林区边境用边防人员防越界装置实践方案研究

曹 阳 于 凯 尹相振 丛 林 胡 倩

（东方红林业局有限公司，黑龙江鸡西 158100）

0 引言

边防是国家之间沟通的门户，也是保卫祖国安全的第一道防线。东方红林业局有限公司乌苏里江中俄边境地理环境与自然环境复杂，普遍监控所使用的手段，大多依然是利用人工巡检、望远镜等传统方法，传统边境监控手段已经较为落后，不能满足东方红林业局有限公司对无电无网复杂环境下无人值守视频边防监控保卫工作的实际需求。

1 林区边境用边防人员防越界分析

东方红林业局有限公司乌苏里江中俄边境地理环境与自然环境复杂，普遍监控所使用的手段，大多依然是利用人工巡检、望远镜等传统方法，极有可能导致边防工作疏忽，使不法分子偷入国境，影响公民及国家安全。并且该地区位于中国东北地区，森林资源丰富，但冬季气候寒冷，人工巡逻较为困难，随着科学技术的不断进步，传统边境监控手段已经远远落后于现实情况的发展，不能满足东方红林业局有限公司对无电无网复杂环境下无人值守视频边防监控保卫工作的实际需求[1]。

2 林区边境用边防人员防越界装置的功能

2.1 实时控制与远程交互

防越界装置需要具备简洁、直观、友好的人机交互界面，并且能够远程控制前端监控设备实现360°全方位转动，同时需要具有不规则预警区域以及报警区域设置、预置点设置、前端抗干扰功能设置、参数设置、自定义信息字幕叠加以及移动全景拼接设置等功能。前端监控站能够支持同一时间同一监控点多用户查看功能，支持以权限为优先级对监控站进行实时控制。各监控站能够与监控中心随时建立联动，并且能够全天候受控于监控中心，监控中心能够通过地面无线传输系统和视频系统，实现数据与视频信号的随时接驳。前端监控站采用数字化嵌入式视频服务技术，实现指定通道、指定设备随时监控。

2.2 自动响应与模式识别

基于本系统使用的地理位置，前端监控站需要具备克服夜间以及严寒气候环境的能力，具备星光级监控功能，具备模式识别能力。首先，对模式库进行定义，能够根据智能识别算法，区分出人群、动物、地貌，对地貌以及动物等不做反应，对越界人群放出广播警示。其次，系统还应该具备单人、人群、人物识别算法，可以根据系统预设的时间段，统计监控区内越界人员信息，并根据不同人员入侵信息启动相应级别的反应机制，前端监控设备需要随着人员走向改变监控角度的跟踪功能。另外，系统还应该具备突发信息传输、触发式录像、压缩等功能，支持无电无网状态下，信息实时传输的功能。

2.3 信息存储与检索播放

前端监控站能够实现报警触发、手动、定时等多种手段，启动前端监控设备录像与相关视频信息的存储功能。另外，将视频信息存储在监控中心与前端监控站的硬盘中，存储时长最少为两个月。对长期保存的视频信息，利用专门的存储设备进行储存备份，而对于因为断电、断网等原因导致的无法及时获取的视频信息，在能源恢复后，可以更换前端监控站临时存储设备或者人工下载更新。在相关视频信息上传至平台数据库时，需要附带如时间、地点、设备以及报警信息的相关检索信息，并且支持视频信息跨平台下载，能够实现视频信息的正常播放、逐帧进退、下载储存等功能，支持多用户同一时间点播同一视频信息[2]。

2.4 授权认证与权限管理

监控中心和前端监控站需要具备认证服务器与用户管理功能，具备接入系统用户的认证以及授权功能，具备用户权限管理功能。用户操作设备的权限、数据访问的权限、程序使用的权限都由用户权限管理模块定义，设定权限优先级，保证高级别优先使用。监控中心具备查看辖区范围内视频信息的权利，如需查看其他辖区的视频信息，需进行权限申请。另外，前端监控站需要根据实际情况，保证多用户控制，高级别优先对前端监控站进行独占性控制。

2.5 设备管理与环境监测

监控中心能够实现设备实时管理与检测，通过液晶显示器能够直观看到系统的整体情况，并且针对系统出现的故障、报警等异常状态给出提示，对辖区范围内的监控中心以及前端监控站附近的环境进行监测，包括但不限于车辆、船只、结冰、火情等情况，实现设备参数以及运行情况的远程查看、下载、上传配置信息等，实现设备的远程养护。对辖区范围内的太阳能储能供电设备、监测网内电源、光伏储能供电等相关能源系统进行检测，确保其运行状态正常[3]。

3 林区边境用边防人员防越界装置的实践应用方案

3.1 方案内容

为了实现对黑龙江省东方红林业局有限公司乌苏里江中俄边境三处越界风险点进行有效监控，防止人员越界，特在该3处越界风险点建设无人值守瞭望监控塔，搭建固定三光目红外云台摄像机，研究针对入侵范围远距离人员、车辆、船只等不同热点探测技术，结合三光目对目标位置进行精准定位，研究避除环境滋扰因素，将相关精准数据传输至后台各应用系统进行整合联动，如图1所示。无人值守监控塔的建设过程可以概括为以下几点。

图1 传输方案

（1）对林区边境越界风险区域进行隔离规划，并对无人值守监控塔点位进行测量，根据实际户外环境对选用设备类型进行测量。

（2）针对越界人员、车辆、船只入侵、区域入侵、进入/离开区域测试等行为进行越界分析测试。

（3）针对可见光、热成像、激光补光进行各类型报警距离、监测视角、识别灵敏度等进行测试。

（4）入侵识别算法模块研究与训练。

（5）预警中心、存储中心、处置能力建设。

3.2 整体设计

在林区现有应急指挥系统的基础上，增加边境巡防入侵监测视频联动，将各类入侵监测视频数据与应急指挥系统进行整合联动，辅助提升林区整体指挥调度管控能力，通过联动技术使监控视频系统自动跟踪，及时对监测范围内的情况进行决策指挥[4]。通过高分辨率三光目红外重载云台进行数据采集。经由高精度重载数字云台、太阳能独立供电设备、远程无线网络传输设备整合而成，由多个前端设备监控视频数据和指控中心联网，可与应急指挥平台联动的远程边防监控视频系统实现联动。

3.3 监控探头设计

林区用防越界装置监控探头应该考虑到作用距离、图像质量、视场范围、使用寿命以及环境适应性等[5]。本方案选用由武汉高德生产的三光目重载云台摄像机，边境监控用光电探测器的设计主要考虑作用距离、视场范围、图像质量、器件寿命、成本以及野外环境适应性等因素。该摄像监控探头采用可见光、热成像、激光补光三光目设计，能够实现24小时清晰摄像。可见光采用1/1.8" CMOS图像传感器，总像素400W，可见光焦距15～775mm，光学变焦52倍，能够使监控画面更加清晰；红外热成像采用焦平面探测器，探测器分辨率640×512，镜头焦距30～150mm，光学变焦5倍，可实现夜间红外探测，弥补传统监控中夜间监控缺点，支持激光补光，补光距离3mM。另外，为了保证监控画面的清晰与稳定，该监控探头还具备可见光支持电子防抖、透雾、除热浪功能，降低设备周边环境对监控画质的影响，具有较强的抗干扰性。同时，具备雨刷功能，可支持手动、自动操作，解决雨水以及林区范围内空气湿度导致摄像探头模糊的问题，减少人工养护的成本。

3.4 能源设计

根据无人值守瞭望监控塔的负载情况，并且考虑到三处越界风险点内日照时间以及风力资源等情况，本方案主要采用太阳能供电系统。采用8块YDM-330Wp规格太阳能电池板，其工作电压可达到36V；1台ML4860ML4860太阳能控制器，该控制器具有电源反接、负载短路、过流、浪涌、高温、防逆流等电气保护功能，并且自带LCD屏显示功能，可以查看设备运行数据和状态，同时可支持控制器参数的远程设置，具有防雷、防静电、防电磁干扰等功能；选用8只6-CNJ-150太阳能蓄电池，其在-30～40℃环境下免维护连续工作3年后蓄电池容量衰减不超过20%[6]。

3.5 方案分析

方案落实后，通过实际测试，其监控方位能够对全边境线进行无缝监控，3个监控点监控范围实现无缝对接，并且能够清新辨别越界人员。无人值守瞭望监控塔能够克服恶劣天气，实现24小时清晰监控，实现监控塔多方协调操作。同时，该方案具备报警系统，能够有效保证无人瞭望监控塔的安全性。设备具备掉电重启功能，能够确保信息传输的稳定性[7]。另外，设备具备一定的可拓展性与易维护性，能够为后期新技术的应用与系统升级更新提供便利。

4 结语

对于边境林区来说，防越界问题一直是林区管理工作中的重点问题，一旦出现人员越界情况，将会给林区带来一定的经济损失，甚至威胁到国家安全。本文针对乌苏里江中俄边境3处越界风险点的无人值守瞭望塔建设方案进行探讨，以保证边防越界问题能够得到有效控制。