森林火災的危害不容小覷,一方面,森林火災能燒毀成片的森林,降低森林的更新能力,使森林蓄積下降,生長受到嚴重影響。例如,1987 年的大興安嶺特大森林火災,燃燒了 27 個晝夜,過火面積 133 萬公頃,燒毀的森林相當于整個海南省的森林面積,造成 213 人死亡,226 人受傷,5.6 萬多災民無家可歸。另一方面,森林火災還會引起水土流失、使下游河流水質下降、造成空氣污染,威脅人民生命財產安全。
(圖片來源于網(wǎng)絡)
傳統(tǒng)的森林防火主要依靠人工巡護等方式,存在很多局限性。首先,受人力和物力的限制,難以實現(xiàn)對廣大林區(qū)的全面覆蓋。其次,傳統(tǒng)方式對火情的發(fā)現(xiàn)和反應速度較慢,往往在火災已經(jīng)形成一定規(guī)模后才能察覺,錯過了最佳的撲救時機。例如,部分地區(qū)群眾森林防火意識不足,燒荒、燒田埂、燒灰積肥等農事用火屢禁不止,防火工作意識還不夠強。此外,火災撲救能力也有待提高,科學技術是第一生產力,森林防火工作必須與時俱進,積極引進現(xiàn)代化的科技成果,以先進的防火理念和防火設備開展防火救火工作。目前森林消防的主力仍是專業(yè)的消防隊伍,必須加強消防隊伍的建設,實現(xiàn)撲火專業(yè)化,提高撲火戰(zhàn)斗力。同時,森林防火資金投入不足也是一個問題,應努力實現(xiàn)資金多渠道投入,多方籌措解決森林防火經(jīng)費,建立森林防火多層次、多元化、多主體的社會化投入機制以及森林火災有償防控和救助模式。
二、無線微波傳輸?shù)膬?yōu)勢
1. 施工方便造價低,圖像實時傳輸清晰
無線微波傳輸在森林防火中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。首先,其施工非常方便,無需像有線傳輸那樣進行大量的挖溝埋渠等繁重工作,大大節(jié)省了人力和時間成本。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計,采用無線微波傳輸方案相比傳統(tǒng)有線方案,安裝工期可縮短約 50%。同時,造價低廉,對于資金有限的森林防火項目來說是一個理想的選擇。而且,無線微波傳輸能夠實現(xiàn)圖像的實時傳輸,畫面清晰穩(wěn)定,讓監(jiān)控中心的工作人員可以第一時間掌握林區(qū)的情況。例如,在某林區(qū)的森林防火監(jiān)控項目中,采用無線微波傳輸后,監(jiān)控畫面的清晰度和實時性得到了極大的提升,為及時發(fā)現(xiàn)火情提供了有力保障。
2. 可根據(jù)不同條件配置功率,遇障礙物可采用中繼系統(tǒng)
無線微波傳輸?shù)念l率可選 L 波段、S 波段、Ku 波段等,能夠根據(jù)傳輸距離的遠近以及現(xiàn)場自然條件的不同,靈活配置功率大小。這樣可以確保在各種復雜的地形和環(huán)境下都能實現(xiàn)穩(wěn)定的信號傳輸。當遇到障礙物阻擋的情況時,還可采用微波中繼(圖像 / 數(shù)據(jù))系統(tǒng),有效解決信號受阻的問題。例如,在一些山區(qū)林區(qū),地形復雜,有山峰、山谷等障礙物,通過合理設置微波中繼點,成功實現(xiàn)了對整個林區(qū)的全面覆蓋監(jiān)控。
3. 設備穩(wěn)定可靠,適合復雜環(huán)境
由于森林防火監(jiān)控前端設備通常身處深山老林等復雜環(huán)境中,維護極為不便。而無線微波傳輸設備自身穩(wěn)定可靠,長期工作在潮濕高溫的環(huán)境中也能保持良好的性能。這是因為專業(yè)的微波生產企業(yè)在生產調試過程中,不僅需要昂貴的調試設備,更重要的是有穩(wěn)定的生產隊伍。小企業(yè)即使勉強生產,也無法保證該產品的質量與售后服務。例如,在某長期處于高濕度環(huán)境的林區(qū),采用專業(yè)的無線微波傳輸設備后,多年來運行穩(wěn)定,為森林防火工作提供了持續(xù)可靠的技術支持。
三、結合案例展示
1. 大理市 “技防 + 人防”,無線微波傳輸開創(chuàng)防火新局面。
大理市在森林草原防火工作中采取 “技防 + 人防” 的模式。2016 年 3 月完成一期項目,總投資 276.86 萬元,安裝前端高清數(shù)字云臺 7 套,傳輸方式為無線微波傳輸,并在銀橋鎮(zhèn)無為寺、大理鎮(zhèn)中和峰公墓前端卡點各安裝視頻監(jiān)控設備一套,融合鄉(xiāng)鎮(zhèn)實施有線傳輸前端卡口攝像頭 148 個,覆蓋面達 65%。經(jīng)過各項測試,該系統(tǒng)成效明顯,及時預警燒荒燒地等野外違規(guī)用火行為 286 起,及時消除了火災隱患。此外,大理市還加強了對 50 個雙光譜前端數(shù)字云臺、359 個卡點監(jiān)控攝像頭的值守和維護,保障 1 個市級指揮調度中心和 7 座無線電微波傳輸基站正常運行,確?;鹎榧皶r發(fā)現(xiàn)、實現(xiàn)快速處置。實現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的雙向聯(lián)動,為指揮員全面、直觀掌握火場信息提供參考,最大限度實現(xiàn)撲救資源的優(yōu)化配置。
2. 黑龍江大興安嶺案例,補充無線監(jiān)控系統(tǒng)無死角監(jiān)控。
黑龍江大興安嶺地區(qū)的塔河縣是中國重要林木生產基地。在黑龍江大興安嶺 — 塔河水廠遠程無線智能控制系統(tǒng)項目中,主站位于監(jiān)控值班室,分站位于水源井旁的設備室泵房,主站和分站之間可基于電臺式或 GPRS/3G 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方式進行實時通訊。在黑龍江大興安嶺森林防火無線監(jiān)控項目中,在三公里范圍內架設五臺網(wǎng)絡高清攝像機,在森林管理處接收這五路攝像機信號,對這五路信號進行實時監(jiān)控。按照要求前端每臺攝像機用一臺無線網(wǎng)橋作為發(fā)射,接收端用一臺無線數(shù)字網(wǎng)橋 + 兩個 90 度板狀天線做為接收,可接收前端 5 組攝像機的信號。接收端收到信號后直接通過交換機把信號分出來,再用網(wǎng)絡硬盤錄像機保存數(shù)據(jù),再進到顯示器直接顯示。在整個無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)過程中,現(xiàn)場需要把發(fā)射端架設比較高一點的位置,避開中間的遮擋物,同時做好防雷措施。監(jiān)控設備分散,供電方案選擇太陽能供電系統(tǒng),同時配備配套的穩(wěn)壓系統(tǒng)和防水系統(tǒng)。此項目對以前的無線監(jiān)控系統(tǒng)進行補充,盡量做到每個區(qū)域都不留死角。
四、無線微波傳輸系統(tǒng)架構
1. 前端設備采集,網(wǎng)絡傳輸,后端監(jiān)控中心處理。
在森林防火無線微波傳輸系統(tǒng)中,前端設備起著至關重要的作用。前端設備通常包括 IP 攝像機、耳掛式高清 SDI 攝像機、單兵發(fā)射裝置等采集端設備,以及紅外熱成像監(jiān)控設備、普通 200 萬像素監(jiān)控頭、大焦距變鏡頭、室外一體化云臺、太陽能供電系統(tǒng)等。這些設備安裝在森林制高點,以確保視野寬廣、監(jiān)控面大,能夠覆蓋盡可能大的森林面積。例如,在四川大涼山木里森林防火無線監(jiān)控傳輸案例中,19 個監(jiān)控點位,每個點位有 1 臺紅外熱成像監(jiān)控設備和 1 臺普通 200 萬像素監(jiān)控頭,總計 38 路監(jiān)控視頻。
網(wǎng)絡傳輸部分主要采用無線傳輸設備,常見的有數(shù)字無線網(wǎng)橋和 COFDM 移動視頻傳輸設備。這些設備負責將前端采集到的視頻影像發(fā)送和接收,實現(xiàn)監(jiān)控信號的傳輸。
后端監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)的核心,它接收來自前端的視頻信號,并進行處理、存儲、分析和發(fā)布。后端監(jiān)控中心通常由高清帶屏指揮箱組、硬盤錄像機(NVR)、放大器、接收機、數(shù)據(jù)發(fā)射機、矩陣控制器、監(jiān)視墻、主監(jiān)視器、主 / 分控鍵盤等設備組成。用戶可在后端監(jiān)控中心實時查看現(xiàn)場圖像、進行云臺控制、錄像及回放、對報警信息進行處理等。
2. 分點回傳、中繼匯聚,保證傳輸效果完整性。
為了保證森林防火無線微波傳輸?shù)男Ч暾裕ǔ2捎梅贮c回傳和中繼匯聚的方式。例如在四川大涼山木里案例中,由于各個點位到監(jiān)控中心之間高山較多,采用中繼模式逐個匯聚回傳。先將各點位的監(jiān)控點進行支路匯聚,然后通過干路進行回傳,原則由遠及近進行回傳。
在實際應用中,當監(jiān)控點位之間的距離較遠或存在障礙物遮擋時,可采用微波中繼(圖像 / 數(shù)據(jù))系統(tǒng)。中繼工作原理是用一個頻點收,用另外一個頻點轉發(fā),有效解決信號受阻的問題。在選擇中繼設備時,應考慮其穩(wěn)定性和可靠性,確保在復雜的森林環(huán)境中能夠正常工作。
此外,為了確保傳輸效果的完整性,還需要對整個傳輸網(wǎng)絡進行合理規(guī)劃和布局。根據(jù)地形、距離、信號強度等因素,確定合適的中繼點位置和數(shù)量,以實現(xiàn)對整個林區(qū)的全面覆蓋監(jiān)控。同時,要注意對傳輸設備的維護和管理,定期檢查設備的運行狀態(tài),及時排除故障,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
五、未來展望
1. 繼續(xù)發(fā)揮無線微波傳輸優(yōu)勢,提升森林防火水平。
隨著科技的不斷進步,無線微波傳輸技術在森林防火領域的應用前景將更加廣闊。未來,我們可以進一步優(yōu)化無線微波傳輸設備的性能,提高圖像傳輸?shù)那逦群头€(wěn)定性,讓監(jiān)控中心的工作人員能夠更加準確地掌握林區(qū)的情況。例如,通過研發(fā)更高分辨率的攝像機和更先進的圖像壓縮技術,實現(xiàn)超高清視頻的實時傳輸。同時,不斷拓展無線微波傳輸?shù)母采w范圍,爭取實現(xiàn)對更大面積林區(qū)的無死角監(jiān)控。據(jù)統(tǒng)計,目前無線微波傳輸技術已經(jīng)能夠實現(xiàn) 10 - 100 公里的傳輸距離,未來有望進一步突破,覆蓋更多偏遠地區(qū)的森林。
我們還可以結合人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術,實現(xiàn)對森林火災的智能預警。通過對大量的監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)進行分析,建立火災預警模型,及時發(fā)現(xiàn)潛在的火災隱患,并自動發(fā)出警報。這樣可以大大提高火情的發(fā)現(xiàn)和反應速度,為火災撲救爭取更多的時間。此外,利用無線微波傳輸技術實現(xiàn)與其他防火設備的聯(lián)動,如自動噴水滅火系統(tǒng)、無人機等,形成更加高效的森林防火體系。
2. 為保護森林資源、生態(tài)環(huán)境做出更大貢獻。
森林是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一,保護森林資源對于維護生態(tài)平衡、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有至關重要的意義。無線微波傳輸技術在森林防火中的應用,為保護森林資源提供了有力的技術支持。未來,我們將繼續(xù)發(fā)揮無線微波傳輸?shù)膬?yōu)勢,不斷完善森林防火監(jiān)控系統(tǒng),提高森林火災的防控能力。
通過加強對森林資源的實時監(jiān)控,可以及時發(fā)現(xiàn)非法伐木、盜獵等破壞森林資源的行為,并采取有效的措施進行制止。同時,無線微波傳輸系統(tǒng)還可以對森林病蟲害、野生動物等進行監(jiān)測,為森林生態(tài)系統(tǒng)的保護提供全面的信息支持。此外,隨著全球氣候變化的加劇,森林火災的發(fā)生頻率和強度也在不斷增加。無線微波傳輸技術可以為森林火災的研究提供大量的數(shù)據(jù)資料,幫助科學家更好地了解森林火災的發(fā)生規(guī)律和影響因素,為制定更加有效的防火措施提供科學依據(jù)。
總之,無線微波傳輸技術在森林防火領域具有巨大的潛力和廣闊的發(fā)展前景。我們相信,在科技的不斷推動下,無線微波傳輸技術將為保護森林資源、生態(tài)環(huán)境做出更大的貢獻。