草原防火远程无线高清视频系统解决方案

1. 概述

草原防火工作是国家防灾减灾工作的重要组成部分，草原火灾容易造成人员死亡和落下残疾，受灾牧户倾家荡产，容易烧毁国家重要设施和草原保护建设基础设施，使国家和人民生命财产遭受严重损失；草原火灾除容易造成牲畜损失外，还烧掉了牲畜赖以生存的牧草，严重影响畜牧业生产；草原火灾过后，造成地表裸露，易受大风侵袭而使表土层丢失，不利于水土保持，引起表土层有机物减少，对草原生态系统产生不良影响；我国草原与森林交叉分布，草原一旦起火，极易烧入林区引发森林火灾，威胁林区生产安全。草原防火必须贯彻“预防为主，积极扑救“的方针，真正做到早发现，早解决。目前，基于无线网络技术的远程无线高清视频监控系统，已广泛应用于草原防火监控领域。

草原火灾发生原因主要有以下几种情况。

1）草原可燃物

2）气候条件

3） 野外火源

近年来，随着《草原法》和《草原防火条例》的宣传、落实，各省各县党政及相关部门对草原防火工作非常重视，做了大量的工作。但由于其地理、经济条件，目前草原防火工作还存在以下几个方面的问题：

（1）草原防火投入严重不足，设施设备数量少、装备水平低

（2）重点火险区范围大，灭火的任务十分艰巨

（3）起火原因复杂，草场易发生火灾

（4）防火面临以下挑战：

资源分布点多、面广、战线长、防火期长、高火险天气多、防火手段落后，草原防火基础设施不够健全。信息化水平严重不足，防火力量地域分布很不平衡。面对扑救大型大火和应对紧急突发性事件时，指挥调度方面能力不强。只有少量的固定设施的了望塔，遇到火灾时，通讯不畅。现场情况看不到，指挥工作强度大，效率差。

2. 设计范围

项目主要包括前端监控点防火预警、铁塔、弱电系统、数据传输、微波无线传输、防雷接地等、监控中心机房以及应急通信系统的建设。其设计范围主要包含：设备网络组织要求，设备配置要求，设备安装要求及相应的安装设计等。

（1）对新增设备的性能、指标及安装提出要求，并进行相关设备的配置。

（2）对相关设备完成安装设计。

（3）编制工程概算。

（4）绘制工程图纸。

   3. 系统设计目标、原则

3.1. 设计目标

草原防火监控项目目前技术情况的调查了解，通过多方比较，结合防火的特殊性和实际需要，采用无线远程视频传输及控制系统，设计的一套经济、实用的草原防火视频监控系统，对草原实时监控，做到早发现，早扑灭，减少资源损失，降低防火工作难度，提高草原管理效益。

  • 在发生火灾时把现场的图像实时传回指挥中心，无线传输距离通视最远能达到50公里，指挥中心通过监视前端摄像机图像指挥调度救火，最大限度的减小火灾造成的损失；

• 能真实记录火灾发生前，救火过程中以及救火以后现场的真实情

况，从而对火灾进行处理，提供有效真实的直观资料；

  • 通过安装红外热成像、可见光摄像系统全天候监控草原，做到昼夜半径 2- 10 公里内，观测火情、对初发火情，做到及时发现、及时救护。使火灾隐患消亡在萌芽状态；通过可见光识别，也可以达到 2 到 10 公里的监测范围；

  • 从瞭望塔设备安装点的图像传输到草原管理指挥草原防火消防中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现场情况协调调度指挥；

• 草原监控管理指挥中心可以对前端设备进行长焦、广角控制，对转

台进行上下、左右控制、设置各种特殊位置的预置位，做到重点区域重点设防；

• 设备红外线防盗功能、实时探测有无入侵破坏行为，并能做到语音警告和取证功能，保护设备投资的安全性。

• 系统具有多路画面实时录像，多路画面实时显示，图像压缩质量设置，录像存储，用户管理等功能；

  • 配置 GIS 草原地理信息系统，将草原地形地貌、植被情况、监控点信息、分布状态等信息数字化处理，实现地图点与实际目标的一致，做到火情联动、视频切换等功能，同时可作为植被管理、辅助决策的重要手段；

  • 山上需要 24 小时不间断供电，满足所以设备用电需要，根据目前技术条件设计采用风光互补供电系统，保证山上不具备布线条件的监控点设备不间断供电，正常工作；

  • 在有灾难发生时应急通信系统可通过卫星把现场情况移动图像采集并传输各级指挥中心。该系统根据草原面积广、海拔高、环境复杂、山顶没有电源、布线困难等特点进行设计。

  4. 本期工程建设方案

4.1. 系统总体结构设计

草原防火远程预警监控指挥管理系统，主要前端采集点、传输系统、草原防火预警监控监控中心等组成。

前端采集点：一般设置在草原各消防瞭望塔制高点上。包括可见光高清透雾摄像机、长焦距变倍透雾镜头、全方位定位转台、室外护罩、智能烟火识别模块、热成像摄像机、网络交换机等。前端采集设备负责全天候对草原自动扫描，利用可见光透雾摄像机与智能烟火识别模块，可是识别大范围远距离草原火情，同时对草原区植被情况、病虫害情况、火情现场情况进行实时观察、监控，并可对扑救提供远程指挥的可靠依据。

为了确保在前端发生火灾时，能准确判断出火势的蔓延情况，以及对草原造成的损坏的统计，可在前端增加设置智能化微型气象站，通过气象站采集到的草原实时环境下的风力、风向、风速、温湿度等数据，为草原防火指挥提供有力决策指挥数据信息。

传输系统：传输系统可以采用有线光纤传输方式与无线数字微波传输相结合方式，在植被密集或不方便铺设光纤的监控点位置安装数字微波，将视频图像转发到就近的监控点，与该点视频监控系统数据图像同时利用光纤传输到监控管理中心，本项目采用无线微波传输。

应急通信系统：应急卫星通信系统由卫星地面站、流动站组成。卫星地面站系统是整个应急通信网络的核心，为移动卫星站提供卫星通信接入平台，可对通信车发送的视频、话音及数据进行管理和调度。移动卫星站作为应急现场的综合通信平台，可通过卫星链路与卫星地面站进行视频、话音及数据通信。

监控中心：不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，还可以对前端摄像机焦距和转台进行操作和控制,对于前端发生火情报警的监控点，通过转台的实时角度回传，结合  GIS  系统的经纬度数据可以实现火灾发生点的精确定位；结合草原实战需求的灭火路径、火源分析、预案管理、应急通信等子系统。

通过草原防火远程监控系统，草原防火指挥中心能实时监控草原现场实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的。火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失；该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。

4.2. 前端视频采集系统设计

   前端由视频采集系统、传输系统、设备防盗报警系统、避雷接地系统、

智能风光互补供电系统等组成：

   4.3. 视频采集系统设计

常规的闭路电视监控系统一般是通过摄像机、矩阵、监视器、和录像机等设备来实现的。在草原监控中，由于监控面积大，各监控点分布面积广，使得图像的传送变得重要起来。在监控系统中，由于各监控点距离监控中心距离不等，所以建议系统图像与数据的传输自行建设微波通信网络和租用电信部门数字信道的方式。

随着信息技术、微波传输技术、网络技术的飞速发展。数字监控已经取代传统的模拟监控。在本系统中采用基于 IP网络的数字微波传输设备+数据传输设备，实现各个监控点全方位、全时段的监控。

系统完成后，做到任何时候指挥中心都可以随时监视草原的火警、人员动态及安全情况，及时发现草原各段时间内的异常情况，采取必要的防范措施，预防和阻止草原火灾的发生。同时该系统还可以辅助草原树木的病虫害防治。

    4.3.1 监控点设立依据

根据草原防火监控工程的基本要求，本系统的设计方案从以下几点着手：

（1）根据系统的技术和功能要求，确定系统组成和设备配置；

（2）根据管理局和管理站要求进行系统配置；

（3）根据实地勘察，确定摄像机和其他设备的安装地点；

（4）根据监控目标和环境，确定摄像机和镜头类型机防护措施；

（5）根据草原防火监控系统工程技术规范进行整体方案设计。

    4.3.2 前端系统网络拓扑设计

对于位置较远、架设光缆困难大的监控点可以采用微波方式进行监控点对点的无线通信。

4.3.3 系统关键技术和功能

（一）恶劣环境应用防护技术

为了满足设备的全天候运行，保证设备在恶劣环境息下的正常工作，系统前端设备需要具备必要了防雷击、防凝雾、防冰冻等防护措施，采用的具体措施如下：

• 转台设备防雷击措施

系统前端设备除了电源部分采取了必要的放浪涌保护接地等措施外，对转台等设备本身也应采取了部分防雷击保护措施，转台护罩内对所有的信号输入线路（例如：视频线路、控制线路、网络线路、低压控制线路）全部进行了电磁屏蔽和防浪涌保护措施，内置三层防护措施可以防护高达

4000V 的浪涌电压，防护等级为GB/ T17626.5- 1999 4 级。

• 前端防结雾和凝水防护措施

特别是秋冬时节发生多云多雾现象，而秋冬时节又恰好属于防火期，属于草原火险高发时期。为了在这段时间保证图像监控系统运行的完好和图像的清晰，所以前端设备的防凝雾功能就显得越发重要了。

凝雾现象的形成是由于地面热量散失，温度下降，空气又相当潮湿，那么当它冷却到一定的程度时，空气中一部分的水汽就会凝结出来，变成很多小水滴，悬浮在近地面的空气层里，就形成了雾。白天温度比较高，空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间，温度下降了，空气中能容纳的水汽的能力减少了，因此，一部分水汽会凝结成为雾。特别在秋冬季节，由于夜长，而且出现无云风小的机会较多，地面散热较夏天更迅速，以致使地面温度急剧下降，这样就使得近地面空气中的水汽，容易在后半夜到早晨达到饱和而凝结成小水珠，形成雾。秋冬的清晨气温最低，便是雾最浓的时刻。

针对上述现象，应对前端设备采用密封加隔离的防护措施，把系统重要电子核心器件全部密封在碳纤维结构设计的防护罩里面，内充氮气并保证内部气压高于外乎环境气压，保证防护罩内部设备不会发生结雾和凝水现象。同时防护罩视窗玻璃采用白光钢化玻璃同时附加热片，杜绝了视窗表面的结雾和凝水。

• 前端防冰冻防护措施

由于近几年来，我国大部分地区在冬季频发冰冻灾害，冰冻灾害也给视频监控系统带来了巨大的影响，致使前端监控设备被厚厚的冰冻所包裹，设备无法工作，运行；严重的还会给设备带来严重的设备损坏，致使设备报废。为了保证在冰冻时期设备的正常运行，全段转台设备具备必要的防冰冻措施是尤为关键的。

冰冻是指由于冷空气频繁，并长期滞留在草原。过冷却水落在地面或暴露物体时，迅速凝结为冰的天气现象。冻雨与冷暖气流的相遇有关。地面温度低于 0  ℃，高空则有逆温层。下冷上热的气温条件使雪落到地面之前融化为水滴，而地面低温使水滴落地时又能迅速凝结成冰。冻雨可以在物体表面形成一层透明的冰覆盖层。

针对冰冻现象的成因，利用冰冻覆盖层逐步积累的现象，在转台设计中增加了自动防冰冻自运行程序，设备在无人值守的情况下，可以在静止状态下每间隔一定时间内（时间可以设定），设备自动运行，利用转台自身强大的扭矩力量破除覆盖在转台上面的薄冰，防止冰冻现象的形成。

（二）“超视距”监控技术

设备图像监控设备应采用的彩色/ 黑白转换摄像机，并还具备红外滤光片，同时配合红外透雾镜头可实现超视距效果，实际观测距离是眼睛观测距离的 2～3 倍。

    4.3.4 无线传输配置说明

为了确保用户的投资利益与应用需求，在系统设计时应充分考虑到系统的先进性、实用性、可扩充性和可维护性,保证系统运行的可靠与安全保密，建立经济合理、资源优化的系统，项目采用彼洋远距离高带宽无线网桥（型号：BNET-8500GE），加抛物面天线能传输50公里以上。