現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術在森林防火瞭望監(jiān)測中的應用研究

摘要：隨著科技的發(fā)展，視頻監(jiān)控已經被普遍應用于各個領域，尤其是在林火的監(jiān)測、預警、指揮等方面，它可以幫助我們更加全面、快速、準確掌握火情，從而提升林火綜合防御及控制指揮能力。關鍵詞：現(xiàn)代技術；森林火災；林火監(jiān)測；林火管理；滅火救援在全球氣候變暖的大背景下，森林火災發(fā)生頻率也越來越高，它們的出現(xiàn)給人類的生產生活帶來了極大災難。森林火災破壞原有的森林結構，嚴重危害自然環(huán)境，對生物化學循環(huán)、生物地球化學循環(huán)、碳循環(huán)等生態(tài)循環(huán)過程帶來多重影響，同時也給人們的生活帶來極大困擾。森林火災突發(fā)性強、破壞性大、危險系數(shù)高、撲救難度大，火災發(fā)生后需要耗費巨大的社會資源去撲救。因此，有效預防和精準監(jiān)測林火行為對防范重大自然災害風險、保護人民群眾生命財產安全、快速撲救災害具有十分重要的意義[1-5]。近年來，由于科技的飛速發(fā)展，許多先進科學技術已經被廣泛應用于林火監(jiān)測。地理信息技術、空間定位技術、遠程視頻林木自動識別監(jiān)測技術等都已經被廣泛應用于林火監(jiān)測，為森林火災監(jiān)測創(chuàng)新提供技術支持，促進林火管理的科學性、規(guī)范性、精準性。通過將先進的監(jiān)測技術融入到林火監(jiān)測體系，構建出覆蓋不同區(qū)域的完整監(jiān)測網絡，有效滿足“打早、打小、打了”的滅火要求，為我國森林防火提供有力支持，切實減輕消防救援部門的救援壓力。瞭望監(jiān)測技術一直是促進林業(yè)可持續(xù)發(fā)展、減輕林區(qū)防火壓力的有力手段，多年來被廣泛應用于森林防火、動植物保護等工作中。在林業(yè)管理系統(tǒng)中，計算機已逐步應用在森林資源連續(xù)清查、建立林業(yè)檔案、記錄林內氣象數(shù)據(jù)等多個方面，但是在與林區(qū)內瞭望監(jiān)測相結合方面卻一直是薄弱環(huán)節(jié)[6]。因此，要保障森林資源安全、精準監(jiān)控林火的發(fā)生，必須加大現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術在瞭望監(jiān)測中的應用，積極引入現(xiàn)代化科技手段，加強對森林火災的監(jiān)測。本文從瞭望臺的作用、功能以及現(xiàn)代視頻技術在瞭望監(jiān)測中的應用三個方面，探析現(xiàn)代林火監(jiān)測新手段，旨在促進現(xiàn)代視頻技術與瞭望監(jiān)測技術的結合，為今后林火行為的監(jiān)控、救援決策部署、消防救援行動提供理論支撐。一、瞭望監(jiān)測瞭望監(jiān)測的主體便是瞭望臺，其在森林火災監(jiān)測體系中扮演著至關重要的角色，它結合衛(wèi)星監(jiān)控、飛機監(jiān)控、紅外線監(jiān)控、探頭監(jiān)控和地面監(jiān)控等多種技術，構建出一個完整、全方位、高效的森林防火監(jiān)測網絡。瞭望監(jiān)測在東北地區(qū)已經被證明是地面防火的有力手段，它可以提供準確的信息，幫助管理人員更好地監(jiān)控森林火災狀況。它的最佳地理位置在山頂，通過寬敞的視角，快速監(jiān)測出存在的火災，而且后期維修費用相較于傳統(tǒng)的飛行監(jiān)測更加經濟實惠。此外，瞭望監(jiān)測對環(huán)境要求相較于傳統(tǒng)的飛行監(jiān)控更低，只要不是極端惡劣天氣頻發(fā)的區(qū)域，基本都可實行瞭望監(jiān)測。盡管瞭望監(jiān)測可以提供一定的參考信息，但由于檢測設備的局限性以及檢測人員有限的專業(yè)知識水平，使得它的精度受到一定影響，在日常使用中經常出現(xiàn)監(jiān)測畫面不清晰、傳送的相關信息不準確等情況。由于檢測塔的位置受到一定限制，無法滿足一些特定的監(jiān)測目標，如在集中連片未開發(fā)的原始林區(qū)域，如果出現(xiàn)極難發(fā)現(xiàn)的暗火則較難監(jiān)測。除此之外，瞭望臺需要每隔一定距離進行布設，瞭望臺的建設對選址、建設高度和通信設施有較高要求，單個瞭望臺成本達到數(shù)萬元。遠程視頻監(jiān)控的硬件和通信投入成本比較高，而且在建立監(jiān)控中心時，還需要投入大量資源，這使得信息傳輸體系的建設和維護變得更加復雜[7-9]。二、瞭望監(jiān)測的作用及功能（一）瞭望監(jiān)測的作用1.監(jiān)測森林火災。瞭望臺的主要作用是當出現(xiàn)熱點、煙點時及早發(fā)現(xiàn)并及時向森林防火指揮部報告，密切關注火災情況，定期傳送火災發(fā)展形勢，并做出相應預報，通知相關地方專業(yè)撲火隊、森林消防救援隊伍及早采取行動，幫助他們盡快獲知火線長度、植被類型、火場氣象等火情信息，輔助他們科學決策，周密部署兵力，進而快速撲滅火災，保護森林資源。2.監(jiān)測火災隱患。除了監(jiān)測火災發(fā)生情況外，還需把監(jiān)測關口前移，有經驗的瞭望員能夠敏銳、準確識別和判斷林內天氣變化，包括森林內可燃物狀況和氣候變化。通過敏銳觀察，形成相應的監(jiān)測報告，進而第一時間將最新信息傳達給森林防火指揮部。3.監(jiān)測林區(qū)用火。林區(qū)違規(guī)用火一直是森林火災發(fā)生的關鍵因素。研究表明[10]，90%以上的林火都是林區(qū)內違規(guī)用火導致的。瞭望臺不僅可以監(jiān)測森林火災和火險，還可以及時發(fā)現(xiàn)、阻止任何可能危害森林資源安全的生產性、非生產性、野外違章用火、農事用火等行為，也可以為居住在林區(qū)的人提供監(jiān)控家庭用火服務。（二）瞭望監(jiān)測的功能瞭望臺主要完成瞭望監(jiān)測任務，主要配備望遠鏡、無線通信電臺、定位儀、電源（太陽能電池板）、地形圖以及生活必需品。因其獨特的地理位置和所配置的儀器設備使瞭望臺具有以下功能。1.監(jiān)測功能。瞭望員通過望遠鏡，能夠在大區(qū)域范圍的林地上持續(xù)不斷觀察，以便更好了解森林狀況，并且能夠準確掌握當?shù)氐臍庀笄闆r，從而為指揮中心提供有力的決策支持。2.火場定位功能。由于林區(qū)內地形條件復雜，當發(fā)生森林火災時，想要做到精準救援就必須準確判斷林火發(fā)生位置，而瞭望監(jiān)測通常帶有相關的定位裝置，而瞭望員經過嚴格的培訓，也可以利用望遠鏡和定位儀，精確觀察火場位置，準確繪制火場地理坐標、森林資源分布狀況，從而為進一步的精準救援提供數(shù)據(jù)支持。3.通信功能。在林區(qū)內，由于信號限制，通信較為困難，而瞭望臺可以輕松接收來自森林防火指揮部的指令，并將其轉化為撲火隊伍的行動命令。在相關通信設備失靈的情況下，這些信息可以通過無線通信設備傳輸?shù)街車牟t望臺，從而使地面森林防火指揮部的命令得以及時傳達[11-12]。4.無線通信中繼功能。在非防火期時，瞭望臺可以起到無線通信的中繼作用。為了確保無線電信號的傳播范圍，在當?shù)刈罡吆０翁幗⒁惶幓蚨嗵師o線通信中繼臺，而這些中繼臺可以放置在瞭望臺上，并且采用適當?shù)募夹g，如架設市電、組建大容量太陽能電池組等，滿足不同的需求。5.宣傳警示功能。瞭望臺聳立于高山上，幾公里之外便可看到它的身影，尤其是那些違規(guī)進山人員，他們會有意識抑制自己的行為，擔心自己的野外用火行為或破壞森林行為被瞭望臺發(fā)現(xiàn)，從而起到警示和威懾作用。瞭望臺高大和顯眼的特點使得它成為一個理想的宣傳平臺，不僅能夠張貼宣傳標語，還能夠廣播防火常識，從而提升林區(qū)居民的防火意識和森林防火宣傳效果，推動森林防火工作有序進行。三、現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術在瞭望監(jiān)測中的應用視頻監(jiān)控是一個集通信、視頻處理、電子技術、計算機技術、信息處理、能源建設、系統(tǒng)防護、氣象預報、鋼結構及基礎等綜合技術的工程[13-14]。視頻監(jiān)控技術和無線技術正廣泛應用于社會的各個領域。目前，許多林業(yè)部門開始建立基于無線遠程視頻監(jiān)控的林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)可視化監(jiān)控，實時傳輸視頻圖像，有效解決或緩解林火信息傳輸不及時、不通暢、信息處理手段單一、森林防火監(jiān)控不力等問題。當前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由一個高效的數(shù)字網絡系統(tǒng)構成，它能夠通過WiFi將重要森林地區(qū)的實時圖像傳輸?shù)街笓]中心，從而提高監(jiān)控效率。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以迅速采取行動，在發(fā)生火災前夕，及早派出專業(yè)的消防隊伍前往現(xiàn)場，盡可能減少由于疏忽大意造成的財產損失?？偟膩碚f，視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下6個特點。（一）監(jiān)控范圍大為了獲得更廣闊的視野和更大的監(jiān)控范圍，監(jiān)控探頭應該安裝在森林的最高處。監(jiān)控探頭最好設置在視野開闊、盲點較少的地方，必要時需在多個角度增設多個監(jiān)控探頭，以形成監(jiān)測網絡體系，進而擴大監(jiān)控范圍。（二）監(jiān)控設備維護困難因為監(jiān)控前端設備位于偏遠的山區(qū)，維護起來非常困難，大大增加系統(tǒng)的維護難度。因此，監(jiān)控中心必須能夠實時監(jiān)測前端設備的運行情況，可通過計算機技術，建立系統(tǒng)自動預警機制，同時也可依托林區(qū)生態(tài)站、定位觀測點等，成立設備維護小組，定期對設備進行檢查維修，向當?shù)貞惫芾淼炔块T申請相應經費，定期維護。（三）攝像機的選擇非常重要人們通常會考慮使用具有紅外敏感性的黑白轉彩色攝像機以及可以在白晝和黑暗中運行的雙重攝像機。此外，還要考慮使用3km以內的可視角度，以便更好捕捉周圍環(huán)境的變化。同時，還應考慮使用可旋轉的室內一體化云臺，以降低長時間拍攝的影響。（四）無線傳輸必不可少視頻技術因其技術優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)監(jiān)控畫面高清無線傳輸，傳輸不受地域、空間限制。由于其對網絡依賴較大，傳輸過程中極易出現(xiàn)畫面丟失、失真現(xiàn)象。因此，在傳輸時，應該優(yōu)先考慮它的安全性和防盜性，當出現(xiàn)畫面缺失情況時，應及時啟動數(shù)據(jù)找回機制，對畫面進行插補。（五）設備防雷、防盜等安全措施由于設備大部分在野外工作，一方面要求避雷接地安全可靠，另一方面要求設備具有良好的防盜功能。（六）視頻畫面高清隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，遠程視頻監(jiān)控都能夠提供比較高清的畫面，從而清晰監(jiān)測林火行為以及林火發(fā)生后周邊環(huán)境情況。結語森林火災不僅危害大、蔓延快、毀滅性強，救援上也較為困難。如果不及時采取有效措施，會給我們的經濟、社會及環(huán)境帶來嚴重的影響。為了確保森林安全，我們應該建立完善的監(jiān)測和預