智慧景区森林防火系统建设详细设计方案

智慧景区森林防火系统建设详细设计方案

1.1.1 系统概述

景区环境优美，山川林立、植被茂盛，一旦着火将大大影响景区环境及游客人身安全。森林防火长期以来多数景区一直采取较落后的传统防火指挥手段，未建立科学先进、规范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，加大了火灾的损失。为了适应市场经济条件下森林防火扑火工作的需要，急需建立一个高科技含量的森林防火指挥中心，采用新的现代化的林火管理技术，提高组织指挥决策水平，走高科技防火之路，确保发生火情后，能迅速报警，科学调度指挥，尽快扑灭，最大限度地减少林火损失。

本系统要实现森林火灾的及时预警，提高扑火指挥的科学技术水平，达到火灾快速定位、快速汇报和管理方便、准确、直观的要求。系统的建立和使用将使得森林防火预警工作从传统的经验型的定性管理转化为自动化、标准化、规范化的定量管理，实现森林火灾的快速识别定位，极大地提高森林防火预警管理的科学性和准确性，辅助制定合理的扑火预案，提高扑火效率。

1.1.2 系统架构

森林防火应急指挥系统意在建立一套科学、有效的高科技智能管控系统，利用热成像智能识别前端视频、综合分析平台等科学技术，依托林区移动巡查、视频监控、无人机等手段，以实现对林区的保护和可持续发展。整个系统由前端系统、传输系统、指挥中心系统三大部分组成。

前端系统根据森林的实际情况分别部署双光谱重型云台红外热成像一体化摄像机、高清网络摄像机、手持移动终端、扩音系统、供电系统和无线传输系统。后端部署中心林火预警监控平台、GIS应急指挥平台、大屏、中心存储等设备。

系统通过前端双光谱重型云台红外热成像摄像机对基站附近数公里范围林区进行视频监控图像采集，实现方位角360°全方位监控，通过热成像重型云台的测距功能方位角和俯仰角以及长焦镜头焦距实现火点的精确自动定位、火点的智能识别，一旦发现疑情，后端监控（指挥）中心将会马上发出报警信号并定位着火点位在GIS地图上显示，同时可对火场进行火情分析、火势蔓延分析、应急调度指挥、灾损评估等功能。由于森林火灾具有人为性、多样性的特点，海康无人机系统利用自身的快速部署、操纵方便、功能多样化等优势。可在林区上空快速防火检测和实时巡查，在人、车无法到达的地区进行林火侦测，并能克服复杂的天气和复杂的起降场地等困难，不存在人员安全的问题，并且覆盖面积

广、工作效率高、便于执行夜航任务，能随时执行林火侦察和火场探测任务。对重点区域进行防范，及时扑灭明火，消灭暗火。

图1.系统拓扑图

1.1.3 无线网络设计

针对景区悬崖峭壁、高山林立，有线很难延伸到，对于前端个别视频采集点位不便于施工走线的场景，我们可以考虑使用无线网桥的方式对视频数据进行回传；无线网桥5.8G 频段克服了传统2.4G只能传输几百米的限制，XTrans技术使得每台设备在设定的时隙工作优化点对多点的通信；“背靠背”中继可以使多台设备构建一个多跳链路，克服了市面上很多设备点对点传输需要无遮挡环境的缺点，更加适用于更加复杂的室外环境。

在无线网桥的应用上，我们可使用11n系列（最大带宽

300Mbps）做接入，而使用11ac系列（最大带宽867Mbps）做干线汇聚，从而一级级把数据回传到指挥中心。

在传输过程中影响最大的是同频干扰、遮挡及安装高度；其次是设备本身的品质及性能；再者是雨雾天气。当设备的传输距离每增加一倍时、信号强度衰减6个dBi，比如：一台设备在传输5公里时信号强度为-65、当传输距离增加到10公里时信号强度为-71（-75内能正常传输视频），在设计方案的时候主要注意以下几个节点。

?遮挡

无线链路若有遮挡严重的情况下应在遮挡的致高点作中继，把终端的数据发射至中继处、再由中继处把数据传输回接收中心；若遮挡不严重且数据不大可靠余波传回来；针对船舶需要考虑更多，水面对无线波的吸收，船体的摇晃以及雾、雨等自然环境对无线波造成的衰减。

以下是一些衰减损耗的经验值：实心墙体（红砖墙、混泥土墙）：13 ~ 18dBi、10米厚浓树叶：10dBi、雨衰：据国际FCC公告第7条，当降雨量为100mm（大暴雨）时每公里损耗0.25dBi，十公里损耗2.5dBi；降雨量为150mm（13级以上大台风特大暴雨）时每公里损耗0.6dBi，十公里损耗6dBi。

?地球曲直（曲率）高度

因地球属于球形，所以是有高度落差，以下是地球曲直

高度表格：

表1高度曲线表

?同频干扰

因5.8G不重叠信道只有13个，所以管理中心基站数量尽量不超过13台（我们建议是1对6），若终端数量过多、应在终端处附近建立一个临时基站，把附近的终端数据都归纳到临时基站处，再传回至管理中心。

?无线吞吐率

一台802.11n协议设备的物理层带宽为300Mbps,传输字节数据峰值吞吐量为150Mbps左右、视频峰值吞吐量为90Mbps左右。但因视频数据与字节数据不一样、视频要求实时性、不能有任何卡顿、否则就会丢帧；所以在设计视频传输方案中11n协议的设备传输视频数据保守值在30—40Mbps （一台中心带5台1080P开6—8M码流摄像头），随着数据越高、CPU资源消耗越大、视频就会越卡，为保证带宽有足够的冗余及视频的流畅度，所以不建议超过30M；一台

802.11ac协议设备的物理层带宽为866Mbps,传输字节数据峰值吞吐量为450Mbps左右、视频峰值吞吐量为180Mbps左右，为保证带宽有足够的冗余及视频的流畅度，所以不建议超过80M。

1.1.4 系统优势

防火信息化建设越来被重视，从第一代的人工巡逻到第二代的模拟巡逻，再进步到第三代的高清监控，技术在迭代提高，可是依然存在识别率低，误报率高，维护艰难等痛点。而采用热成像技术的热成像双光谱重载云台系统就成为了森林防火的最佳选择，其优势体现在：

?更快速

热成像双光谱重载云台具备智能比例变倍功能，可根据扫描距离的远近和烟火检测的速度，自适应调整扫描速度，最高可到50°/s。转速提升一倍，有效提升巡检效率。

图2.系统安装示意图

?更准确

双光谱热成像重载云台系统在前端利用重载云台就可以基于裸数据进行每帧烟和火的实时检测，并且采用对烟火进行二次判断的算法，根据形态学、温度分布分析等算法进一步的判断，过滤干扰源，降低误报，发现目标更加准确。

疑似火点确认火点

图3.火点检测

?更高效

热成像双光谱重载云台系统在监测到疑似火灾信息后，将包含火点GIS定位报警信息自动发送到用户手机或单兵上，及时通知值班人员。根据火险等级预报和火行为分析模型，结合当前火点的位置、风力、风向、温度、湿度、地表温度、植被等信息动态推演计算火灾在N个小时内火蔓延的方向、面积、速度、强度以及直接侵害的区域。

图4.软件界面图

?更稳定

热成像技术环境适应性强，对雾、霾、雨等恶劣天气的抗干扰能力强，即使在多雨雾环境下也能清晰成像，实现了森林防火的全天候监控预警；同时重载云台具备网络自适应功能，在5%丢包率的网络下仍能保证正常传输；并且重载云台采用±20%宽幅电压设计，在电压不稳定时依旧正常工作。

?人性化设计，高可靠性

本系统设计之初充分考虑到使用环境的恶劣性，以及前期施工难度大后期维护维护成本高的特点。具有以下特点：

1)本系统采用一体化设计，分体式安装，所有部件参照军工标准插拔式设计，方便安装，维修。

2)本系统所有部件根据现场气候特点，配备加热散热系统，确保不同条件下正常工作，同时具备抗风功能。

3)本系统可配备远程电源重启模块，支持远程控制断电