森林防火解决方案
2022年7月
1目 录
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目 录II
背景及需求
《安全防范工程技术规范》（GB50348-2022）
系统总体设计
前端感知系统
传输网络系统
供电系统
2背景及需求
2022年，习主席任xxx委书记时，赴安吉考察首次提出“绿水青山就是金山银山”的科学论断。党的十九大从新的历史起点出发，提出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。2022年底，中共中央关于制定国民经济和社会发展《第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中要求，坚持绿水青山就是金山银山理念，坚持尊重自然、顺应自然、保护自然，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，守住自然生态安全边界。深入实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，构建生态文明体系，促进经济社会发展全面绿色转型，建设人与自然和谐共生的现代化。
森林是陆地生态系统的主体，是人类生存发展的根基。国家草原林业局统计，根据第九次全国森林资源清查数据，我国森林覆盖率达22.96%，力争到2022年达到26%，到本世纪中叶达到世界平均水平32% 。“枝繁叶茂一百年，化为灰烬一瞬间”，2022年全国发生森林火灾1153起，草原火灾13起，其中重大森林火灾7起，整体受害面积近2万公顷。森林火灾突发性强、破坏性大、危险性高，是全球发生最频繁、处置最困难、危害最严重的自然灾害之一，是生态文明建设成果和森林资源安全的最大威胁，甚至引发生态灾难和社会危机。一旦发生森林火灾，不仅烧死、烧伤林木，烧毁林下植物资源，直接减少森林面积，而且严重破坏森林结构和森林环境，危害野生动物，导致森林生态系统失去平衡，森林生物量下降，水土流失，生产力减弱，益兽益鸟减少，引发空气污染，甚至严重危险人民生命财产安全。
每年防火期，中共中央都会对森林草原防灭火工作作出重要批示，森林草原防灭火事关人民群众生命财产安全和国家生态安全，要坚持预防为主、防灭结合、高效扑救、安全第一的方针，按照“打早、打小、打了”的原则，压实各级各环节责任，衔接好“防”和“救”的责任链条，坚决防范森林草原重特大火灾。针对森林防火，国家林业和草原局要求利用卫星监测、无人机巡护、智能视频监控、热成像智能识别等人工智能手段助力林草火灾防治，加强林草火情监测。应用通信和信息指挥平台，提高森林草原火险预测预报、火情监测、应急通信、辅助决策、灾后评估等综合指挥调度能力和业务水平。
综上所述，森林防火工作是生态文明建设的安全保障，是森林资源保护的首要任务，是社会稳定和人民安居乐业的重要保障，是加快林业发展、加强生态建设的基础和前提，事关“山水林田湖生命共同体”安全，事关人民群众生命财产安全，事关改革发展稳定的大局，森林防火责任重于泰山。未来十年，既是加快推进生态文明建设的关键时期，也是林业发展和森林防火工作的重要战略机遇期。
2.1业务现状
近年来，随着“绿水青山就是金山银山”成为当前社会的主旋律，政府逐渐提高对森林防火的投入。但目前大部分地区的森林防火的建设工作仍然严重滞后，特别是标准化、现代化、信息化以及智能化的防火设施设备欠缺，容易出现林区监控不全面、火情预警不及时、护林巡护难值守、指挥扑救难组织、灾后调查取证难的问题。目前，森林防火工作主要存在如下问题：
监测手段落后，效率低：很多地区仍采用人工瞭望台监测、群众报告方式，发现能力有限，人力资源耗费严重；部分地区安装传统视频监控，智能化程度低，准确率低，且受环境影响较大。
林区范围大，管理水平低：林区进出人员车辆众多，春耕生产、上坟烧纸等林内活动频繁，管理困难，火灾隐患大，事后追溯困难，监管取证手段不足。
响应速度慢，管理手段有限：火情信息上报依靠口头依次传递，中心管理人员消息获取滞后；出现火情后无法快速定位，无法查看现场情况；指挥扑救依靠经验，决策依据不足，分析手段有限，决策难度增加导致响应变慢；现场处置盲目，无统一指挥，防灭火效率低下。
各地独立建设，系统良莠不齐：森林防火除2022年的视频监控技术规范外无其他相关标准，各省各地市独立建设，良莠不齐，资源浪费严重；上级单位对下级监管手段有限，无法真实了解各地实际火灾情况；领导决策缺乏依据，无法直观查看整体建设部署情况和成效。
2.2建设需求
总体而言，我国森林防火工作仍处于较低水平，现有管理方式仍存在一定不足，火灾发生仍保持一定频率，亟需提升发现能力和发现效率。
需健全森林火灾预防体系
现有森林火灾预防手段存在较大局限，需应用科学有效的技术手段，建立天空地监测体系，包括卫星全域监测、无人机动态监测、瞭望塔高点覆盖、护林员和地面监控重点监测等，全面提升森林火灾综合防控能力
需完善防火基础设施建设
大部分林区存在供电、网络等基础设施建设薄弱的问题，不能满足林区信息化管理的需要，需加强防火基础设施建设，为防火工作迈向现代化提供基础。
需提高林区综合管理水平
与城镇交界的林区内人员流动频繁，烧荒、上坟、炼山、吸烟等事件屡见不鲜，加大了森林火灾的发生概率和管控难度，需对林区人为活动进行管理，提高林区综合管理水平。
需加强早期火情处理
当前火情信息上报依靠口头依次传递，管理人员消息获取滞后。指挥扑救依靠经验，决策依据不足，分析手段有限。需利用火情研判、蔓延分析、路径规划、融合通讯等手段加强早期火情处理，助力实现“打早、打小、打了”的防火目标。
2.3建设原则
方案坚持以预防为主、科学扑救为基本出发点，结合实际场景需求，以森林防火系统结构配置的合理性、科学性和经济性为根本，严格遵守以下原则进行设计：
规范性原则
本系统是一个严谨的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应严格执行各方面的标准与规范，并遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。各配套设备的性能和技术要求稳定可靠，所有的器材应符合国家标准和行业规范。
先进性原则
无论是软件配置，还是硬件选型，力求做到技术先进，安全可靠防范严密。
兼容性原则
即系统设计合理，无论是硬件的匹配，还是系统与特定环境的适应性，都要求有很好的兼容性。硬件方面，要求将来系统升级时对既有硬件设备能上下兼容，节省投资。
前瞻性原则
即系统的设计能充分考虑森林防火监测指挥系统的发展需要，能充分适应科技的快速进步，对系统的扩展性预留可持续发展的接口和技术空间。
易用性原则
系统在设计时能充分考虑林业系统的行业特点和管理人员的操作习惯，运行过程简单易行，人工操作易学易用，监测管理快捷高效，应急指挥科学可行，灾后评估快速准确。能做到开机即可工作，通电即可运行的程度。
安全与保密原则
系统的设计和设备配置必须保证森林防火信息的安全，有较好的数据安全措施，有较强的数据备份和系统恢复功能。系统的数据库必须分层次和级别、保证数据库在各种级别保密程度上的查询访问，防止信息被任意查询和破坏，对各种各样的计算机病毒，系统都应具有高度的免疫力；同时野外设备因具有良好的防盗能力。
阶段性和可扩充性原则
系统设计应符合统一规划、阶段性实施的原则，充分考虑林火监测的需求和未来技术发展所带来的系统扩充的需求，预留足够的接口空间，可满足以后的软件升级及设备扩容，应留有向上级森林防火指挥中心传输监测图像和控制权的接口。
2.4建设依据
2.4.1法律法规
《中华人民共和国森林法》
《中华人民共和国草原法》
《中华人民共和国环境保护法》
《中华人民共和国森林防火条例》
《中华人民共和国草原防火条例》
《中华人民共和国公共安全法》
《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（28号）
《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
2.4.2指导意见
国家林业局《“十四五”林业草原保护发展规划纲要》
《全国森林防火规划（2022-2022）》
《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》
《国家林草局防火司关于开展森林草原无人机应用示范工作的通知》
中办国办印发《关于全面推行林长制的意见》
《国家林业和草原局关于促进林业和草原人工智能发展的指导意见》
《国家林业和草原局关于促进林草产业高质量发展的指导意见》
国家林业局《关于推进中国林业物联网发展的指导意见》（2022年）；
2.4.3技术标准
《森林防火视频监控技术规范》（LY/T 2581-2022）
《森林防火视频监控图像联网技术规范》（LY/T 2582-2022）
《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
3《安全防范工程技术规范》（GB50348-2022）
《安全防范系统验收规则》（GA308-2022）
《视频安防监测系统技术要求》（GA/T367-01）
《数字林业标准与规范 第2部分：林业数字矢量基础地理数据标准》（LY/T 1662.2）；
《数字林业标准与规范 第3部分：卫星遥感影像数据标准》（LY/T 1662.2）；
《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）
《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
《林业物联网》（LY/T 2413）；
《林业信息资源目录体系框架》（LY/T 2269-2022）；
《林业信息服务集成规范》（LY/T 2927-2022）；
《林业数据采集规范》（LY/T 2930-2022）；
《林业数据库设计总体规范》（LY/T 2169-2022）；
以及其他相关技术标准
4系统总体设计
4.1设计思路
系统依托热成像多光谱和地面护林巡护为核心的“天空塔地”一体化监测预警体系，加载巡宣防管控多样化手段，具备烟火智能预警、火点定位、辅助决策，实现及时发现、高效扑救、快速控制、降低灾损及维护安全等目标，切实贯彻国家林业和草原局“打早”“打小”“打了”的森林防火理念，为林业现代化发展保驾护航。
整个系统运行具备立体、可视、精确、快速反应、智能化程度高等特点，实现无人值守，远程管理。具体说明如下：
多系统整合全面监测：视频监控、护林巡护等监测手段，构建全天候、全方位的森林防火立体监测网络，及时发现森林火情，实现森林火灾“打早、打小”的目标。
全业务闭环高效灭火：融合智能预警、火情研判、物资检索、蔓延分析、指挥调度、灾损评估等功能，实现信息资源全面整合、可视化管理，为林火指挥人员提供及时、高效的处置支撑。
各资源对接融合管理：整合现有前端资源和平台资源，全方位应对整合的复杂性与多样性；级联级控，实现视频上传、报警汇聚、权限管控和统计查询等功能，实现多级联网监管。
4.2逻辑架构
物联感知
热成像双光谱球机/中型/重载云台、无人机、卡口、宣传警示柱、声光警戒相机等前端感知采集设备，实现前端感知智能化、多维化、综合化，提升智能视频前端覆盖率，构建全方位、多场景森林防火感知体系。
网络传输
指各类传输能力，主要包括有线和无线两大类，实现感知层和平台层之间的数据传输和信令传递。其中有线包括视频专网、光纤等，无线包括运营商4G/5G、微波对射、LTE无线传输、卫星通讯等。
4.3系统拓扑架构
森林防火系统主要由前端感知系统、传输网络和监控中心等组成。
前端感知系统主要高塔热成像林火监测、地面巡宣管控组成。当发现热点时自动发送相关信息。高塔热成像林火监测可根据不同的应用场景可配置热成像双光谱球机、热成像中载/重载云台、热成像球机等不同类型设备，加载热成像火点检测和可见光烟雾识别算法，实现森林火情智能监测；地面巡宣管控系统主要通过人车卡口设备、巡护终端、宣传警示柱、低杆视频监控等设备，实现林区主要出入口的人车动态管控及森林防火宣传；。
传输网络通过租用运营商专线、微波对射、无线网桥、4G无线网络接入前端、
森林防火监控指挥中心部存储系统、大屏显示、实现森林防火的可视化监管应用。
5前端感知系统
5.1设计概述
森林防火前端感知系统由高塔林火监测、地面巡护两个个层面组成，从而构建“天空塔地”一体化的立体监测网络。
铁塔或其他高塔点位利用其地形制高塔优势，配备热成像相机，实现7×24不间断轮巡，智能发现火情并对火点进行精准定位，支持将相关图片视频和定位等信息上报系统；
5.2塔-高塔监控系统
5.2.1系统概述
林区山高林密，无人机和人工均无法实现7×24小时无间歇监控，为实现全时段全覆盖，必须利用铁塔或其他高塔的挂高优势，并结合热成像进行360°水平线扫，线扫过程中，一旦发现火点信息，立即停止巡航，对火点画面居中放大，并在地图中定位出火点位置，第一时间将火点定位和时间上报给平台。
5.2.2系统架构
图3-6 高塔监控系统架构
系统组成：林火监测预警子系统主要包含热成像云台、气象采集仪、防雷模块、铁塔（含供电系统和网络传输系统）等。
热成像云台：云台采用一体化设计，热成像采用非制冷氧化钒焦平面探测器，能在远距离对林火进行识别，具有较高的准确性；同时，摄像机还能对火点位置进行准确定位，在性能上要求摄像机具有良好的稳定性。
气象采集仪：需采集当地林场气象信息数据的能力，可同时测量监测点风速、风向、温度、湿度、气压等参数，以便及时将数据传回指挥中心，对火势，走向进行初步研判。可全天候工作，不受暴雨、冰雪、霜冻天气的影响；测量精度高，性能稳定。并且支持将气象信息以视频叠加的方式在监控画面进行展示。
5.2.3系统功能
高塔林火监测系统，利用铁塔挂高优势，实现对半径1-10km范围内的烟火进行实时监测，系统主要包含以下功能：
多种扫描模式可配
系统可根据实际要求，通过人工配置多种扫描模式，如弓字型指定区域扫描、预置点巡航、水平旋转、巡迹（自定义）等。其中，森林防火场景多使用弓字型指定区域扫描，可实现对空间维度远近区域按序进行线扫，从而实现监控范围内360°无死角全覆盖监控，并可在无人工干预的条件下，实现循环扫描，一旦发现火点，立即停止线扫，自动抓拍上传报警信息后，继续扫描。
图3-7 热成像扫描
烟火监测功能
云台在水平扫描过程中，热成像通道实时监测火点，可见光通道实时监测烟雾，任意一个通道发现疑似烟火信息，云台扫描立即停止并进行录像抓拍，上报云台PTZ信息以及抓图录像给平台做进一步研判。热成像支持多种预警模式，包括只热成像火点监测发现即上报、只可见光烟雾监测发现即上报、热成像火点和可见光烟雾同时监测发现上报、热成像火点或可见光烟雾监测发现上报。
图3-8 烟火监测
固定热源屏蔽功能
针对反光、工程机械、居民用火等容易产生误报的热源，系统支持配置屏蔽区，单画面最多支持添加6个屏蔽区，单云台最大支持配置32个屏蔽区，完成配置后，屏蔽区内的热源不会产生报警。
图3-9 固定热源屏蔽
6传输网络系统
6.1系统概述
由于森林的地域广，环境地形复杂，且林区施工不便，因此，网络传输系统基础建设，尽量采取因地制宜的措施，充分利用当地已建的铁塔资源，架设设备和接收传输系统，可充分利用有线传输、无线网桥传输、运营商无线传输等方式，形成多态互补的通信传输网络，实现全域覆盖、全面融合、全程贯通、全网可达，为森林资源的监测、保护提供统一高效的通信保障。
6.2传输网络类型
6.2.1有线网络传输
林火探测设备大多基于铁塔资源进行建设，铁塔一般具备良好的有线传输网络，建议可租用铁塔运营商网络链路，根据实际需要租用2M、4M、10M、100M、1000M等不同网络带宽，形成森林防火监测专用网络。
网络租用方式施工量小，灵活性高，但后期成本较高。可根据实际数据传输需求（主要考虑视频传输）选择合适的带宽进行租用，保证数据的稳定流畅传输。并且建议采用VPN的方式构建森林防火监测专用网络，既保证了网络的安全性也达到了高效经济的目的。
6.2.2运营商无线传输网络
针对现场附近有4G基站或现场4G信号较强的项目，可使用4G网络进行数据传输。第四代移动通信系统具备通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能性能高、通信质量高灯特点。
包括采用自带4G模块的摄像机，或者增加4G路由器等设备进行部署，前端相机可通过主动注册的方式添加在中心平台处。4G系统能够以100Mbps的速度下载，20Mbps的速度上传，能够满足现场的视频拉流需求。
6.2.3无线网桥网络传输
对于林区没有现成有线网络以及运营商LTE网络的区域，可采用网桥进行传输，网桥设备整体功耗小，耗电量不高，适合在森林防火无线监控系统上使用。相较于运营商信号覆盖传输，一次性投入降低了运行成本，杜绝了信号盲区，真正实现了全天候24小时实时监管，整体提高了对突发性森林火灾的监控水平和处置能力。
图4-1 无线网桥架构图
6.2.3.1无线网桥传输方式
针对不同的使用场景，无线网桥传输又分为点对点传输、点对多点传输、中继传输。
点对点传输
一般用于点位较少且传输距离较远的监控点，或者中继骨干链路，两点之间达到可视或近似视距的无线传输条件，充足的带宽可以保障现场高清视频的实时传输，确保遇到各种恶劣条件时无线传输不会受到影响。
图4-2 网桥点对点传输
点对多点传输
点对多点能把一个离散的网络连成一体，将多个发射端对应一个接收端。由于信号在传输过程中相比点对点传输的损耗要大，所以该方式适合于那些监控点位较集中、数量较多、传输距离相对较近的环境使用。
图4-3 点对多点传输
中继传输
一般一个监控点距离中心距离远，或者某一些点因为山脉遮挡无法直接回传到中心接收点，但是中间位置的监控点可以满足到前端和中心的传输条件，就可以设置中继监控点。中继监控点先汇集前端多个点的信号，然后采用一对设备回传到监控中心。
图4-4 中继传输
7供电系统
供电系统的稳定供给是森林防火前端探测设备可靠运行的基础保障。森林防火前端监测站点一般处于户外林区，除站点附近有市电的情况下采用市电，远距离一般不建议采用市电，因为过长的电源线路导致到达站点时电压较低，容易造成设备损害，而且成本高。整体建议采用太阳能发电系统根据负载情况进行灵活配置。
7.1市电配置说明
对于监测站点附近有市电时，可采用市电供电。市电通过开关电源转为DC36V、DC48V、AC24V为系统供电。为保证市电断电状态下也能够让监测站保持一段时间工作，系统也应配备蓄电池和充放电控制器。
7.2太阳能供电系统
7.2.1太阳能供电系统概述
前端监控基站所处位置在野外，除基站附近有市电的情况下采用市电，远距离一般不建议采用市电，因为过长的电源线路导致到达基站时电压较低，容易造成设备损害，而且成本高，我们建议在日照比较丰富的地方采用太阳能发电系统。
7.2.2太阳能供电系统组成
太阳能供电系统主要包括太阳能电池板、控制器、蓄电池、辅材以及其他负载产品。
太阳能电池板
太阳能电池板的作用是将太阳辐射能量直接转换成直流电，供负载使用或贮存于蓄电池内备用，它是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。太阳能光电池板可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积的大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。
太阳能控制器
在太阳能发电系统中，充放电控制器在整个系统中起着重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。太阳能充放电控制器能够为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。
蓄电池组
蓄电池组是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件。蓄电池组将太阳能电池方阵发出的直流电贮能起来，供负载使用。在太阳能发电系统中，蓄电池处于浮充电状态。白天太阳能电池方阵给负载供电，同时电池方阵还给蓄电池充电，晚上或阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。
降压/升压器
太阳能供电系统是DC供电，输出直流电，对于高于或者低于太阳能供电系统输出电压的负载，需要增加升压或者降压器。
逆变器
当负载为AC供电时，需要增加逆变器作为转换模块。
其他
辅材：主要有一些防雷器、配电箱、支架、电池保温箱等
负载：监控系统中主要是指监控前端、传输设备
7.2.3NVR视频存储
NVR存储，适用于少量前端存储或本地存储需求。前端相机接入NVR， NVR直接获取IPC的音视频数据存在本机上，实现视频本地直存。为保证前端智能报警（如火情报警、人车报警等）能顺利上传至平台，前端相机同时需直连至平台。
在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空间，用总路数乘以每路码流大小，再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间，在计算过程中保持单位的一致性。
存储空间计算公式：单路实时视频的存储容量(GB)＝视频码流大小(Mb) /8×3600×24×天数/1024
下表为分别按照1路每天存储24小时、采用H.264算法进行编码，按照720P、1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表：
分辨率
码流(M)
单路视频每小时录像文件大小(GB)
单路视频每天录像文件大小(GB)
单路视频30天录像文件大小(TB)
720P
2
0.88
21.09
0.62
1080P
4
1.96
42.18
1.24
在高性能集中存储设计中，一般是采用raid5，RAID5磁盘容量＝单个硬盘容量*（N-1），N>=3；如果需要热备盘，则需要考虑进去。
依据以上情况，进行存储需求计算。
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