森林防火视频监控项目的建设将为贵局森林防火提供一个完善的解决方案,使林火预防、林火监控、火灾报警、防火指挥等一系列防火工作在一个高科技的系统平台上得以可靠实现,从而使森林防火技术和森林防火工作达到国际领先水平。
建设森林防火视频监控系统,实现了森林火险的实时监控,为森林防火预警响应机制的建立和科学、规范运行奠定了基础。建立森林防火预警监测系统和预警响应机制是一项十分紧迫和重要的工作,是森林防火工作向科学化、规范化、标准化、现代化迈进的基础,科学管理林区野外生产、生活用火,科学规范森林火灾的预防和扑救工作,促进“预防为主,积极消灭”方针的落实具有重要意义,从根本上实现森林火灾的“打早、打小、打了”。
“森林防火视频监控系统”利用先进的智能化监控设备对林区进行全天候的远程无线监控、监测,避免了原始人工瞭望观察火情的局限,实现了林区管理数字化、科学化,大大减少了林业部门的费用支出和管理成本,提高了林业部门的效应。
森林防火视频监控预警系统集成了火情监测预警、道路卡口、语音广播、手机客户端等子系统,包括智能监控、指挥扑救、应急预案、灾损评估、自然资源管理等功能模块,有效融合了GIS地理信息、视频图像分析、远程数据传输、无人机监测等技术,是一套综合性森林防火物联网解决方案。
系统通过部署在林区的前端智能监控设备对重点火险区域进行全天候24小时实时监控,可及时、准确地识别火情信息,实现自动报警。同时,系统还可根据火点周围的风速、风向、湿度、温度、植被、地形地貌等信息推演出火情发展趋势,结合林区水源地和扑火人员、装备信息,自动生成最佳扑火路径,给出扑火预案,为决策者提供科学的扑火指挥辅助参考信息。
森林防火视频监控预警系统主要应用于森林火灾高危区和高风险区、风景名胜区、自然保护区、森林公园、湿地公园和国家公园等重点区域的自然资源保护。
森林防火视频监控预警系统分为前端系统、传输系统和指挥控制中心三大部分。前端系统主要由前端监控设备、防雷接地系统、防盗系统、供电系统、监控塔组成;传输系统采用有线和无线相结合的传输方式;指挥控制中心系统主要由视频显示系统、视频监测系统、供备电系统、语音对讲系统等组成。
前端系统包括:前端监控设备、防雷接地系统、防盗系统、供电系统、监控塔。
前端监控设备是系统的核心设备,采用重型化高精度球形转台结构和集成化、模块化设计,内置可见光和红外热成像仪两种成像设备,可在白天、夜晚、大雾、高照度等天气条件下工作,实现对林区全天候24小时不间断监控。具备抗风、防尘、防沙、防雪、防冻、耐高低温、耐腐蚀、防雷电、防盗、防抖动、抗冲击等特点,完全适用于不同林区野外恶劣环境使用,在全天候24小时连续工作情况下,使用寿命长达十年以上。
野外视频侦测预警转台由高清数字透雾摄像机、长焦变倍镜头、森林防火专用监控转台、热成像仪等组成。采用先进远红外探测技术,应用红外测温原理,具有夜间成像和可见光成像两种工作模式,能实现红外与可见光两种成像的效果,可在浓烟、大雾、夜间或者恶劣天气条件下工作,可实现对林区的全天候24小时不间断监控。通过前端的专用数字监控转台控制长焦摄像机摄像机可水平0°~360°、垂直-90°~+90°,通过长焦变倍镜头摄取林区监控范围内的实时视频图像,并通过前端视频处理模块对监控图像数据进行编码、压缩,通过传输系统传到监控中心,显示到显示器上。
森林防火视频监控系统前端基站位于林区内,四周一般都有灌木林,森林防火智能监控要求的视野广、无障碍、监控角度大,尽量少设监控点,并尽可能使得每个监控点监控覆盖的森林面积最大等特点,需要采用铁塔提升到一定的高度来满足森林防火视频监控预警系统监控的要求,铁塔高度是由四周的灌木林高度和监视范围要求以及可见光技术的烟火识别系统的技术特点共同确定。理想的铁塔监控点高度应该是,高过四周的灌木林,摄像机水平位置能够监视到较大面积,摄像机俯仰角不易过大(±45°以内最好),因为过大的俯仰角容易导致智能烟火识别系统无法正常识别到正常的烟火。
本项目中,前端视频监控点的架设采用15米四角铁塔。
基站铁塔因结构形式不同,可分为自立塔、拉线塔(杆):基站铁塔因所建地点不同,有地面塔、屋顶塔之别,本项目设计为地面自立角钢塔。
铁塔高度:设计塔高15米(不包括避雷天线),摄像机水平位置能够监视到较大面积,摄像机俯仰角不易过大(±45°以内最好),因为过大的俯仰角容易导致智能烟火处理器无法正常识别到正常的烟火。
铁塔设计原则:满足智能监控基站设备的安装要求,便于操作维护:符合国家钢结构规范,保证结构安全,抗风、抗震、防锈、防雷、优化设计,合理选型,便于制作、安装,缩短施工周期,降低工程投资。
铁塔安全设计:铁塔的防雷设计应严格执行《基站铁塔与接地设计规范》,铁塔的防锈蚀采用热镀锌方式,施工现场不得打孔、焊接,以免破坏镀锌层,加强铁塔的防盗措施至关重要,螺栓或塔材的被资可能引发倒塔事故,铁塔的最下一段塔身应采用防盗螺栓:地脚螺栓应焊防盗钢帽或浇筑混凝土保护层。
铁塔防雷接地:基坑内侧底面,至少放置4根角钢,埋入深度2.5m,顶部离地0.5米,角钢之间用镀锌扁钢互相焊接,焊接长度≥100m,并使用两根扁钢引至地面与塔架焊接:接地体的冲击接地电阻不宜大于10欧。在必要时可以接防雷接地模块,铁塔顶部安装避雷针,使所有设备处于45°角内保护,用扁钢做为引下线。
供电系统能向林火视频监控设备及其他必要设备提供稳定可靠的电源保证。供电方式的选择需综合考虑技术特点、建设条件和经济合理性等因素。供电距离较近时宜采用交流市电直接供电;供电距离较远且用电负载较轻时宜采用太阳能供电方式。在高寒、高海拔或湿热、盐雾较重的地区,供备电设备及基础设施应采取相应的环控保护措施。
森林防火视频监测系统前端设备一般都位于野外,监测点设备的供电是非常重要的环节,是保障前端基站设备正常工作的重要前提的条件,大多数情况下,野外前端基站都没有市电接入,接入市电的接入点距离一般都较远,长距离的接入市电到前端基站不仅导致到达基站的电压非常低容易造成设备损坏,而且沿途施工会对环境造成破坏,费用也非常高,所以针对野外森林防火智能监控前端基站优先考虑采用太阳能发电系统。
根据本项目的实际情况,建设20套太阳能供电系统,4套中继太阳能供电系统。
目标:通过对具备利用太阳能条件的照明局域电网用电负荷的配置,有效的节省电力、提高用电效率,最大限度利用可再生能源(太阳能),以最经济的投资,显著降低用户的用电成本和提升家居安全应急用电等级。
原则:可靠性、先进性、实效性、环保性
工作原理
太阳能供电系统的工作原理是太阳电池组件将太阳的光能转化为电能,太阳能充放电控制作为中心控制设备,一方面将太阳电池组件转化的电能存储在蓄电池组里,一方面控制蓄电池组对负载供电。如果用电设备中有交流设备,通过逆变器将直流电逆变成交流电,即可向交流设备提供电源。为应对恶劣气象条件造成蓄电池电量不足的情况,系统可配置市电或自发电应急充电接口。为了提高供电系统的可靠性通过光端机将光伏系统的运行状态实时上传至监控中心,以便及时采取人工维护措施。它由以下几部分组成:太阳电池组件、太阳电池方阵支架、太阳能控制器、逆变器、蓄电池组等。
太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。
太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项;蓄电池:选用胶体电池可以更好的支持前端基站不完全充放电的要求,胶体电池能够在高温和低温环境下正常工作,非常适合野外恶劣的环境,胶体电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。
前端系统应安装防盗监控摄像系统,当有可疑物体接近时,系统能自动向进入者发出语音告警,并自动回传监控图像至指挥控制中心,发出声光报警。防盗系统建设应符合GB 50394规定。
由于前端监控设备安装于野外,易受雷击影响,防雷接地措施是保障前端基站设备全天候安全正常工作的重要前提。其设计可参照《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》GB 50689。
防雷和接地系统建设除符合GB 50343和GB 50057的规定外,还应符合下列规定:
1)接地阻值按照电子设备对工作接地电阻值的要求建设应不大于10Ω
2)防雷接地验收标准应符合QX/T 105规定
防雷包括两大方面:
1、前端监控点防雷
前端防雷分为微波系统防雷和电源防雷。微波系统防雷主要是在发射机和天线之间串接避雷器,以避免来自天线的雷击,起到保护微波发射机的目的。电源防雷主要是为了避免电源线引入的浪涌袭击。根据我们的经验,野外监控和微波系统对于雷击最为薄弱的环节还是系统的电源,因此作好电源防雷是相当重要的。
电源防雷的关键是作好接地,而森林防火监控的摄象机往往置于高山之上,接地很难作好,所以要根据具体地形,因地制宜。最为基本的做法是,在建设安装支架或铁塔时,同时作一个埋地的铁丝网结构,大约直径为10米左右,该铁丝网的形状类似蜘蛛网形式,埋地深度大约为2.5米左右,如果条件允许,可以进一步买一些木炭,提高导电率。
2、监控中心防雷
由于机房通信和供电电缆多从室外引入机房,易遭受雷电的侵袭,机房的建筑防雷设计尤其重要,而在通常的站区建筑设计中往往忽视这一点,机房的建筑防雷除应有效地保护建筑自身的安全之外,也应为设备的防雷及工作接地打下良好的基础,机电工程多采用联合接地方式,系统设备接地都是与建筑接地连接在一起的。建筑防雷设计施工完成后应提供准确的系统接地网或接地环带的位置和布设图,避免设备接地网与建筑接地网冲突。由于联合接地的特殊要求,机电工程中禁止直接使用建筑接地线和电源接地线作为系统设备的地线。因此,我们在楼下单独做接地极,作为机房的接地和防雷。在机房设专用配电盘,将机房内的插座、等统一调配,在墙的周边设电源插座。
网络传输方式的选择应按造价合理与传输高质可靠相统一的原则,宜优先使用光纤等有线传输方式,当采用有线传输的造价或施工难度明显高于无线传输方式时,宜选择无线传输方式;在大范围组网或长途传输时,应充分利用电信运营商现有网络资源,控制自建线路的建设规模。
联网技术要求应符合《森林防火视频监控图像联网技术规范》LY/T 2582-2016。
传输网路是实现森林防火视频监控系统前端基站视频图像及各种信号传输到后端监控中心的必要的组成部分,基于森林防火视频监控系统的传输网络主要有两种方式,第一种采用有线光缆进行传输,第二种方式采用无线网络进行传输,对于距离较近或者已有光缆的情况下采用有线光缆,在可以选择传输网络时,优先考虑采用无线网络传输系统,这是由于森林防火监控自身的特点所决定,森林防火监控基一般都建在山区中,不同监控基站的地理情况以及地势都比较复杂,面对复杂的地形,采用有线光缆不仅施工复杂,而且成本也非常高,沿途施工还会对植被造成破坏,是一种既破坏环境又不经济的一种方式,而采用无线网桥传输方式以施工简便,成本低,一次性投入等优势,成为森林防火监控系统传输链路的首选。图像实时传输、清晰,传输频率可选,传输距离可达30公里,在遇障碍物阻挡的情况下,可采用架设中继系统。
目前,无限制的无线网络主要有2种,一种是2.4G无线网络,一种是5.8G无线网络,由于使用2.4G无线网络设备非常多极易造成干扰,而5.8G无线网络使用的设备较少,而且抗干扰能力强,所以我们优先考虑采用5.8G无线网络。
本项目中传输部分采用无线和有线相结合的传输方式,无线传输主要设备是无线网桥,有线传输部分租赁中国移动/电信/联通的光缆。
本项目数据无线传输部分采用无线网桥,优先考虑采用5.8G无线网络。5.8G数字网桥具有较强的抗干扰性能,图像完全实时而且清晰稳定,传输距离根据实际情况可以传输至30公里。通过网桥发射系统实现远距离传输实时高清晰度视频图像,图像载频高,抗干扰性强,传输距离远,符合广电标准的视频语音传输标准,传输到监控中心的视频图像一路直接接至显示系统,能够为用户提供高质量的图像效果。
5.8G无线网络主要包括:5.8G无线网桥、增益天线、馈线、POE供电模块、同轴避雷器或防浪涌保护器等构成。
无线网桥有27M、54M、108M、150M、300M可选。本项目中采用300M无线网桥。
增益天线:选择增益天线是根据传输距离而定,一般情况下,在可视距离3公里内建议采用内置天线即可满足要求,本项目中采用0.6米和0.9米双极化定向天线。
前端监测点将采集的音视频信号经无线微波传输到相邻最近的监测点上,同时将两个或多个监测点的实时高清晰度视频图像通过中继站(信号中转系统)传输至自会中心。采用这样的链路传输,不但可以保证音视频的质量,同时也降低了建设成本。
根据本项目的实际情况,需要建设4套中继传输系统。
根据项目需要,建设XX处视频监控中心。指挥中心主要功能为获取信息、动态监测和预案处理。
获取信息:利用部署在林区的前端监控点,实时获取监控范围内的视频流信息气象信息、地理信息等,实现全天候不间断信息采集。
动态监测:指挥控制中心可对前端设备下发相应操作指令,前端监控设备自动巡航,在传输系统支持下,将采集信息实时、同步传送到指挥控制中心,实时监测林区动态。
预案处理:指挥控制中心配备林火识别软件智能识别火情,发现疑似火情,系统自动语音报警,同时调取转台方位角数据、GIS地理信息数据,标注火点的经纬度信息,并结合林区水源地和扑火人员、装备信息,自动生成最佳扑火路径,给出扑火预案。
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