森林防火方案--网桥.docx

森林防火系统解决方案第 一 章 背景及需求1.1 应用背景森林火灾是世界八大自然灾害之一，突发性强、破坏性大、危险性高、处置极其困难，严重危及人民生命财产和森林资源安全，甚至引发生态灾难。我国总体上是一个缺林少绿、生态脆弱的国家，是一个受季风影响、森林火灾多发的国家。党的十八大把生态文明纳入中国特色社会主义事业五位一体总体布局，明确提出大力推进生态文明建设，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。森林是陆地生态系统的主体和重要资源，是人类生存发展的重要生态保障。森林防火是建设生态文明的基础保障，是森林资源保护的首要任务，是国家应急管理的重要内容，事关国土生态安全，事关人民生命财产和森林资源安全，事关“山水林田湖生命共同体”建设。未来十年，是全面建设生态文明的关键时期，是森林防火工作乘势而上大有作为的重要战略机遇期。1.2 业务现状森林防火长期以来基本上采取较落后的传统防火指挥手段，一直未建立科学先进、规范的森林防火指挥中心，与日益繁重的防火任务和火灾日趋增多的形势不相适应，常常因为防扑火手段落后而处于被动应付的局面，加大了火灾的损失。为了适应市场经济条件下森林防火扑火工作的需要，急需建立一个高科技含量的省级森林防火指挥中心，采用新的现代化的林火管理技术，提高组织指挥决策水平，走高科技防火之路，确保发生火情后，能迅速报警，科学调度指挥，最快扑灭，最大限度地减少林火损失。随着全国造林事业的不断发展，林地面积、林木蓄积量逐年增加。林业工作的重点已转向森林管护。特别是森林防火已成为林业工作的首要任务和重中之重。森林防火工作面临着许多新情况、新问题。一是林内可燃物多，冬春季节风大物燥，极易引发大的森林火灾。二是森林旅游已成为人们回归自然的一种时尚，野外生产生活用火频繁，火灾隐患增多，管理难度大。三是一些地方农村基层矛盾突出，引发的森林火灾案件增多，故意纵火案时有发生。一旦火灾发生并迅速蔓延将造成巨大的经济损失，对植被及生态环境的破坏更无法估量。为了免遭损失，必须进一步加大森林管护的基础设施和队伍建设的力度，用科学的手段来强化防火工作。我们计划分别对林区重点区域进行图像监控系统建设及林场护林防火图像监控系统，然后根据情况再由点到面，在其它地点建立监控点，进行系统扩容。在整个林区建立一套完善的森林防火体系。1.3 需求分析我国在森林保护方面目前最重要的任务就是森林防火工作。近年来，我国层层落实防火责任，加强防火宣传、火源管理、值班和报告制度，加快队伍建设，加大案件查处力度，使全民防火意识普遍得到提高，防火组织体系逐步趋于完善，基础设施建设得到加强，森林火灾预防和补救综合能力得到提高。但总体而言，我国森林防火工作仍处于较低水平，火灾发生频率仍保持一定状态。森林火灾发生原因主要有以下几种情况。1）林内可燃物：森林类型大多数属于可燃物载量大的次生林，且林相残缺不全，植被主要以松树类，芒草等为主。可以说，发生森林火灾的物质基础条件完全具备。特别是近年来，随着全国生态公益林建设工程的实施和封山育林力度的逐步加大，林木郁闭度逐渐增加，森林植被迅速增厚，林内可燃物迅速增加。2）气候条件：随着全球性气候的改变，极端恶劣的天气逐渐增多，造成森林资源大面积受灾，部分林地林木损失惨重，林内可燃物迅速增厚，使森林火险等级居高不下。3）野外火源：从区域分布上看，火源比较集中在城镇周围、公路沿线、田边等地段。从时间上可分季节性用火和常年性用火。季节性火源主要是生产用火、野炊、上坟烧纸、烧香、放鞭炮、点蜡烛等，这类火源相对集中在春秋防火期内；常年性火源主要指常年在林区用火的火源，如依山而居的山区群众的生活用火、风景旅游区的餐饮业用火、林区机动车辆携带的火种、电线老化等。1.4 总体目标为全面贯彻落实2009年国务院批复实施全国森林防火中长期发展规划（2017-2025年），通过加大防火投入，加强了森林火灾预防、扑救和保障三大体系建设，改善了重点林区森林防火装备和基础设施建设水平，提高了森林火灾综合防控能力，通过本项目的建设，建立覆盖森林防火智能管控系统，运用现代科技手段建设森林防火视频监控、智能预警、辅助决策及应急指挥系统，实现防火工作的科学化、标准化、信息化和专业化，从而有效提高综合防控能力。综合运用“3S”（GIS-地理信息系统、RS-卫星遥感、GPS-全球定位系统）、计算机网络和现代通讯等高新技术和手段，实现集声音、图像、报警、定位信息的全天候、全方位、网络化的远程高清晰度的实时管控系统。同时，森林防火智能管控预警系统建成后，将有效减轻山林区工作人员的工作强度，进一步提高护林工作效率，推动森林管护工作由单一依靠人防向人防和技防结合、以技防为主的改革，进一步提高森林管护成效、保证天然林资源安全。第 二 章 系统总体思路2.1 设计思想1）本系统要实现森林火灾的及时预警，提高扑火指挥的科学技术水平，达到火灾快速定位、快速汇报和管理方便、准确、直观的要求。系统的建立和使用将使得森林防火预警工作从传统的经验型的定性管理转化为自动化、标准化、规范化的定量管理，实现森林火灾的快速识别定位，极大地提高森林防火预警管理的科学性和准确性，辅助制定合理的扑火预案，提高扑火效率。2）本系统要实现林区治安的实时监控和智能管理，提前防范治安事件，高效准确处理治安事件。3）本系统要实现林区野生动物的智能监测，基于移动巡查、视频监控等手段采集的相关数据，便于整理摸清林区野生动物的种类、数量、分布情况。2.2 设计原则充分考虑系统的先进性，力求选用性能先进的设备；充分考虑系统的可靠性，以适应恶劣的环境和气候条件；充分考虑系统的兼容性和通用性，考虑网络的设备连接；充分考虑系统的开放性，采用模块化设计，使系统各部分有机融合，又相对独立，为日后升级和更新留有余地；注意系统所用设备的性能价格比，选用经济、实用设备。如今系统设计崇尚模块化的集成系统设计思想，要求各子系统功能的最大化，而且要求多个子系统集成后具备单个子系统所不具备的高度集成化增值功能。本着这一思想，我们根据各系统间不同功能及集成关联程度，将系统各个模块进行整合，各个功能模块协同发挥作用，并基于统一平台上进行管理和操作。为了更好的实现以上设计思想，本着架构合理、安全可靠、产品主流、低成本、低维护量作为出发点，并依次为客户提供先进、安全、可靠、高效的解决方案。1） 架构合理：采用先进的技术，合理构架系统，使整个系统安全平稳的运行，并具备未来良好的扩展条件。2） 稳定性：这是我们最关心的问题，只有稳定运行的系统，才能确保整个监控系统平稳运行，系统的技术先进性是系统高性能的保证和基础，同时可有效的减少使用人员和系统维护人员的麻烦。3） 安全性：对系统操作人员进行权限管理，确保防止无关人员对系统的访问，确保系统的安全性。4） 扩展性：系统在设计时充分考虑到以后系统扩容的要求，在传输和控制设备端都留有一定的扩展容量，可随时增加摄像机等前端监控设备。5） 产品主流：系统是否采用当今主流产品，关系到系统的整体质量和未来能否得到良好的技术支持以及完整的技术文档资料。在设备选型时，我们将主要依据用户提出的具体要求，同时考虑产品厂家的技术先进性，产品是否为主流产品，原厂商的产品技术资料的完整性，原厂商的技术支持力量和产品制造公司的发展前景。所有这些是保证用户得到良好技术支持的条件，也是保障用户投资的基本条件。6） 低成本维护量：力争有良好的性能价格比，所采用的产品应是简单、易操作、易维护、高可靠度的。7） 规范性：由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应充分考虑各方面的标准与规范，严格遵循各项技术规定做好系统的标准化设计与施工。2.3 设计依据1）国务院办公厅关于加强森林资源保护管理工作的通知（国办发199464号）；2）国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知（国办发200433号）；3）国家林业局省级森林防火指挥中心建设规范；4）森林防火条例；5）国家林业局颁发的森林重点防火区综合治理工程项目建设标准；6）国家林业局颁发的其它相关规程和技术标准； 7）国家建设部颁发的建筑安装工程预（决）算定额8）其它国家和行业颁布的相关规程和技术标准； 9） 森林防火视频监控系统技术规范201610）IEEE802.11无线局域网标准11） GB 9771-88通信单模光纤系列12） GB 50052-95供配电系统设计规范13） GB50198-1994民用闭路监视电视系统工程技术规范14） GB 50057-94建筑物防雷设计规范15） GB5025-2001钢结构工程施工质量验收规范16） YD/T 501-91微波无人值守电源技术要求17） YD2011-93微波站防雷与接地设计规范18） YD/T 754-95通信机房静电防护通则19） DL-T 646-1998输电线路钢管杆制作技术条件2.4 设计思路围绕火情的早期预警预报及应急指挥管理，融合先进的视频监控报警手段，配合视频分析、气象采集、智能管控、GIS地图以及决策指挥等模块，所构建的智能化防火体系。系统以基础空间数据库、林业专题数据库和防护数据库为支撑，通过开发“森林防火视频监控预警决策系统”实现三维场景下的“灾前、灾中、灾后”全过程、全方位、一体化动态管控和预警决策支撑平台，为森林火险监测、预警、预报、扑救、灾后评怙等决策提供控术支撑和科学依据，为各级领导决策指挥、日常管理提供有力保障。前端设备采用目前国际先进的远距离透雾摄像系统配合远红外热成像系统实现远距离昼夜监控，系统成像技术性能稳定，不受天气环境因素影响。采用物体温度差值分析探测、燃烧临界温度值自动预警模式，应用具有独立运算功能的内置DSP计算系统，红外温度自动感应测温模块，利用物体自身发出的温度与环境温度的差值进行自动分析计算、自动报警，；不仅对燃烧的明火具有精准的判断，同时对冒烟状态的暗火、高温状态的自燃物同样可以检测、识别、预警；预警识别率高达98%以上；对林区进行全天候的远程监控、监测。结合移动单兵设备，实现工人了望观巡更。实现林区管理数字化、科学化，减少了林业部门的费用支出和管理成本，大大增加林区安全。第 三 章 系统总体设计3.1 总体架构森林防火应急指挥系统意在建立一套科学、有效的高科技智能管控系统，利用热成像智能识别前端视频、综合分析平台等科学技术，依托林区移动巡查、视频监控、无人机等手段，以实现对林区的保护和可持续发展。3.1.1 系统拓扑图1. 系统拓扑图3.1.2 系统组成整个系统由前端系统、传输系统、指挥中心系统三大部分组成。前端系统根据森林的实际情况分别部署双光谱重型云台红外热成像一体化摄像机、高清网络摄像机、手持移动终端、扩音系统、供电系统和无线传输系统。后端部署中心林火预警监控平台、GIS应急指挥平台、大屏、中心存储等设备。3.2 系统功能系统通过前端双光谱重型云台红外热成像摄像机对基站附近数公里范围林区进行视频监控图像采集，实现方位角360全方位监控，通过热成像重型云台的测距功能方位角和俯仰角以及长焦镜头焦距实现火点的精确自动定位、火点的智能识别，一旦发现疑情，后端监控（指挥）中心将会马上发出报警信号并定位着火点位在GIS地图上显示，同时可对火场进行火情分析、火势蔓延分析、应急调度指挥、灾损评估等功能。由于森林火灾具有人为性、多样性的特点，海康无人机系统利用自身的快速部署、操纵方便、功能多样化等优势。可在林区上空快速防火检测和实时巡查，在人、车无法到达的地区进行林火侦测，并能克服复杂的天气和复杂的起降场地等困难，不存在人员安全的问题，并且覆盖面积广、工作效率高、便于执行夜航任务，能随时执行林火侦察和火场探测任务。对重点区域进行防范，及时扑灭明火，消灭暗火。3.3 系统特色3.3.1 火情自动报警设备利用红外热成像设备实施探测目标环境的温度，通过嵌入式DSP温度分析火点探测自动报警模块，自动探测环境热源，自动报警装置跟随云台扫描过程中检测视场内着火点。当检测出有超出设定的热点阈值时发出报警信号，同时调用云台进入火点定位扫描模式对可疑火点进行重新判断，确认为着火点后立即发出报警信号，同时可以驱动内部开关量信号驱动周边其它设备。独特的森林火灾热成像分析算法，最远能监测5公里处2米*2米木质火源，能去除车辆等转瞬即逝的热源和日间太阳照在山体没有植披的石层和土层导致的高温干扰。DSP集成的可见光烟火识别功能，可辅助红外分析软件观测山背/山沟火情，即对回传的实时视频应用数字图像处理技术进行分析，识别烟火最小烟目标1010像素， 保证系统的高火情识别率，低误报率；可实现火源的早期发现、蔓延变化，同时借助数字云台和GIS地理信息系统实现着火点的准确定位，为森林火灾的扑救决策指挥，做到森林防火扑救的“打早、打小、打了”工作提供了重要的参考依据。10Km可见光图像 10Km热成像&自动报警图像图2. 热成像与可见光图像展示3.3.2 火险自动预警森林火险气象预报监测站是为了应对森林火灾易发生而进行预警测报的一套高精度数字气象站。防火气象站通过显示、记录和气象数据传输等方面进行火险预报。森林防火气象站配有一整套高性能的传感器来监视风速风向、降水、空气温度及相对湿度。还可测量土壤体积含水量、土壤温度、太阳辐射以及其它很多与森林防火相关的气象参数。根据气象台提供的气象信息，结合GIS地理信息系统中的森林资源地理信息，利用防火预测模型，评估各地的森林防火等级，计算出火险等级最高的地区，并予关注。 指挥中心通过接入森林火险预报检测数据实现应急指挥处理。对不同等级的防火预警执行不同的防火指挥应急处理。3.3.3 火情指挥处理指挥中心通过红外热成像仪接收到火情报警，可在指挥中心第一时间通过预案显示当前火情片区工作人员联系方式，地图显示附近水资源，扑火队、瞭望塔、避险区等信息，根据火场情况、气象信息、火点周围人力资源分布情况调度人员队伍。向火场派出人员的指挥调度，并在指挥系统的电子地图上详细记录。并记录所乘森防工具。3.3.4 火点自动定位监控系统发现火点或热点自动报警后，利用回传的数字云台俯仰角、方位角及站点的地理位置信息（经纬度），计算出火点的具体位置。当前端红外热成像摄像机发现火点时，在GIS系统中，标记出火点的相应位置，并用闪烁的方式给予提示。3.3.5 无人机火点侦测无人机系统根据航路规划或地面指令，控制无人机按照预设的航路飞行，同时搭载红外热成像摄像机，利用红外热成像设备实施探测林区目标环境的温度，通过嵌入式DSP温度分析火点探测自动报警模块，自动探测环境热源，自动报警装置跟随云台扫描过程中检测视场内着火点。当检测出有超出设定的热点阈值时发出报警信号，同时调用云台进入火电定位扫描模式对可疑火点进行重新判断，确认为着火点后立即发出报警信号。3.3.6 防盗窃防破坏考虑系统能长期稳定运行，在红外热成像仪周围部署防破坏报警系统，如有警情发生，可在指挥中心以声音告警、弹出画面等形式通知监控人员注意。同时在沿线部署200万高清日夜监控球机，通过录像、抓拍等形式实现防盗功能。3.3.7 报警信息统计系统支持报警统计功能，提供对平台报警数据的统计分析，分析的结果通过图表方式展示。支持报警统计报表时间粒度：年、月、周、日，统计对象：按报警事件、报警级别。系统支持报警信息统一展示，提供专用报警中心，集成展示实时报警、历史报警数据，包括报警相关的视频、录像、图片信息。3.3.8 视频联动控制当前端Smart IPC探测到入侵目标时，自动报警并控制进行联动车牌或人脸识别，也可通过值班人员手动打开和调节控制相应区域布防的视频摄像头，完成对入侵目标的识别、判断和跟踪。前端监控设备送回图像、方位、俯仰、热点判断信息，协同处理系统在GIS三维地图上定位，自动增加一个热点。针对林火监测监控特别开发了和视频联动定位软件，实现沙盘画面和监控画面同步，发现热点准确获取坐标，通过沙盘反控摄像机镜头等功能。3.3.9 视频质量诊断视频质量诊断系统能够对前端设备的图像质量进行智能分析，并对视频图像的清晰度（图像模糊）、噪声干扰（雪花点、条纹、滚屏）、亮度异常（过量、过暗）、偏色、画面冻结、视频丢失、云台失控等常见摄像机故障进行检测。3.3.10 设备防雷击系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外，对云台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施，云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。3.3.11 前端防结雾一些时节容易发生多云多雾现象，特别是秋冬时节有恰好属于防火期，属于森林火险高发时期。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。针对上述现象，我们对前端设备采用密封加隔离的防护措施，防护等级可达到IP67，内部集成加热模块和风扇，防护罩内部设备不会发生结雾和凝水现象。3.3.12 透雾监控功能林区可能存在多雾天气，结合安防监控领域的视频图像透雾的特殊要求，开发了一种实时视频透雾技术。该技术基于大气光学原理，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，获得准确、自然的透雾图像。3.3.13 报警阈值梯度设置针对森林防火应用过程中，红外图像的热值会随着传输距离的加大而衰减，为了满足在05Km监控范围内对可疑的火点都进行准确探测，我们在云台内部设置个8个梯度功能，这样火点探测服务器在监控过程中会根据云台的当前梯度，设置适宜的报警热点阀值，而且每个梯度之间的角度可以自定义，这样就做到可以针对任何地理环境，都可以确保了火点自动报警的准确性。详见下图所示：图3. 报警阈值梯度示意图第 四 章 前端系统设计前端监测系统采用双光谱重型云台红外热成像摄像机对基站附近数公里范围林区进行视频监控图像采集，实现方位角360，俯仰角-45到+45全方位监控，通过重型数字云台的测距功能方位角和俯仰角以及长焦镜头焦距实现火点的精确自动定位，实现火点的智能识别，一旦发现疑情，后端监控（指挥）中心将会马上发出报警信号并定位着火点位在GIS地图上显示，前端采用5.8G无线数字微波系统将基站的监控视频图像和各种控制及环境量信号传回监控（指挥）中心；由于基站所处位置在野外，需要考虑防水、防腐、保温等措施，所以对摄像机和相关设备采用全天候防护罩进行保护，对其它控制设备采用基站控制箱进行保护。由于基站所处位置离监控（指挥）中心较远，并且附近无电源可取，所以需要采用太阳能发电系统或者太阳能和风光互补的发电系统为基站设备提供电力保障，同时由于基站所处位置为野外林区，需要考虑基站设备自身的防盗和基站设备的防雷接地安全措施。为了获得更好更广泛的监控视野范围，需要在基站所在位置修建铁塔，所需高度根据监控视野范围和四周植被的实际情况决定。4.1 视频采集系统视频采集系统主要由双光谱重型云台摄像机组成。 海康双光谱重型云台摄像机主要特性 专业的高低温和三防设计，IP67防护等级，具有强大的抗恶劣气候能力 先进的电磁兼容设计，防雷、防浪涌、防突波 热成像、可见光双光谱视频采集，支持双光谱变倍、自动聚焦快速稳定 支持双光谱视频智能联动控制 支持远距离测温，智能火点检测、定位和报警 支持对远距离运动目标的智能行为分析、定位和报警 支持远距离激光测距，范围达到6公里 可见光和热成像双光谱，单一IP双通道视频输出 支持标准的API开发接口，支持海康SDK、ONVIF、CGI、PSIA接入 支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别 支持丰富的菜单及操作提示功能，用户界面友好 支持本机备份功能，确保数据断电不丢失 支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态 支持定时任务功能，多种定时任务模式可选4.2 环境监测系统环境监测系统主要包括温湿度传感器、风速传感器，通过动力环境主机直接接入系统。4.2.1 动力环境主机4.2.1.1 技术介绍动环监控报警主机是接入各种传感器和报警的核心设备，实现环境信息、报警信息实时处理、传输等功能。它的出现解决了前端多系统集成的问题，它可以通过4-20mA模拟量接口、开关量接口、RS-485串口与各子系统连接，对各种数据进行汇集，处理成数字信号，并可以提供向上的接口供平台访问、管理。4.2.1.2 主要功能1） 采集林区基站铁塔上的环境量信息，包括温湿度传感器和风速传感器，经网络上传中心，平台能够配置相关联动预案。2） 采集林区基站上安装的求救信号触发器和红外双鉴探测器信号，可实现报警信号联动监控（指挥）中心弹出画面。4.2.2 温湿度传感器4.2.2.1 技术介绍温湿度传感器，采用传感、变送一体化设计，采集温湿度数据，进行数据校正转换，转换成4-20mA电流环信号上传。4.2.2.2 主要功能基站铁塔所处位置的温湿度、风速传感器通过4-20mA或RS485接口连接至动环监控报警主机，温湿度、风速风向信息能实时上传平台，监控（指挥）中心能随时查阅设基站铁塔所在位置的环境温湿度，并做出相应的处理。4.2.2.3 详细参数表1 技术指标技术参数温度测量范围-2585温度测量精度温度0.5（-1060）湿度范围范围5RH95RH(非凝结)湿度范围精度湿度3RH（20RH90RH，25）响应时间15s数据传输距离800m输出信号420mA4.2.3 风速传感器当基站现场持续风速超过铁塔设计承受能力时，可能会造成安全隐患，所以需对风速进行实时检测，当风速超过警戒线时，能够立即启动紧急预案。4.2.3.1 技术介绍风速传感器顾名思义是测量空气流速的仪器，仪器内的转速传感器能把风速转换成4-20mA电流环信号上传。风速传感器在所有领域都能灵活运用，广泛应用于森林防火、能源等行业。风速传感器种类很多，最常用的为风杯式，它由3个互成120固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。4.2.3.2 主要功能基站铁塔上的风速传感器通过4-20mA接口连接至环境数据处理单元，能把现场风速实时上传平台，监控（指挥）中心能随时查阅设备运行场地的风速，并做出相应的处理。4.3 供电系统前端监控基站所处位置在野外，除基站附近有市电的情况下采用市电，远距离一般不建议采用市电，因为过长的电源线路导致到达基站时电压较低，容易造成设备损害，而且成本高，我们建议在日照比较丰富的地方采用太阳能发电系统，在风能比较丰富的地方采用风能和太阳能互补的发电系统，前端基站的设备实际功率为100W，最高峰值功率150W，根据实际情况建议配置600W-1000W的发电系统即可满足前端基站所有设备的供电要求。4.3.1 风光互补发电系统组成1) 太阳能发电系统是由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器（有220V设备采用）、电池保温箱构成2) 风光互补发电系统是由太阳能电池板、风力发电机、蓄电池、控制器、逆变器（有220V设备采用）、电池保温箱构成根据实际情况，本系统可采用如下配置： 太阳能电池板：400W单晶/多晶硅太阳能电池板 风力发电机：600W风力发电机 蓄电池：12V/200ah胶体电池 控制器：12V/24V 30A太阳能智能控制器 逆变器：12V/2000W逆变器（纯正弦波）4.3.2 风光互补发电系统部件介绍4.3.2.1 太阳能电池板(组件)太阳能电池板是太阳能供电子系统中的核心部分，也是太阳能供电子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。太阳能组件经常是有相同的外型，但是发电功率不一样，我们选择单位面积发电量较大的太阳能电池板作为供电系统的光电转换器件。太阳电池组件为平板式太阳电池组件，组件背面结构及安装孔位如下图。图4. 太阳电池组件背面结构及安装孔位L组件长度，W组件宽度，H组件厚度，B安装孔横向间距A安装孔纵向间距， N安装孔大小， G接线盒安装位置4.3.2.2 风力发电机小型风力发电机是将分能转换为电能，并且将发出的电能首先经过蓄电池贮存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。 4.3.2.3 太阳能控制器(充放电控制器)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。控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点Pm附近, 以获得最高效率。对于太阳能控制器来说，性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电。另外，由于系统中太阳能供电子系统的输入能量极不稳定，太阳能供电子系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制复杂些。4.3.2.4 逆变器简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。逆变器按照输出波形主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器。正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，将逐渐退出市场。4.3.2.5 支架、底座设计在太阳能供电子系统中，结构上需要非常重视的问题是系统的抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池板支架的抗风设计，二为电池板架杆的抗风设计。设计中关键要考虑的是电池板支架与架杆的连接。在本套供电系统的设计中电池板支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆连接。采用底座安装蓄电池组等设备的方式可以有效降低系统重心，增强系统的抗风性能。考虑暴雨、强日照高温等恶劣气候条件，综合考虑空间、设备布放、重心、散热等问题，我们采用了推拉卡槽式遮片设计解决了系统的防雨、散热、保温等问题，保证了太阳能供电子系统的全天候安全可靠运行。4.3.2.6 蓄电池(组)太阳能供电子系统发电的特点是白天发电，而前端设备用电特性是全天候的，因此储能元件蓄电池必不可少，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。在供电子系统中，储能设备蓄电池要有抵抗长期欠充电使用、具有一定的系统稳压器功能的性能, 以及抗高温过充性能等。4.3.3 市电配置说明对于基站铁塔附近有市电或者要求采用市电时，由于基站设备大多数为直流电源设备，考虑到电压的不稳定容易造成基站设备损坏，建议采用稳压电源设备为前端基站提供稳定的电压以保护基站设备的用电安全。太阳能供电子系统主要由太阳能电池板（组件）、蓄电池组、太阳能控制器、直流逆变器、追光系统(太阳跟踪系统)和太阳能电池板支架、底座等几大部分组成。它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，太阳能发电设备极为精炼，可靠稳定、寿命长、安装维护简便。4.4 防盗系统4.4.1 基站防盗防破坏应用森林火灾数字化远程预警监控联动指挥系统前端基站设备大多数安装在无人值守的密林深处，需要考虑设备防盗的问题，对于野外森林防火监测基站的防盗，我们建议采用红外报警和安防摄像机联动方式进行自动防盗报警，并采用双向语音对讲方式起到警告和威慑作用。4.4.1.1 系统配置说明 防盗摄像机：室外一体红外摄像机 红外双鉴探测器：室外红外双鉴探测器4.4.1.2 防盗系统工作方式说明防盗摄像机使用室外一体红外摄像机，红外双鉴探测器的报警信号直接接入动力环境主机系统。 一旦有人靠近、攀爬基塔，告警系统启动，防盗摄像机图像回传至监控（指挥）中心并实时录像，同时，喇叭现场播放语音警示。监控（指挥）中心接收到报警信号后，立即通过语音对讲系统对现场喊话。4.4.1.3 红外一体化摄像机主要特性 最高分辨率可达1280960 30fps,在该分辨率下可输出实时图像 采用先进的视频压缩技术,压缩比高,且处理非常灵活 逐行扫描CMOS,捕捉运动图像无锯齿 采用EXIR 点阵式红外灯技术，照射距离可达30-50 米 ICR 红外滤片式自动切换,实现真正的日夜监控 支持3D 数字降噪 支持双码流,支持手机监控 可支持PoE 供电 符合IP66 级防水防尘设计,可靠性高 支持背光补偿,数字宽动态,自动电子快门功能,适应不同监控环境 功能齐全:心跳,镜像,水印等4.4.1.4 红外双鉴4.4.1.4.1 技术介绍红外双鉴是被动式红外传感器和微波传感器的组合，微波只对移动物体响应，红外只对引起红外温度变化的物体响应，只有在微波和红外同时响应才会作出报警，大大提高报警可靠性。微波传感器根据多普勒效应原理来探测移动物体：传感器发射微波，微波遇到障碍物时被反射回传感器，当障碍物相对传感器运动时，则传感器接收到的反射波频率发生变化；当障碍物朝着传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波高，当障碍物远离传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波低，因此传感器通过比较反射波和发射波的频率来探测是否有移动物体进入。4.4.1.4.2 主要功能当检测到移动物体时，通过开关量输出报警信息到环境数据处理单元。动力环境主机可根据预置规则联动相应功能：报警信息上传中心，使管理人员了解进入现场的移动物体；联动相应的警号，调用预置位，启动报警录像等。4.4.2 林区出入口人车管控系统应用4.4.2.1 车牌识别与人脸侦测在山体沿线、公路旁、坟茔区部署高清日夜摄像机，实现过往人员车辆的监控录像，车牌识别与人脸识别，用于事后调查取证，实现防盗功能。通常情况下，当车辆进出防火区出入口，在车辆通过时，智能出入口摄像机能准确识别包含车牌、车型、车身颜色的信息，并在视频上叠加结构化数据（如以上车辆信息）。视频监控输出分辨率达到19201080，视频分析范围覆盖相邻3车道，同时支持来向车辆和去向车辆分析，满足星光级监控需求。采用强光抑制技术，防止强逆光、强顺光环境下对拍摄造成的影响。4.4.2.1.1 车牌信息识别系统可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。 车牌号码自动识别在实时记录通行车辆图像的同时，还具备对符合“GA36-92”（92式牌照）、“GA36-2007”（新号牌标准）、“GA36.1-2001”（02式新牌照）标准的民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌的车牌自动识别能力，包括2002式号牌，车辆号牌识别率90%。所能识别的字符包括：表2 车牌识别字符表阿拉伯数字“09”十个英文字母“AZ”二十六个省市区汉字简称京、津、晋、冀、蒙、辽、吉、黑、沪、苏、浙、皖、闽、赣、鲁、豫、鄂、湘、粤、桂、琼、川、贵、云、藏、陕、甘、青、宁、新、渝、港、澳、台；04式军用车牌汉字军、空、海、北、沈、兰、济、南、广、成号牌分类用汉字警、学、使、领、试、境07式武警车牌字符WJ样式的字母数字 车牌颜色自动识别系统能识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。 系统识别车牌类型部分示例图5. 车牌示例4.4.2.1.2 车辆信息识别支持11种车身颜色识别，车身颜色包括白、灰、黄、粉、红、紫、绿、蓝、棕、黑、青，并区分深，浅色；支持7种车型的识别，车型包括轿车，面包车，客车，小货车，大货车，中型客车，SUV-MPV；支持车标识别，达1000+种子品牌。4.4.2.2 行为侦测SMART摄像机支持10种行为侦测功能，包括越界侦测、区域入侵侦测、进入区域侦测、离开区域侦测、徘徊侦测、物品遗留侦测、物品拿取侦测、人员聚集侦测、快速移动侦测、停车侦测。4.4.2.3 异常侦测SMART摄像机支持3种异常侦测功能，包括虚焦侦测、场景变更侦测、音频异常侦测。1) 虚焦侦测虚焦侦测用于对视频进行分析，发现虚焦问题进行自动提醒，从而取代人工对画面虚焦进行诊断，大大提高了诊断效率。2) 场景变更侦测如果监控设备由于受到外部干扰或者人为破坏而造成监控场景发生改变，将会使监控系统无法有效运作，从而使被监控场景面临安全风险。场景变更侦测能分析被监控场景是否发生变更，一旦发生变更则会触发报警。3) 音频异常侦测在监控行业中，声音的采集已成为图像采集的一项重要补充，音频采集已逐渐成为摄像机的标配功能。音频侦测功能是通过对声音的强度进行检测，对于拾音器断开、超过一定声音强度阀值或超过一定声音突变的变化量阀值可实现自动预警功能。4.4.2.4 特征识别SMART摄像机支持人脸侦测、车辆检测共两种特征识别功能。1) 人脸侦测人脸侦测通过模式识别技术，对视频信号中的内容进行分析，对视频图像中的每个位置进行判断是否存在人脸，从而能够准确地找出视频中出现的所有人脸，提供人脸的数量和各个人脸的位置、大小，同时通过智能跟踪技术，提取出人脸的运动轨迹信息，而与背景信息无关，几乎不受背景扰动的干扰。2) 车辆检测目前常见的车牌识别有两种触发方式，一种是外设触发，另一种是视频触发。SMART摄像机就支持视频触发模式，不需借助线圈、红外或其他硬件车辆检测器。视频触发方式是指车牌识别系统采用动态运动目标序列图像分析处理技术，实时监测车道上车辆移动情况，发现车辆通过时捕捉车辆的图像，识别车辆牌照，并进行后续处理。智能跟踪在SMART球机中直接集成智能分析与跟踪功能，当球机镜头固定时，可做区域入侵检测，对报警目标可实现放大跟踪。当林区路口场景中出现多个人或车目标时，也可以手动选定某个目标进行跟踪。4.5 基站控制系统由于前端基站设备都工作在野外，前端基站涉及到动力环境主机、控制电路、交换机等设备，针对野外恶劣的气候条件，这些电子设备的都无法正常工作在野外的环境，只有采用一体化设计的集成控制系统，将前端基站的智能监控设备集成到一个恒温控制防水箱内，才能保证野外森林防火智能监控系统长时间稳定可靠运行。基于森林防火智能化监控的特点，需要采用一体化基站控制箱集成设计。基站控制箱主要特性 铸铝结构，内置前端基站电源转换设备等 防水、防雨、防风、防潮、防腐 工作温度：-50C60C 可内置动力环境主机和交换机以及一些控制电路。4.6 防雷接地系统对于野外的森林防火监测基站，防雷接地是保障基站及设备安全必不可少的一项，森林防火监测基站防雷接地系统包含2个部分，第一部分为：基站铁塔的防雷接地，第二部分为：基站设备的防雷接地， 按照防雷接地的国家标准：基站铁塔防雷接地小于10，基站设备的防雷接地小于4。基站防雷接地主要包括：避雷针、小于10接地系统；基站设备防雷接地主要包括：电源防雷器、信号防雷器、无线设备防雷器、小于4欧姆接地系统。4.6.1 基站防雷接地方式第一种方式：分开接地，既基站防雷接地和基站设备防雷接地2套接地系统，基站避雷针接在基站防雷接地系统，基站设备接在基站设备防雷接地系统。第二种方式：共用接地，既共用接地系统小于4欧姆，基站避雷针和基站设备都接在该防雷接地系统上，但是基站铁塔防雷接地点和基站设备防雷接地点需要隔开10米的距离，做到共地不共点。4.6.2 接地系统的施工方式第一种方式（主要是针对基站铁塔的防雷接地）：在基站附近找寻一块空地，开挖一个大坑采用铁丝网铺设，采用扁钢连接并引出，回填时采用降阻剂混合泥土回填，接地电阻小于10。第二方式（共用接地）：在基站附近找寻一块空地，开挖4到8个1.5米深得小坑，采用非金属接地模块植入坑内，采用扁钢将各个模块进行焊接并引出，回填时采用降阻剂混合泥土回填；接地电阻小于4。第三种方式（基站附近地势条件不好，无连续的泥土地）：在基站附近30米得范围内，采用多个铜包钢接地棒找寻可以接入泥土的地方进行插入，然后采用扁钢将各个接地棒进行焊接引出。接地电阻小于4。根据基站附近的实际情况，我们基站防雷接地方式采用：共用接地，接地系统施工方式采用：接地模块工艺接地系统；4.7 铁塔基建系统森林防火预警监控系统前端基站位于林区内，四周一般都有较高的灌木林，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智能监控的要求，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智能烟火识别处理器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。铁塔基建是一项十分重要的项目，质量决定铁塔的使用年限，为了保证铁塔质量一般需要经过取得资质的设计单位进行设计并严格按照相关的质量标准进行修建。4.7.1 基站铁塔选址的优化原则 满足森林防火智能监控以及无线网桥传输的要求； 场地平坦，附近无高大建筑物遮挡； 工程地质良好，避开断层、古河道及可能塌方、滑坡的地段； 选择安全的环境，避开易燃易爆的场所和粉尘及有害气体的污染源； 避开低洼地，防止雨水淹灌；4.7.2 基站铁塔形式选择 基站是否需要修建铁塔，可以根据选址点的实际情况确定，如果附近有移动公司的铁塔，在可能的情况下，优先考虑采用附近已有的铁塔； 基站铁塔因结构形式不同，可分为自立塔、拉线塔（桅杆）；基站铁塔因所建地点不同，有地面塔、屋顶塔之别； 地面塔通常采用的塔形有角钢塔、钢管四柱（或三柱）塔因其根开可以做到很小（2米左右），适用于狭窄场地或距建筑物较近的情况，单造价高于角钢塔。独管塔多用于城市风景区或其它要求美观的场所，因为独管塔线路引下和人员攀登都不方便。加之造价较高，仅用于特殊要求的环境。拉线塔的优点是用钢量小，但占地面积大，是否经济应综合考虑；另外拉线塔易受外力破坏，一旦拉线受损即造成倒塔；拉线塔受风力作用还会发生摆动和水平扭动，采用微波传输的基站慎用。4.7.3 基站用地面积 根据不同地方的实际情况，一般以塔高15米-20米为例，用地范围大约为：角钢塔：6米6米，钢管四柱塔3米3米，独管塔2米2米； 确定用地范围时应注意，铁塔一定要与附近建筑留出安全距离。4.7.4 铁塔设计优化说明铁塔设计原则：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；合理选择塔形；不同塔形的造价悬殊较大，合理选择塔型是节省投资的关键： 优化选择角钢塔，角钢塔自重轻、造价低、结构合理、技术成熟、安全度高、被广泛采用； 选择合理的铁塔根开，根开得大小影响钢材用量和基础造价，须经结构计算优化确定；合理确定铁塔的载荷和高度；这也是降低造价的重要途径： 风荷载：以国标建筑结构载荷规范中“全国基本风压图”确定基本风压值为设计依据，不要随意超规范加大安全储备，造成不必要的浪费； 针对不同地区风压值（如山东沿海地区基本风压值为0.5-0.65KN/m，内陆地区为0.35-0.45KN/m），因地制宜，分别提供不同的铁塔设计，可以大幅度降低造价，切忌一套铁塔图纸打遍天下的不负责任的现象； 铁塔高度：按实际情况高过四周的灌木林，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处理器无法正常识别到正常的烟火。 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，螺栓或塔材的被盗可能引发倒塔事故，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。4.7.5 铁塔基础设计的优化 铁塔基础设计中主要考虑的问题是如何使基础在满足抗倾覆、抗压及抗滑移（位于山坡地势）的前提下，是基础造价降到最低，且便于施工。基础设计前,一定要做工程地质勘察，切不可盲目设计，以免酿成事故；角钢塔基础的设计优化：独立基础是在角钢塔四脚分别做独立的基础，再以连系梁连接，因其施工简便，造价低廉，应作为首选方案，当地下水位较高或岩石埋藏较浅时，可考虑采用筏基，筏基的优化途径是改通常的实体筏基为箱式筏基，中部回填土或砂石代替混泥土做配重，可降低造价20%左右，地下水位高或土质较软弱时应采用桩基，桩基造价较高但安全可靠，岩石埋藏较浅时，也可将钢筋锚入岩石，将诶和做独立基础或筏基，可大大减少混凝土量，从而降低造价。钢管四柱塔基础的设计优化：钢管四柱塔根开很小（2米左右），多用于场地狭小或临近建筑物的环境；一般采用混泥土上墩式基础，基础面积不大，深度较大，靠混凝土自重和土壤侧压力、摩阻力来自抵抗铁塔的倾覆力；缺点是混凝土用量较大，因开挖较深施工中容易塌方，或危及附近建筑安全。优化设计改进为浅墩+人工挖孔短柱，埋深2.5m以上是墩式基础，2.5米以下改为4根直径1米得人工挖孔短柱，总深度略大于实心墩基；由于此种基础能充分地发挥土壤的力学作用，混凝土量大大减少，是基础造价减少30%以上。独管塔基础也可采用此优化方案。基础工程的可不预见因素设计文件提供的工程预算，是根据施工图和预算定额计算出来的，很难覆盖工程中实际发生的各种不可预见费用，由于每个工程所处环境不同，遇到的不可预见因素也不尽相同，应严格控制； 有的建设场地需做三通一平（通路、通电、通水及场地平整），必须投入一部分资金，还有的基础位于无路的山区，所有的建材及设备需要进行二次搬运，将产生二次搬运费； 有的场地比较狭窄，挖孔的土方无处堆放，发生土方外运及回运的费用，或因土质原因造成地基塌方增加了土方工程量； 有的基站局部有影响施工的障碍物，在基础施工时只能将障碍物拆除，待基础施工完成后再予以修复，此时就出现了拆除与重建的费