智慧火情预警平台构建与应用研究——以广东省河源市为例

曾 瑜 曾东洋 陈伟伟

（1.河源市应急科技信息化中心，广东 河源 517000；2.中国铁塔股份有限公司河源市分公司，广东河源 517000；3.河源市园林绿化管理中心，广东 河源 517000）

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自然保护区森林资源安全的最大威胁，甚至引发生态灾难和社会危机[1-3]。广东省由于森林覆盖率的逐步提高，林区内可燃物增厚，林区企业、群众的生产性用火增多，户外旅游探险活动增加等因素，一直大力推进林区远程视频监控体系建设，但当前原有的视频监控设备远远达不到现阶段的森林防火要求，亟需加大力度提升预警监测平台的科技信息化水平，构建起智慧火情预警平台，确保生态资源和人民生命财产的安全。

1 森林火情预警平台现状

广东省河源市是林业大市，全市森林面积114.6 万hm2，在广东全省排名第4，森林蓄积量达7 160.46 万m3，森林覆盖率为73.2%，在国家、省的大力支持下，2017年开始河源市分三期推进林区远程视频监控安装，于2020年完成林区监控全覆盖并投入运行使用后，现林区共有前端监控站点及林火监控系统657个，实现森林火灾发生率、森林火灾受害率持续大幅下降，为保护生态资源和人民生命财产发挥较大作用。

但当前林区视频监控仍只能实现以数字设备取代人工巡视、高山瞭望等传统监控方式，依托于前端摄像机实现对林区实况的采集，结合GIS（地理信息）系统，通过公共通信网络回传至后方指挥/监控中心，借助中心内部配备的软硬件资源如监控系统和大屏显示设备实现可视化呈现，支撑各级管理部门工作人员完成远程值班值守，离智慧森林火情预警监控要求仍有一定差距。

2 当前林火远程视频监控平台存在问题

当前林火远程视频监控系统已使用数年，主要使用场景为扑救森林火灾时远程调度观察火情和值班值守监控，在使用过程中，笔者仍发现存在系统前期预警不敏捷、摄像头掉线率高、运维难度较大等问题[4-6]。

2.1 平台部分

一是历史建设的解码器已不能满足日渐新增的高清点位的上墙需求，无法正常解码预览；二是项目建设监控点没有统一时钟源，导致每个摄像机的时间不统一，难以追溯事件准确时间；三是项目建设主要依赖市局中心平台，但是计算资源投入不足，容灾备份设计不合理，常常因为一台服务器断电影响全市林火监控无法预览。四是项目平台建设落后，没有及时更新，657个监控点数量大、范围广，需专人7×24 h“紧盯”发现火情并告警。

2.2 传输部分

传输部分主要存在的问题为当初建设规划网络混乱，运营商网络先到市一级，再通过专线到县区一级，导致基层县区预览频繁报错；而硬件建设概念是前端网络到县区一级，再统一资源上传到市一级；网络建设与硬件建设不统一，导致频繁出错[5]。且建设前期前端摄像头带宽为4 M，后期升级到10 M，对于目前高清晰度的摄像机来说，难以满足需求。

2.3 前端部分

项目建设重在建设，对于后期设备运维往往跟不上，常常因为无法预览才去维修，而且修复未闭环跟进，时常出现无法看到出现问题的节点是设备厂家、维护商还是运营商，也无法查证及追溯进度[6]。且当前前端摄像头基本为低配置、年限长情况，全市林火监控总计657个，白天监控火情情况须靠人工方式排查，晚上基本无效果，且大部分摄像机使用年限超过3 a以上。

3 智慧火情预警平台构建与应用

3.1 现有监控系统与本研究预警平台对比

3.1.1 智能监测功能

原有平台系统缺乏智能算法，目前基本上都是依靠人工7×24 h值班盯守，容易忽视火情发生。智慧火情预警平台24 h自动巡航，每3 min可完成360°巡航，实现AI预警上报，对出现烟雾的情况后台自动发现、自动上报，第一时间发现险情[7-9]。

3.1.2 平台终端功能

原有系统平台目前只应用于森林防火，系统独立运行，视频无法共享、数据无法互通，在一定程度上造成资源浪费。智慧火情预警平台可接入多种通信终端，国标接口，可对接其他平台，共享和复用视频监控资源，可实现森林防火、应急调度、矿山监测等，实现“1 个平台+1 台摄像机+N个应用场景”。

3.1.3 资产管理模式

原有平台设备资产管理难度大，由于摄像头是在野外，经常风吹日晒且使用年限很长（第一期超7 a），设备损坏后无法维修，需要对报废设备进行日常管理。智慧火情预警平台可采用整体购买服务的合作模式，全量满足需求，提供端到端的全流程服务，免除后续资产的管理压力[10]。

3.1.4 预警监测范围

原有部分区域存在监控盲区，有些乡镇只有一个监控点位，无法对重点区域进行全覆盖。智慧火情预警平台利用三维立体建模测绘技术和现场无人机查勘[11-12]，测算每个点位监控区域和可见率，做到每个点位精准选择，确保站点的合理性和经济性。

3.2 智慧火情预警平台构建与应用

3.2.1 整体架构

平台按照“一级架构、多级部署、资源共享、开放解耦”建设原则，采用底台、中台、前台三级分层架构设计，实现了底台数据集中采集、中台业务集约管控、前台应用灵活定制、AI算法按需加载。

算法准确先进，系统准确率高，该架构合理分配算力和带宽资源的同时，运用了先进的边缘计算、人工智能和云计算技术，系统的误报率降低至两万分之一，报警准确性大幅提升。同时系统具备了对于极端天气的自动规避能力和场景自动理解能力，使得智能化水平得到显著提升。架构灵活科学，应用场景丰富，该架构既可以用于老旧点位升级改造，又可以整套用于新建项目，在确保林火监测及时性、准确性的同时，最大限度考虑资源的合理利用，避免重复建设和资源浪费等现象。业务合理高效，利于协同监管，通过该架构可打破原本的“数据壁垒”，得益于精准的报警信息，极大减少人工值守压力，同时使得集群化管理变得高效、可靠[13]。

3.2.2 主要功能

1)监测预警“一张图展示”。监测预警实现基于地图的森林防火全要素监控和快速处置。实现“一张图”的高效综合管理和应用。平台支持以一张图的形式展现点位建设情况，包括点位监控监测设备的在线情况、展示今日火情情况，包括火情数量、火情处置情况；展示最新预警情况，包括预警名称、预警图片、预警时间等；并可对历史火情按照不同时间周期、不同火情类型进行统计。

2)火点实时监测与定位。主要分为三种方式：卫星遥感全域监测、摄像机全天候监测、人工巡查重点监测。卫星遥感全域监测利用国内外14 颗极轨卫星和静止卫星进行全域监测，最高观测频次可达10 min。摄像机全天候监测通过前后端二次识别和可见光算法识别的方式，减少漏报。识别到火点后，可见光通道快速拉近放大再次识别，确认取证。人工巡查重点监测护林员、瞭望员充分发挥火灾预防的“探头作用”，在日常巡护中可通过移动端进行巡查情况反馈、发现火情人工上报、对林区隐患进行排查和上报、导航定位等。

3)远程指挥调度。远程指挥调度分为事前预防、事中处置闭环流程、灾后评估，事前预防可录入周边防火资源信息，如防灭火资源、救援队伍、重点保护区域、避难场所等的情况；提前录入应急预案，平时可针对不同地区不同等级制定预案，并且演练，当发生火灾时，可调取相应预案进行查看和应用。事中处置闭环流程包括告警推送、告警研判、现场处置、指挥调度，支持语音会商，系统高度集成指挥调度功能，指挥中心通过GIS地图，结合现场的实时视频，对消防车、消防员、护林员进行集中音频调度，实现对整个火场扑火力量的全面了解和统一调配。

火灾处理完成后，系统可对火灾基本信息、火灾态势信息、火灾扑救情况、火灾肇事者情况进行采集、记录和评估，评估森林火灾损失和生态环境资源损失，生成灾后评估报告，方便相关部门总结分析。

4)“林长制”管理。实行分层分级管理，系统支持划定“林长制”。联合应急局、自然资源局、城综局、消防等相关部门，对林区、公园绿地按网格划分责任田，并设置对应账号权限，分级管理，构建完整的森林防灭火智慧调度架构体系。如可支持对护林员进行考勤管理，支持自定义考勤规则，可基于位置进行考勤打卡和考勤信息统计查询，且护林员可通过APP接收巡查任务、反馈巡查结果[14-16]。

5)数据共享和多部门联动。系统支持开放接口，支持调用存量监控和物联网监测数据；数据支持各职能部门接入共享，制定相应组织架构进行权限分级分域管理。后期可进一步共享开放给其他行业，如农业、水利、耕地保护等。

4 结语

森林防火是森林资源保护的首要任务和生态文明建设的安全保障，事关人民群众生命财产安全，仍需不断借助信息化手段强化各地森林火灾防治能力，不断提升“早发现、早预报、早预防”的火险监测预警能力，稳步提升火情上报、态势分析等决策辅助能力，运用“智慧+”保护国家森林资源安全。