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权威解读,标准实施促森林防火迈向现代化

时间:2020-04-28 06:24

编者按
本文作者舒立福是中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所研究员、林火研究首席专家、国家森林防火总指挥部专家组专家、中国林学会森林防火专业委员会副主任。他主持过多项森林防火科研项目,出版专著5部,发表论文56篇,SCI收录7篇,EI收录5篇。
舒立福作为全国森林消防标准化技术委员会副主任, 参与了《森林防火视频监控系统技术规范》编制组的标准制定工作。本文是他对《森林防火视频监控系统技术规范》一些重要内容的解读和观点的拓深,提出了利用好、运用好标准及对行业发展前瞻性的思考,其真知灼见为广大读者深入理解标准内涵提供了新的视角。

聚焦观点引领行业发展现代化
权威解读《森林防火视频监控系统技术规范》 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所研究员、林火研究首席专家 舒立福

迎革新,标准实施促森林防火迈向现代化 中国绿色时报6月2日报道 水火无情。 新近发生的加拿大、俄罗斯森林火灾令人揪心,火灾肆虐、席卷蔓延、损失惨重,令政府头疼不已。熊熊烈火遮天蔽日、惨不忍睹。 尽管当今世界科学发展日新月异,但是,人类在控制森林火灾上却并未能取得实质性进展,森林火灾防治始终是世界性的难题。 于是,早期发现就成了将林火扑灭在初始阶段的重要前提。6月1日,国家林业局制定的《森林防火视频监控系统技术规范》正式实施。在当前生态建设和保护日益成为发展主线的形势下,国家林业局实施这一标准有何深意?它是否是十三五我国加快森林防火信息化、科学化、现代化建设步伐的一个开端?标准的实施对促进森林防火的高效预防和技术升级能带来什么样的影响?带着种种问题,《中国绿色时报》记者日前采访了国家林业局相关司局的多位领导和行业专家,试图给公众一个清晰的答案。 标准实施 开启科学防火一扇门 打早,打小,打了,一直是我国森林防火工作追求的方向。 《森林防火视频监控系统技术规范》的实施意图在防,是强化森林火灾监测预防体系建设的一个重要措施。 国家森林防火指挥部专职副总指挥、全国森林消防标准化技术委员会主任委员杜永胜接受记者采访时,从我国森林防火工作的全局指出了标准实施的意义。 杜永胜说,森林火灾是森林最危险的敌人,它会给森林带来最有害、最具有毁灭性的后果,是林业最可怕的灾害。我国林业建设举世瞩目,森林总量、森林面积持续增长,人工林面积世界第一,在全球森林资源总量不断下滑的形势下,为世界绿色化发展和可持续发展作出了重要贡献。然而建设成果来之不易,保护成果更难。因此,一直以来,森林防火工作都是国家林业局的重点工作之一。但由于森林火灾防治是世界性难题,因此,预防为主,从源头有效控制火情不发生或发生后不成灾,做到早发现、早控制,是提高防火效能的有效途径。近年来,我国广泛建设使用了森林防火视频监控系统,在实际应用中确实有效地提高了监测水平,但由于存在着标准的缺失,部分设备投入使用效果并不理想。标准实施后,能够促进森林防火视频监控系统技术迈上新的台阶,实现森林火灾快速、有效监控的现实需求,推进森林防火的信息化、科学化、现代化水平。 具体负责组织这项工作的全国森林消防标准化技术委员会秘书处负责人介绍了标准起草的背景。 过去10年,世界森林大火不断,与我国森林火灾三下降的成绩形成鲜明对比。我国取得突出成就的一个重要经验是,重视不断提高森林防火信息化水平,努力从常规手段向高科技手段转化和迈进。我国常用的森林防火监控方法主要有地面巡护、瞭望塔监测、航空巡护、卫星遥感几类,但在实际应用中各有各的问题。 为实现科学防火,在十二五期间就开始了森林防火视频监控设备小批量的试点和试验,并展现出了先进科技的特殊优势,能有效破解各种传统监测手段无法解决的多种难题,特别是能解决早期发现、有效识别、准确定位的关键问题。森林防火视频监控将成为今后乃至相当一段时期内主要的防火监测手段之一。 据悉,十三五期间国家还将对此继续加大投入,说明森林防火视频监控系统建设是符合我国森林防火先进技术推广应用的一项重点。建立标准也是推进森林防火工作规范化、标准化和现代化建设的一个有力步骤,因此,各地不仅要高度重视这一标准的实施,更要在推进中参照标准、执行标准,以此来保障视频监控系统和设备的安全运营并在实际应用中发挥重要作用。 标准为先 打早打小打了有保障 早期发现、有效识别、准确定位。 参与《森林防火视频监控系统技术规范》起草标准制订的中国林科院森林生态环境与保护研究所防火领域的首席专家舒立福研究员,道破了标准实施从技术层面到应用所要达成的目标,并对一些标准关键要点和亮点进行了说明。 及时有效准确地控制或消除火险隐患,是当前森林防火工作提出的最新要求,标准制定充分体现了这些要求。 在标准规范的系统基本功能要求中,我们可以看到这些内容: 全监控区域巡航周期不大于30分钟; 应具有烟火自动识别的能力,系统应能有效过滤雾、霾、雪、云、阴影、光线、树枝晃动、建筑、水体、车辆等干扰因素,实现准确地识别火情;漏报率不大于1、万公顷误报次数不大于3。 应具有报警火点的定位功能,定位误差不大于100米; 舒立福解释说,全监控区域巡航周期不大于30分钟,目的是杜绝发现火情时间过长,从而错过最佳扑火时机。应具有烟火自动识别的能力的要求,对关键核心的两项指标漏报率不大于1、万公顷误报次数不大于3有明确阐述,两项指标中有任何一个指标不能满足,都有可能给森林防火带来不可估量的损失。随着前端防火视频监控点的增多,如果误报率不能得到有效控制,整个系统就将无法使用。假设系统每天工作8小时、1000个视频监控点每个点误报10次,用户单位每分钟则需要处理20多次报警。因此,设立漏报率不大于1、万公顷误报次数不大于3的指标使误报率在实际操作中趋近于零,标准之高正是对林火智能监控系统的严格要求,而实现这些标准要求,图像识别算法是关键。应具有报警火点的定位功能,定位误差不大于100米,强调的是尽管林区地形复杂,发生林火后定位的准确度特别重要,尤其是在北方大林区,准确定位显得更为突出,火点的误差过大、判断不准,会影响扑救行军路线而贻误战机。 标准中还规定了系统组成及一般性技术要求、系统主要技术指标等其他内容。每项技术要求都有特定意义。如在前端设备指标要求上,考虑前端监控设备所处环境多十分恶劣,相比传统监控产品其机械强度、防护等级和使用寿命均会受到严峻考验,标准制定小组经过讨论和调研,了解了大部分厂商产品的实际情况,在标准制定过程中对相关指标都进行了必要的规定。同时在标准讨论过程中,专家认为,外观设计成球形的结构设计理念较好,不仅能够使设备运行更平稳、恶劣环境下使用寿命更长,而且抗风阻能力更好。另外,专家建议图像识别尽可能前置,可避免受图像压缩、传输网络不稳定和恶劣天气的影响。 森林防火视频监控的核心是解决早期发现、有效识别、准确定位3个关键技术问题。《森林防火视频监控系统技术规范》是实现从源头上抓好火灾防范,按技术要求实现早发现、早处置、早扑灭的一项重要规范。 科技比拼 让落后产品闪退 中国森林防火的现代化需要科技创新,离不开标准指导。 国家林业局科技司司长胡章翠接受记者采访时说,标准化工作是贯穿于林业改革发展全过程的一项基础性工作,也是推进林业治理体系和治理能力现代化的重要内容。没有林业的标准化就没有林业的现代化。标准以科学、技术和经验的综合成果为基础,是应用新材料、新技术、新科研成果的桥梁,标准化会助推先进科技转化为生产力,及时将科技成果和实用技术进行转换和实施,推动科技创新。标准作为保护社会公共利益及消费者利益的利器,是消除贸易障碍、促进贸易发展的通行证。《森林防火视频监控系统技术规范》填补了行业在该领域标准规范上的空白,解决了这一领域行业无标准可依的问题,对推动森林防火技术升级具有重要意义。 据了解,《森林防火视频监控系统技术规范》制定时并无国际行业标准可供比较和参考。标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。标准制定时尽可能地做到简化、统一、协调、优化;既要考虑其先进性,也要考虑到实用性、可行性;既要符合国内外发展的需要,也要结合国内目前的实际状况。按专家评价,该项标准能反映我国林业行业的最新水平。 据全国森林消防标准化委员会秘书处负责人介绍,在标准的制定过程中邀请了各级主要防火办的业务专家和领域内的技术专家进行了深入探讨和分析。为达到标准的广泛实用性,形成《森林防火视频监控系统技术规范》后,向各省市林业局防火办等有关单位广泛征求意见,共征集了来自国家林业局有关司局和浙江省、四川省、吉林省等省、地方林业局共计51个单位的136条意见,采纳了56条。 这位负责人还提及,这项工作还在继续深化,除了实施《森林防火视频监控系统技术规范》,目前还在组织制定相应的技术测试标准。技术规范对满足森林防火业务需求的视频监控产品提出了技术指标要求。而技术测试标准则会进一步明确达到技术规范指标的测试方法,通过标准化的测试方法来验证产品是否达标。技术规范和测试规范相互依存,使森林防火视频监控系统设计与建设有了具体的技术参照标准。 有业内人士称,没有标准以前,防火业务部门存在着困惑,设备的选择没有参考。特别是我国现有的森林防火视频监控设备多数是由城市安防系统设备转化而来,有些产品只解决了看的问题,离达到早期发现、有效识别、准确定位的关键技术要求还有差距,在实际应用中出现了投入不少、运行成本高,但仍存在着靠人员感官判别出现误报率和漏报率较高等问题,造成了使用效益不高、给应急处置带来难题等尴尬境地。 胡章翠说,标准建立无疑会推动建立行业发展的最佳秩序。这次国家林业局发布实施了《森林防火视频监控系统技术规范》《森林防火视频监控图像联网技术规范》《雷击森林火灾调查与鉴定规范》《森林火险预警信号分级及标识》等11项标准,这些标准破解了森林防火许多领域标准的真空,有助于提高森林防火科学管理水平,充分发挥标准在现代森林防火管理和建设过程中的支撑保障作用。 一位参与制定该项标准的高科技公司负责人说,我们一直致力于在符合森林防火实际需求的技术难题上取得突破,但在产品推广中发现有种现象:许多应用单位并不了解设备的产品性能差别和实际应用的差距,因此,标准实施会提高行业准入门槛,给符合应用实际的达标产品带来了发展前景,而不符合林业行业和落后的那些产品必会闪退,森林防火的现代化水平也会得到有效提升。 标准化是各领域技术追求的最高体现形式,谁的产品满足了标准要求,谁就能有较好的服务市场。可以预见,标准实施必然会带来森林防火视频监控系统应用的大浪淘沙。 科学引导 林业现代化需要行政驱动 林业十三五规划明确提出,要加强森林保护体系建设,完善森林火灾监测预防体系。 这表明,标准制定正逢其时,是促进完善的升级过程。 国家林业局发展规划与资金管理司副司长杨冬说,森林防火现代化是林业现代化的重要内容,森林防火视频监控已成为提升森林防火预警监测现代化的重要措施之一。如何稳步、科学、合理的推进视频监控在森林防火中的应用,充分发挥视频监控的作用,还需要科学引导。 如何引导? 杨冬说,一是开展试点。2015年,国家林业局先后在内蒙古、吉林、黑龙江、四川、云南等重点林区开展了森林防火视频监控试点项目建设,探索视频监控在森林防火中的应用效果。今年,我们将根据试点项目建设进展情况,开展技术评估工作。二是完善相关标准。《森林防火视频监控系统技术规范》规范了视频监控在森林防火应用中的相关技术要求。另外,住建部会同国家发改委去年下达了《森林火情瞭望监测设施建设标准》修订任务。现行的《森林火情瞭望监测设施建设标准》是2007年编制的,当时视频监控在森林防火中的应用少,森林防火基础设施建设中央投资有限,在该标准中相关视频监控的布局、功能、规模等内容的规定很少。近几年来,随着视频监控技术的进步,视频监控在森林火情瞭望中发挥的作用越来越大。必须从标准上,规范和引导视频监控的建设,提高中央投资效益。三是认真总结建设经验。通过对项目建设情况的总结,深入了解视频监控的性能、适用性以及在森林防火日常工作中发挥的作用,分析存在的问题,了解相关建设标准、技术标准的实施情况。为今后视频监控项目的科学决策、建设管理等提供参考依据。国务院相关文件曾明确提出,政府投资要求采用的技术标准必须满足国家或行业标准的要求,同时与可研批复的标准吻合。该标准实施后,森林防火项目建设不但从申报、初设、建设、监督、审查及验收各阶段都有据可依,而且使项目整体预算支出绩效管理也有章可循,引导视频监控项目建设管理,促进提升项目质量和管理水平。 国家森林防火指挥部办公室副主任王海忠提出,在当今森林防火国情和科技进步的前提下,符合标准的森林防火视频监控系统应用可最大限度地保护森林资源,因此一定要坚持标准实施的严肃性。各业务部门在落实防火视频监控项目建设中,应该充分重视标准,严格按照标准执行。 迎革新,林业十三五必将掀起信息化的建设浪潮。东方破晓,旭日东升的美丽景象将更加令人期待。

《森林防火视频监控系统技术规范》(以下简称标准)经过全国森林消防标准化技术委员会和编制组及相关单位两年的不懈努力,于2016年1月18日由国家林业局发布,于2016年6月1日正式实施。该标准由国家森林防火指挥部办公室提出,全国森林消防标准化技术委员会(SAC/TC 523 )归口。标准实施将对全国林业视频防火的信息化建设有着深远影响。
制定背景
设备参差不齐行业规范待提升
目前市场上的森林防火视频监控系统软件功能多样,硬件设备参差不齐,无统一设计、生产及应用标准,影响了全国森林防火视频监控系统建设的统一性和业务适用性,给未来全国森林防火视频监控系统互联互通带来障碍,同时随着高清视频传输、图像识别处理等新技术的引入,可使森林防火视频监控系统性能得到有效提升。行业标准的制定将会加快科技成果的扩散,规范市场竞争秩序。
产品发展
三个阶段逐步走向成熟
森林防火视频监控系统已是我国森林防火预防监测的重要手段之一,它的发展历经三个阶段逐步走向成熟。
第一阶段:使用传统城市安防视频监控产品,指挥中心采取人工视频查看方式。这种方式监控范围小、图像模糊,系统不能进行识别和定位,完全依赖人工查看,仅仅解决了看的问题。
第二阶段:在第一阶段基础上,视频监控系统对云台的性能进行了提升,配备了简单的烟火识别算法的功能,能够对火点进行初步定位。但系统仍存在着识别能力差、巡航时间长、火点定位误差大等问题,设备难以满足林区恶劣环境的防火要求,虽然能用但并不好用。
第三阶段:随着技术的发展,视频监控系统也同步进入了智能时代。新一代前端设备采用高精度球型转台及完备的智能烟火识别算法,缩短了设备巡航时间,提高了定位精度和识别能力,系统能够实现火情的早期发现、准确报警、精准定位。森林防火视频监控系统进入了易用和好用的阶段。
目前,森林防火视频监控产品品质不一,处于三个阶段的水准兼而有之。缘于此,《森林防火视频监控系统技术规范》实施,就此规范了行业技术标准,满足了森林防火打早、打小、打了的方向,对提升森林防火信息化水平具有重要意义;同时弥补了视频监控系统在森林防火应用中无技术标准的缺失,促进了森林防火视频监控系统建设工作的规范化和标准化。
指标解读
五项指标直指防火要害
巡航周期——全监控区域巡航周期不大于30分钟
为尽早发现森林火情,给火灾扑救争取时间,研究认为:能够及时发现火情的最长时间不能超过30分钟。如果用于发现火情的时间过长,错过最佳扑救时机,会给森林资源造成更大的损失。从技术实现角度看,在森林防火应用中,以覆盖半径15公里为例,行业内部个别厂商的设备20分钟内即可完成有效识别。为此,标准巡航周期定义为30分钟较为适宜。
火情识别率——漏报率不大于1%。;万公顷日误报次数不大于3
森林防火视频监控系统主要功能是对烟、火准确而有效识别后进行报警。识别能力指标应满足:在对比度大于等于10%时,可见光最小识别烟、火能力的指标不大于10×10像素,红外热成像最小识别烟、火能力的指标不大于2×2像素。
目前智能识别技术的发展还未能做到完美,在火情识别时会存在漏报和误报现象,为兼顾现有技术水平,且能够满足森林防火业务需要,标准要求系统的漏报率不得高于1%。。系统误报需满足值班人员可接受程度,为每万公顷日误报次数不大于3。
定位精度——定位误差不大于100米
在森林火灾扑救过程中,尤其是火情发生在森林面积较大的区域,判断火点的准确位置,将会直接影响到指挥与扑救人员能否选择正确的扑火路径、合理调配周围扑火资源以及掌控最佳的扑火时间。原则上,对火点定位精度的要求是误差越小越好,但因定位精度受设备生产加工、工程安装、GIS误差等主要因素的限制,为此标准明确了定位精度优于100米的指标,这样既考虑到了实际应用效果,又照顾到了设备生产、实施难度及系统建设成本。
可见光和红外——系统应具有可见光烟火自动识别能力;系统应具有红外烟火自动识别能力
目前,森林防火视频监控系统多采用可见光与非制冷红外双镜头设备监控方式。这种融合较为科学,主要是由于两种方式各有各自的特点。可见光系统具有图像清晰、分辨率较高、成本低的特点,与人眼视觉基本一致。白天监测距离远,对烟雾较敏感,通过对烟的识别,可早期发现火情。但是在浓雾、夜晚,很难完成远距离对烟的识别。在高照度天气条件下,很难完成强光及火光的判别。非制冷红外热像仪对通视热源敏感,透雾能力优于可见光,夜间判断火能力较好。但是对烟的识别不敏感,监测距离较近,不论白天还是夜晚,都很难完成非通视条件下的火点监测。
为确保森林防火视频监控系统能全天候地完成森林防火监测与预警,系统宜配备可见光与红外热像仪的两种设备融合使用,这样可以实现对烟、火全天候地交叉确认识别。目前,有些设备厂商已做到了这一点,而且具备了识别算法前置、多光谱融合识别等能力。
前端监控设备防护安全——整体防护等级不小于IP66;镜头、摄像机保护仓防护等级不小于IP67
林区自然环境恶劣复杂,经常遭受着雨、雪、风沙等侵袭,要求前端监控设备整体防护等级必须达到IP66,方能完全防止灰尘、雨水等侵入设备,才不会影响设备的正常运行。镜头和相机是系统重要的视频采集设备构件,标准要求保护仓防护等级达到IP67,才能去除因温差变化造成的可见光视窗结露问题,同时可有效保护镜头和相机的工作环境,延长其使用寿命。
以上火情识别率、设备精度、巡航周期以及光学成像的几项指标最为关键、相互制约。在系统工作时,如果没有很好的设备精度和良好的光学成像系统相结合使用为基础,再好的识别算法也很难体现出识别能力,无法支撑系统早期、准确发现火情。如不具备多维度融合识别能力的算法,再好的硬件设备也无法确保巡航周期达到要求,无法精准定位火点。因此,生产企业和防火部门在系统设计和使用时要综合考虑这些关键因素。
建设保障
确保投资效益和安全运营
由于我国森林面积广阔且大部分处于无人区,多数没有通信与供电系统。在森林防火视频监控系统建设过程中,传输、供电系统及工程基础建设的投资占比非常高,在充分保证监测覆盖范围的前提下,优先使用大半径的视频监控设备,将会减少建设投资成本及后期运营维护成本。同时使其能兼顾无线通信设备、无人机中继设备、小气象设备等设备的应用,提升监测站的运营安全性、智能化水平,以提高系统的整体使用效益。
发展趋势
提升技术能力展现更好前景
由于《森林防火视频监控系统技术规范》首次颁布实施,为照顾更多的生产企业能够实现达标,标准兼顾了当前的现实水平。但可以预见,随着行业发展水平的提升,伴随着森林防火现代化推进步伐的不断加快,标准也会随形势不断提高。因此,这里特别介绍一些目前在国内行业发展较为先进的产品和技术,与大家分享。
球形转台:森林防火视频监控系统前端设备的工作环境与边防海防工作环境相类似。边防海防系统的监控技术要求,在领域超过3公里以上监控半径的应用时,要满足识别车辆与人等目标的定位精度及抗风能力要求,规定宜采用球型转台设备。因为,球形结构任意方向的风载系数基本均等,受各方向风力影响最小,在相同风力环境下比常见的云台式结构抗风能力更强。同时,球型转台采用高精度伺服控制系统,相较于云台其转速更快,定位精度更高。因此,建议森林防火视频监控前端设备可参考军工产品设计理念,提升技术整体应用能力。
算法前置:智能图像识别算法结合高精度球型转台是保障火情准确识别、精准定位的关键。前端设备采用嵌入式识别算法,系统在识别算法运行的过程中,因为图像无需经过压缩和传输,质量无损,可极大提升识别能力。在带宽有限或网络传输中断的情况下,仍能在本地正常运行并监测火情,同时将火情报警信息存储于前端。另外,设备采用嵌入式硬件设计,简化了火情识别的硬件系统,使结构更加紧密、稳定性更高。由于前端嵌入式算法设计对生产厂商的研发技术能力要求非常高,目前行业内只有极少数厂商完成了此项技能的突破。纵观技术发展,算法前置是解决烟火识别准确度的关键,也是森林防火视频监控智能化演进的必经之路。
标准化设计:目前,全国的森林防火视频监控建设多以基层为中心,并未实现由县到市、市到省等多级系统联网。前端硬件的标准化、开放性和兼容性设计是实现视频监控系统联网的前提,也是实现森林防火统一指挥、统一调度的基础保障。
标准化是推进国家治理现代化的重要手段,《森林防火视频监控系统技术规范》等标准的实施,为我国森林防火工作走向现代化注入了新风,我们祝愿有更多林业领域的标准出台,以加快实现林业建设发展的现代化。

编者按
本文作者舒立福是中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所研究员、林火研究首席专家、国家森林防火总指挥部专家组专家、中国林学会森林防火专业委员会副主任。他主持过多项森林防火科研项目,出版专着5部,发表论文56篇,SCI收录7篇,EI收录5篇。
舒立福作为全国森林消防标准化技术委员会副主任, 参与了《森林防火视频监控系统技术规范》编制组的标准制定工作。本文是他对《森林防火视频监控系统技术规范》一些重要内容的解读和观点的拓深,提出了利用好、运用好“标准”及对行业发展前瞻性的思考,其真知灼见为广大读者深入理解“标准”内涵提供了新的视角。

《森林防火视频监控系统技术规范》经过全国森林消防标准化技术委员会和编制组及相关单位两年的不懈努力,于2016年1月18日由国家林业局发布,于2016年6月1日正式实施。该标准由国家森林防火指挥部办公室提出,全国森林消防标准化技术委员会归口。“标准”实施将对全国林业视频防火的信息化建设有着深远影响。
制定背景
设备参差不齐行业规范待提升
目前市场上的森林防火视频监控系统软件功能多样,硬件设备参差不齐,无统一设计、生产及应用标准,影响了全国森林防火视频监控系统建设的统一性和业务适用性,给未来全国森林防火视频监控系统互联互通带来障碍,同时随着高清视频传输、图像识别处理等新技术的引入,可使森林防火视频监控系统性能得到有效提升。行业标准的制定将会加快科技成果的扩散,规范市场竞争秩序。
产品发展
三个阶段逐步走向成熟
森林防火视频监控系统已是我国森林防火预防监测的重要手段之一,它的发展历经三个阶段逐步走向成熟。
第一阶段:使用传统城市安防视频监控产品,指挥中心采取人工视频查看方式。这种方式监控范围小、图像模糊,系统不能进行识别和定位,完全依赖人工查看,仅仅解决了“看”的问题。
第二阶段:在第一阶段基础上,视频监控系统对云台的性能进行了提升,配备了简单的烟火识别算法的功能,能够对火点进行初步定位。但系统仍存在着识别能力差、巡航时间长、火点定位误差大等问题,设备难以满足林区恶劣环境的防火要求,虽然能“用”但并不“好用”。
第三阶段:随着技术的发展,视频监控系统也同步进入了智能时代。新一代前端设备采用高精度球型转台及完备的智能烟火识别算法,缩短了设备巡航时间,提高了定位精度和识别能力,系统能够实现火情的“早期发现、准确报警、精准定位”。森林防火视频监控系统进入了“易用”和“好用”的阶段。
目前,森林防火视频监控产品品质不一,处于三个阶段的水准兼而有之。缘于此,《森林防火视频监控系统技术规范》实施,就此规范了行业技术标准,满足了森林防火“打早、打小、打了”的方向,对提升森林防火信息化水平具有重要意义;同时弥补了视频监控系统在森林防火应用中无技术标准的缺失,促进了森林防火视频监控系统建设工作的规范化和标准化。
指标解读
五项指标直指防火要害
巡航周期——全监控区域巡航周期不大于30分钟
为尽早发现森林火情,给火灾扑救争取时间,研究认为:能够及时发现火情的最长时间不能超过30分钟。如果用于发现火情的时间过长,错过最佳扑救时机,会给森林资源造成更大的损失。从技术实现角度看,在森林防火应用中,以覆盖半径15公里为例,行业内部个别厂商的设备20分钟内即可完成有效识别。为此,“标准”巡航周期定义为30分钟较为适宜。
火情识别率——漏报率不大于1%。;万公顷日误报次数不大于3
森林防火视频监控系统主要功能是对烟、火准确而有效识别后进行报警。识别能力指标应满足:在对比度大于等于10%时,可见光最小识别烟、火能力的指标不大于10×10像素,红外热成像最小识别烟、火能力的指标不大于2×2像素。
目前智能识别技术的发展还未能做到“完美”,在火情识别时会存在漏报和误报现象,为兼顾现有技术水平,且能够满足森林防火业务需要,“标准”要求系统的漏报率不得高于1%。。系统误报需满足值班人员可接受程度,为每万公顷日误报次数不大于3。
定位精度——定位误差不大于100米
在森林火灾扑救过程中,尤其是火情发生在森林面积较大的区域,判断火点的准确位置,将会直接影响到指挥与扑救人员能否选择正确的扑火路径、合理调配周围扑火资源以及掌控最佳的扑火时间。原则上,对火点定位精度的要求是误差越小越好,但因定位精度受设备生产加工、工程安装、GIS误差等主要因素的限制,为此“标准”明确了定位精度优于100米的指标,这样既考虑到了实际应用效果,又照顾到了设备生产、实施难度及系统建设成本。
可见光和红外——系统应具有可见光烟火自动识别能力;系统应具有红外烟火自动识别能力
目前,森林防火视频监控系统多采用可见光与非制冷红外双镜头设备监控方式。这种融合较为科学,主要是由于两种方式各有各自的特点。可见光系统具有图像清晰、分辨率较高、成本低的特点,与人眼视觉基本一致。白天监测距离远,对烟雾较敏感,通过对烟的识别,可早期发现火情。但是在浓雾、夜晚,很难完成远距离对烟的识别。在高照度天气条件下,很难完成强光及火光的判别。非制冷红外热像仪对通视热源敏感,透雾能力优于可见光,夜间判断火能力较好。但是对烟的识别不敏感,监测距离较近,不论白天还是夜晚,都很难完成非通视条件下的火点监测。
为确保森林防火视频监控系统能全天候地完成森林防火监测与预警,系统宜配备可见光与红外热像仪的两种设备融合使用,这样可以实现对烟、火全天候地交叉确认识别。目前,有些设备厂商已做到了这一点,而且具备了识别算法前置、多光谱融合识别等能力。
前端监控设备防护安全——整体防护等级不小于IP66;镜头、摄像机保护仓防护等级不小于IP67
林区自然环境恶劣复杂,经常遭受着雨、雪、风沙等侵袭,要求前端监控设备整体防护等级必须达到IP66,方能完全防止灰尘、雨水等侵入设备,才不会影响设备的正常运行。镜头和相机是系统重要的视频采集设备构件,“标准”要求保护仓防护等级达到IP67,才能去除因温差变化造成的可见光视窗结露问题,同时可有效保护镜头和相机的工作环境,延长其使用寿命。
以上火情识别率、设备精度、巡航周期以及光学成像的几项指标最为关键、相互制约。在系统工作时,如果没有很好的设备精度和良好的光学成像系统相结合使用为基础,再好的识别算法也很难体现出识别能力,无法支撑系统早期、准确发现火情。如不具备多维度融合识别能力的算法,再好的硬件设备也无法确保巡航周期达到要求,无法精准定位火点。因此,生产企业和防火部门在系统设计和使用时要综合考虑这些关键因素。
建设保障
确保投资效益和安全运营
由于我国森林面积广阔且大部分处于无人区,多数没有通信与供电系统。在森林防火视频监控系统建设过程中,传输、供电系统及工程基础建设的投资占比非常高,在充分保证监测覆盖范围的前提下,优先使用大半径的视频监控设备,将会减少建设投资成本及后期运营维护成本。同时使其能兼顾无线通信设备、无人机中继设备、小气象设备等设备的应用,提升监测站的运营安全性、智能化水平,以提高系统的整体使用效益。
发展趋势
提升技术能力展现更好前景
由于《森林防火视频监控系统技术规范》首次颁布实施,为照顾更多的生产企业能够实现达标,“标准”兼顾了当前的现实水平。但可以预见,随着行业发展水平的提升,伴随着森林防火现代化推进步伐的不断加快,标准也会随形势不断提高。因此,这里特别介绍一些目前在国内行业发展较为先进的产品和技术,与大家分享。
球形转台:森林防火视频监控系统前端设备的工作环境与边防海防工作环境相类似。边防海防系统的监控技术要求,在领域超过3公里以上监控半径的应用时,要满足识别车辆与人等目标的定位精度及抗风能力要求,规定宜采用球型转台设备。因为,球形结构任意方向的风载系数基本均等,受各方向风力影响最小,在相同风力环境下比常见的云台式结构抗风能力更强。同时,球型转台采用高精度伺服控制系统,相较于云台其转速更快,定位精度更高。因此,建议森林防火视频监控前端设备可参考军工产品设计理念,提升技术整体应用能力。
算法前置:智能图像识别算法结合高精度球型转台是保障火情准确识别、精准定位的关键。前端设备采用嵌入式识别算法,系统在识别算法运行的过程中,因为图像无需经过压缩和传输,质量无损,可极大提升识别能力。在带宽有限或网络传输中断的情况下,仍能在本地正常运行并监测火情,同时将火情报警信息存储于前端。另外,设备采用嵌入式硬件设计,简化了火情识别的硬件系统,使结构更加紧密、稳定性更高。由于前端嵌入式算法设计对生产厂商的研发技术能力要求非常高,目前行业内只有极少数厂商完成了此项技能的突破。纵观技术发展,算法前置是解决烟火识别准确度的关键,也是森林防火视频监控智能化演进的必经之路。
标准化设计:目前,全国的森林防火视频监控建设多以基层为中心,并未实现由县到市、市到省等多级系统联网。前端硬件的标准化、开放性和兼容性设计是实现视频监控系统联网的前提,也是实现森林防火统一指挥、统一调度的基础保障。
标准化是推进国家治理现代化的重要手段,《森林防火视频监控系统技术规范》等标准的实施,为我国森林防火工作走向现代化注入了“新风”,我们祝愿有更多林业领域的标准出台,以加快实现林业建设发展的现代化。