權威解讀:《森林防火視頻監控系統技術規範》

發表時間:2018-03-21 10:06

LY/T 2581-2016《森林防火視頻監控系統技術規範》(以下簡稱“标準”)經過全國森林消防标準化技術委員會和編制組及相關單位兩年的不懈努力,于2016年1月18日由國家林業局頒布,于2016年6月1日正式實施。該标準由國家森林防火指揮部辦公室提出,全國森林消防标準化技術委員會(SAC/TC 523 )歸口。“标準”實施将對全國林業視頻防火的信息化建設有着深遠影響。

制訂背景:設備參差不齊行業規範待提升

目前市場上的森林防火視頻監控系統軟件功能多樣,硬件設備參差不齊,無統一設計、生産及應用标準。影響了全國森林防火視頻監控系統建設的統一性和業務适用性,給未來全國森林防火視頻監控系統互聯互通帶來了障礙,同時随着高清視頻傳輸、圖像識别處理等新技術的引入,可使森林防火視頻監控系統性能得到有效提升。行業标準的制訂将會加快科技成果的擴散,規範市場競争秩序。

産品發展:三個階段逐步走向成熟

森林防火視頻監控系統已是我國森林防火預防監測的重要手段之一,它的發展曆經了三個階段逐步走向成熟。

第一階段:使用傳統城市安防視頻監控産品,指揮中心采取人工視頻查看方式。這種方式監控範圍小,圖像模糊,系統不能進行識别和定位,完全依賴人工查看,僅僅解決了“看”的問題。

第二階段:在第一階段基礎上,視頻監控系統對雲台的性能進行了提升,配備了簡單的煙火識别算法功能,能夠對火點進行初步定位。但系統仍存在着識别能力差、巡航時間長、火點定位誤差大等問題,設備難以滿足林區惡劣環境的要求,雖然“能用”但并不“好用”。

第三階段:随着技術的發展,視頻監控系統也同步進入了智能時代。新一代前端設備采用高精度球型轉台及完備的智能煙火識别算法,縮短了設備巡航時間,提高了定位精度和識别能力,系統能夠實現火情的“早期發現、準備報警、精準定位”。森林防火視頻監控系統進入了“易用”和“好用”的階段。

目前,森林防火視頻監控産品品質不一,處于三個階段的水準兼而有之。緣于此,《森林防火視頻監控系統技術規範》實施,就此規範了行業技術标準,滿足了森林防火“打早、打小、打了”的方針,對提升森林防火信息化水平具有重要意義。同時彌補了視頻監控系統在森林防火應用中無技術标準的缺失,促進了森林防火視頻監控系統建設工作的規範化和标準化。

指标解讀;五項指标直指防火要害

巡航周期 —— 全監控區域巡航周期不大于 30 分鐘

為盡早發現森林火情,給火災撲救争取時間,研究認為:能夠及時發現火情的最長時間不能超過30分鐘。如果用于發現火情的時間過長,錯過最佳撲救時機,會給森林資源造成更大的損失。從技術實現角度看,在森林防火應用中,以覆蓋半徑15公裡為例,行業内部分設備廠商20分鐘内即可完成有效識别。為此,“标準”巡航周期定義為30分鐘較為适宜。

火情識别率 —— 漏報率不大于 1 ‰;萬公頃日誤報次數不大于 3 次

森林防火視頻監控系統主要的功能是對煙、火準确有效的識别後進行報警。識别能力指标應滿足:在對比度不小于10%時,可見光最小識别煙、火能力要求不大于10×10像素,紅外熱成像最小識别煙、火能力要求不大于2×2像素。目前智能識别技術的發展還未能做到“完美”,在火情識别時會存在漏報和誤報現象,為兼顧現有技術水平,且能夠滿足森林防火業務需要,“标準”要求系統的漏報率不得高于1‰。系統誤報需滿足值班人員可接受程度,為每萬公頃日誤報次數不大于3次。

定位精度—— 定位誤差不大于 100 米

在森林火災撲救過程中,尤其是火情發生在森林面積較大的區域,判斷火點的準确位置,将會直接影響到指揮與撲救人員能否選擇正确的撲火路徑、合理調配周圍撲火資源以及掌控最佳的撲火時間。原則上,對火點定位精度的要求是誤差越小越好,但因定位精度受設備生産加工、工程安裝、GIS誤差等主要因素的限制,為此“标準”明确了定位精度優于100米的指标,這樣既考慮到了實際應用效果,又照顧到了設備生産、實施難度及系統建設成本。

可見光和紅外 —— 系統應具有可見光煙火自動識别能力;系統應具有紅外煙火自動識别能力

目前,森林防火視頻監控系統多采用可見光與非制冷紅外雙鏡頭設備監控方式。這種融合較為科學,主要是由于兩種方式各有各自的特點。可見光系統具有圖像清晰,分辨率較高,成本低的特點,與人眼視覺基本一緻。白天監測距離遠,對煙霧較敏感,通過對煙的識别,可早期發現火情。但是在濃霧、夜晚天氣條件下,很難完成遠距離對煙的識别。在高照度天氣條件下,很難完成強光及火光的判别。非制冷紅外熱像儀對通視熱源敏感,透霧能力優于可見光,夜間判斷火能力較好。但是對煙的識别不敏感,監測距離較近,不論白天還是夜晚,都很難完成非通視條件下的火點監測。

為确保森林防火視頻監控系統能全天候地完成森林防火監測與預警,系統宜配備可見光與紅外熱像儀融合使用,這樣可以實現對煙火全天候地交叉确認識别。目前,有些設備廠商已做到了這一點,而且具備了識别算法前置、多光譜融合識别等能力。

前端監控設備防護安全——整體防護等級不小于 IP66 ;鏡頭、攝像機保護倉防護等級不小于 IP67

林區自然環境惡劣複雜,經常遭受雨、雪、風沙等侵襲,要求前端監控設備整體防護等級必須達到IP66,方能完全防止灰塵、雨水等侵入設備,才不會影響設備的正常運行。鏡頭和相機是系統重要的視頻采集設備,“标準”要求保護倉防護等級達到IP67,才能去除因溫差變化造成的可見光視窗結露,同時可有效保護鏡頭和相機的工作環境,延長其使用壽命。

以 上火情識别率、設備精度、巡航周期以及光學成像的這幾項指标最為關鍵、相互制約。在系統工作時,沒有很好的設備精度和良好的光學成像系統相結合使用為基礎,再好的識别算法也很難體現出識别能力,無法支撐系統早期、準确發現火情。如不具備多維度融合識别能力的算法,再好的硬件設備也無法确保巡航周期達到要求,無法精準定位火點。因此,生産企業和防火部門在系統設計和使用時要綜合考慮這些關鍵因素。

建設保障:确保投資效益和安全運營

由于我國森林面積廣闊且大部分處于無人區,多數沒有通信與供電系統。在森林防火視頻監控系統建設過程中,傳輸、供電系統及工程基礎建設的投資占比非常高,在充分保證監測覆蓋範圍的前提下,優先使用大半徑的視頻監控設備,将會減少建設投資成本及後期運營維護成本。同時使其能兼顧無線通信設備、無人機中繼設備、小氣象設備等設備的應用,提升監測站的運營安全性、智能化水平。提高系統的整體使用效益。

發展趨勢:提升技術能力,展現更好前景

由于《森林防火視頻監控系統技術規範》首次頒布實施,“标準”兼顧了當前的現實水平,為照顧更多的生産企業能夠實現達标,“标準”兼顧了當前現實水平。。但可以預見,随着行業發展水平的提升,伴随着森林防火現代化推進步伐的不斷加快,标準也會随形勢不斷提高。這裡特别介紹一些目前在國内行業發展較為先進的産品和技術,與大家分享。

球 形轉台

森林防火視頻監控系統前端設備的工作環境與防海防工作環境相類似。邊防海防的監控技術要求,在領域超過3km以上監控半徑的應用時,要滿足識别車輛與人等目标的定位精度及抗風能力要求,規定宜采用球型轉台設備。因為球形結構任意方向的風載系數基本均等,受各方向風力影響最小,在相同風力環境下比雲台式結構抗風能力更強。同時球型轉台采用高精度伺服控制系統,相較于雲台其轉速更快,定位精度更高。因此建議森林防火視頻監控前端設備可參考軍工産品設計理念,提升技術整體應用能力。

算法前置

智能圖像識别算法結合高精度球型轉台是保障火情準确識别、精準定位的關鍵。前端設備采用嵌入式識别算法,系統在識别算法運行的過程中,因為圖像無需經過壓縮和傳輸,質量無損,可極大提升識别能力。在帶寬有限或網絡傳輸中斷的情況下,仍能在本地正常運行并監測火情,同時将火情報警信息存儲于前端。另外,設備采用嵌入式硬件設計,簡化了火情識别的硬件系統,使結構更加緊密,穩定性更高。由于前端嵌入式算法設計對生産廠商的研發技術能力要求非常高,目前行業内隻有極少數廠商完成了此項技能的突破。縱觀技術發展,算法前置是解決煙火識别準确度的關鍵所在,也是森林防火視頻監控智能化演進的必經之路。

标準化設計

目前,全國的森林防火視頻監控建設多以基層為中心,并未實現由縣到市,市到省等多級系統聯網。前端硬件的标準化、開放性和兼容性設計是實現視頻監控系統聯網的前提,也是實現森林防火統一指揮、統一調度的基礎保障。

标準化是推進國家治理現代化的重要手段,《森林防火視頻監控系統技術規範》等标準的實施,為我國森林防火工作走向現代化注入了“新風”,我們祝願有更多林業領域的标準出台,以加快實現林業建設發展的現代化。