糊查询在GPS列表中迅速定位某个GPS设备。

GPS实时监控：可对一个或多个GPS设备进行监控，在地图显示区域实时显示其位置。

GPS历史轨迹回放：可回放某一GPS设备在指定时间段内的运动轨迹，也可查看某一GPS设备在过去某一时间点的位置。

（13）大头针标签

当有指定位置需要标记时，可以在该位置放置大头针。工作人员可利用该功能查看到该点所在位置的基本信息与监控视频，并根据需要将该点设置为重点监控目标、火点或者书签。将该点设置为书签后用户可在书签窗口随时查看到该点信息。

（14）鹰眼图

用户在主显示窗口进行地图的放大、缩小、平移等操作时，可在鹰眼图中实时看到当前浏览区域在全局的位置。

（15）经纬度转换工具

由于经纬度坐标通常有度分秒或度二种不同的坐标格式，工作人员可以使用经纬度转换工具将坐标转换成需要的格式。

（16）火情信息通讯功能

本系统提供了便捷的火情信息通讯功能，即当发生火情时，用户可以通过该功能将火情信息或是其他相关信息快速的发送到相关人员的手机上。且系统提供了树形的通讯簿管理，方便用户按行政单位对相关人员的信息进行管理。

3.1.6.5传输系统

传输系统分为视频传输和控制系统两个部分，这两部分同时采用无线传输系统，全程数字化处理，保证信号的清晰稳定可靠。

同时采用无线传输与有线传输混合方式进行，全程数字化处理，保证信号的清晰稳定可靠。在前端监控点与电信基站之间将建设无线网桥为基础的网络传输系统；在电信基站与总指挥中心之间由电信部门建设以光纤为基础的网络设施。

（1）视频传输系统

视频传输系统同时采用无线传输与有线传输混合方式进行，全程数字化处理，保证信号的清晰稳定可靠。

在前端监控点与电信基站之间将建设无线网桥为基础的网络传输系统。

在电信基站与总指挥中心之间由电信部门建设以光纤为基础的网络设施。

由于各链路分别位于不同的区域，彼此之间并无关联，因此在频率规划时不需要考虑链路间的同频干扰问题，只需在实地安装时对现场频谱情况分析选择。

根据用户对无线链路设计的具体要求，所有的联网节点设计要求达到8Mbps的链路传输速率，系统余量至少为10dbm，结合方案设计的总体设计思路和设计原则、用户提供的相关数据、点对多点的组网模式、bh系列的不同产品来进行整体方案设计。

通过理论计算算出在自由空间中不同的天线配置在满足15dBm的余量的前提下所能够传输的距离。已知的参数有VL的6Mbps时的接收灵敏度为-89dBm，设备的输出功率按最大输出功率计算为Pout=21dBm，发射端天线的增益为Gt，接收端天线的增益为Gr，发射端的馈线损耗为Ct，接收端的馈线损耗为Cr，空间的信号衰减为PL，1/2英寸的Andrew电缆的衰减为0.12dBm；接收端接收的信号强度为Si；其次，为保证传输顺利，设计一级中继系统传输保证图像可以顺利传输到电信基站，进入有线俩路。

点对点链路性能计算

两种Canopy点对点设备分别采用BFSK和4FSK的调制方式，提供空中10Mbps和20Mbps两种接入速率，有效传输带宽分别是7.5Mbps和14Mbps。Canopy的点对点链路也可以调制上下行速率比例。当使用Canopy点对点设备传输E1业务时，须将点对点链路设置成上下行速率相等，即上下行各占50%。

（2）控制链路系统

全部传输系统，采用双路系统设计，将控制系统链路独立出来，不与视频传输系统合并，设计目的是为了保证视频传输系统损坏时候，可以保证通过控制链路对视频系统进行重启复位操作，提高系统自愈能力，降低故障检测难度，保证系统的稳定可靠。

控制系统在保证正常的云台镜头控制的前提下，植入链路恢复功能，节电控制功能，语音通信功能，触发报警功能等多个系统，充分利用系统资源，以提供更多的服务能力。

3.1.6.6供电系统

全套系统野外监控点部分可采用太阳能供电方式或接入交流电。为保证监控系统可以达到24小时的工作时间，设计太阳能电池板功率600W，共6块太阳能电池板，转换后功率500W，电瓶采用12V免维护电瓶，使用2串接4并接的方式连接，向外输出24V直流电源，最后通过逆变器形成220V交流正弦波电源。

由于全套供电设备安装在野外，系统本身需要考虑野外环境的对设备的影响，特别是供电线路上，所以设计采用铠装直埋电缆进行供电。电缆沟采用国家标准进行开挖，深1750px、宽1000px，底土250px回填土1500px，采用机械开挖方式施工。电缆方面采用钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

3.1.6.7监控塔

监控塔采用四角微波塔设计。在实际使用当中，微波传输需要极其稳定的波束指向，为了达到这指标，安装监控塔本身要求极其稳固，不随风的吹动而摇摆，保证微波波束的指向性的准确。

监控塔的安装施工，要充分考虑当地地基土质情况，对采用相应的工程设备进行谨慎施工，对于岩石类山体，将对岩石进行开挖工程确实保证地基深度。同时根据当地的气候环境特征，充分考虑混凝土强度参数。全部铁塔采用螺栓安装工艺，上下均不存在焊点，同时为保证铁塔的抗锈蚀能力，设计监控塔材质为热镀锌角钢。

（5）防雷避雷设计

野外系统的防雷接地部分是系统安全可靠性的关键。野外环境因素有很多，包括风、温度、湿度等几方面，其中防雷部分是所有野外环境中最为重要的一点。为了保证设备的正常工作，在监控点的保护上，就必须加入防雷避雷的设备以保证设备安全。

在系统避雷上，包括直击雷防护所使用的避雷针、接地棒、降阻剂等；防护感应雷的各类信号系统，通过式避雷器。在本系统内因为各个监控点已经安装或者具备防雷的避雷针、地网、引下线等防护直击雷的设备，所以设计在系统中加入各种防护感应雷的器件。

避雷保护器件包括信号避雷器、高能电源避雷器、防雷插座、云台电源避雷器、控制信号避雷器、报警设备电源避雷器、智能控制单元电源避雷器、交换机避雷器等。

初步设计推荐使用ZGD II低电阻接地模块，采用6接地棒设计构成小于5欧姆的避雷设施。

3.1.7林火视频监控设计方案

本项目林火视频监控系统共14套，其中监控区域林火视频野外监控点为10个，移动通信塔位于44荒漠林监控塔和11监控塔附近，通信信号覆盖较好。各制高点与移动基站能够通视，中间无障碍物遮挡及影响。详见市新疆林火视频监控塔布局图、县新疆林火视频监控塔布局图。

3.1.8视频监控点设计

1、荒漠林视频监控

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计一套单路无线微波发射系统，将图像传到22荒漠林监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

荒漠林视频监控配置设备

表3-1                                            

2、22荒漠林视频监控

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到33荒漠林监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

22荒漠林视频监控配置设备

表3-2                                            

3、33荒漠林监控塔

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到44荒漠林监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

33荒漠林监控塔配置设备

表3-3                                           

4、44荒漠林监控塔

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到松树塘监控塔，同时将图像传输到移动基站，通过光缆线路传回指挥中心。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

44荒漠林监控塔配置设备

表3-4                                      

5、55马场15监控塔

此点无电源，预计用电负荷60W。

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到99监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

55马场15监控塔配置设备

表3-5                                     

6、市66监控塔

此点无电源，预计用电负荷60W。

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到镜儿泉监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

市66监控塔配置设备

表3-6                                     

7、市77农场11村监控塔

此点无电源，预计用电负荷60W。

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到99监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

市77农场11村监控塔配置设备

表3-7                                    

8、市99监控塔

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到11监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

市99监控塔配置设备

表3-8                                   

9、市10监控塔

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套单路无线微波发射系统，将图像传输到11监控塔。

该点山顶基本没有植被，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高15m。由于处于制高点，所以应对避雷系统严格要求，务必使地阻小于5欧姆。

市10监控塔配置设备

表3-9                                  

10、市11监控塔

安装全天候、全方位监控设备一套，为保证系统传输的完成，设计安装一套多路无线微波发射系统，将图像传输到移动基站，通过光缆线路传回指挥中心。

该点地势较低，设计监控铁塔一座，采用四角微波塔设计，预计塔高25m。避雷系统地阻小于5欧姆。

市11监控塔配置设备

表3-10                               

3.1.9系统传输链路设计

均采用无线传输系统，设备为微波发射系统、微波天线、微波接收系统。控制链路采用数字电台系统进行传输。

双链路设计，增加系统的自愈性能，稳定可靠，并可复用防盗报警喊话功能。

链路设计

由于监控点处于一条链式结构带上，所以传输链路采用线性结构设计。

在荒漠林监控塔、10监控塔和16监控塔设计采用单路微波发射系统。

88监控塔、66监控塔、44荒漠林监控塔、33荒漠林监控塔、22荒漠林监控塔、99监控塔、15监控塔和11监控塔设计采用多路微波发射系统。

其中44荒漠林监控塔和11监控塔附近有移动基站，设计将荒漠林监控塔、22荒漠林监控塔、33荒漠林监控塔和44荒漠林监控塔等4路视频信号由44荒漠林监控塔通过多路微波系统发送到移动基站，经由移动基站的光缆传输，送回指挥中心。设计将88监控塔、66监控塔、16监控塔、44荒漠林监控塔、33荒漠林监控塔、22荒漠林监控塔、荒漠林监控塔、10监控塔、99监控塔、15监控塔、11监控塔等10路视频信号由11监控塔通过多路微波系统发送到移动基站，经由移动基站的光缆传输，送回指挥中心。