1、第 1 页 共 57 页陕西省华县森林重点火险区综合治理二期工程技术方案西安天琛安防设备有限公司2016 年 2 月第 2 页 共 57 页目 录1.前言 .32.需求分析 .32.1.前端基站需求分析 .42.2.传输网络需求分析 .82.3.后端联网监控管理平台需求分析 .93.建设目标 .104.建设原则及标准 .114.1.建设原则 .114.2.建设依据及标准 .125.森林防火智能监测系统总体构成 .146.森林防火智能监测系统详细设计 .156.1.前端智能监测基站详细设计 .156.1.1.视频采集系统 .176.1.2.智能烟火识别处理器 .226.1.3.供电系统 .236
2、.1.4.防盗系统 .246.1.5.基站控制系统 .256.1.6.防雷接地系统 .276.1.7.铁塔基建系统 .296.2.传输网络详细设计 .326.2.1.传输网络选型 .326.2.2.传输网络配置 .346.2.3.传输网络路由 .356.3.后端监控管理平台系统详细设计 .356.3.1.联网监控管理平台 .356.3.2.GIS 管理平台 .396.3.3.大屏展示系统 .406.3.4.综合布线系统 .426.3.5.静电地板 .446.3.6.防雷接地系统 .457电子卡口子监控系统。 .467.1 系统组成 .467.2 系统功能 .478.集群对讲子系统。 .518.
3、1 数 字 集 群 通 信 .518.2 通讯方案 .528.2.1 源自欧洲的 TETRA 方案： .528.2.2 摩托罗拉 iDEN 方案 .538.2.3 中兴通讯 GOTA 方案 .548.2.4 华为的 GT800 方案 .558.3 集群建设原则 .56第 3 页 共 57 页1.前言我国森林覆盖率只有全球平均水平的 2/3，排在世界第 139 位。人均森林面积 0.145 公顷，不足世界人均占有量的 1/4；人均森林蓄积量 10.151 立方米，只有世界人均占有量的 1/7，保护现有的森林资源显得非常重要，随着国家对森林资源保护立法，破坏森林资源的行为和情况大为好转，但是由于人
4、为活动和自然灾害等原因引起的森林火灾造成森林资源的破坏却无法避免，为了将因各种因素引发的火灾造成的森林资源破坏降低到最小，较为先进的手段是采用预警机制，既早发现、早扑灭的原则，早发现就是一种预警机制，国外一般式采用遥感卫星、护林飞机等先进的科技预警手段，符合它们森林资源广阔人员活动较少的一种监测方式，而我国则是森林资源少而人员活动频繁，因人为引起森林火灾的可能性极大，先进的遥感卫星和护林飞机较难满足这种范围较小的森林防火要求。针对这些情况，一种有效的解决手段是利用视频监控技术结合智能化的烟火识别技术，对数公里范围内的森林资源进行监测的一种方式，通过智能化的森林防火预警手段，不仅可以实时监看和记
5、录森林资源的情况，同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，辅助森林防火监测人员完成对森林资源的自动监测，遇到火灾自动报警，及时通知相关的工作人员的一种先进的科技预警机制，采用这种预警机制可以为现阶段森林防火预警提供一种经济有效的解决方法。2.需求分析随着景（林）区内不断增长的游客活动，给森林防火带来了严重的考验，原有的人工看护方式已经不能满足森林防火要求，需要借助先进的信息技术对宝贵的森林资源进行智能化、大范围、大视野、全天候的实时监控，采用烟火智能识别技术、GIS 定位技术、视频监控技术为指挥中心提供大范围、全天候的实时视频监控图像、林火智能识别
6、并报警、GIS 快速定位现场等，为日常森林防第 4 页 共 57 页火管理、遇到火灾及时报警，为决策层制定快速高效扑救方案提供可靠的依据和保障。 根据项目的规划，结合实际情况，需要在智能化森林防火监控点，采用无线网络方式将视频监控图像及信号传回监控中心，监控中心需要采用联网监控管理平台管理，需要采用大屏显示前端监控视频图像等信息。智能化的森林防火监控系统是由前端基站、智能烟火识别处理器、传输网络、后端联网监控管理平台构成，根据森林防火智能监控的系统特点结合项目的需求进行部署的监控点具体分析如下：2.1.前端基站需求分析前端基站对于森林防火智能监控系统是非常重要的，是实现林区视频采集、烟火智能识
7、别、GIS 定位等森林防火中非常重要功能的设备站点。由于前段基站位于野外林区内，而且四周一般都有高达灌木林以及林区的地形地势条件等，森林防火智能监控需要考虑监控半径范围、野外供电、烟火智能识别，根据地势地形结合智能监控的特点需要进行基站选址，根据四周灌木林的高度以及所需监控的范围选择修建铁塔的高度，根据气候条件考虑设备是否需要保温措施等；在无人值守的环境需要考虑基站自身的防盗问题，以及野外环境必须要考虑的防雷接地，铁塔基站等问题。 前端基站选址分析前端基站首先需要分析的是基站的选址，基站选址主要是根据林区的地形地貌结合智能化森林防火监控的特点进行选址，其选址原则如下： 1) 根据地形选址原则：
8、 长条形山选址：一般选址在长条形山两侧向外的位置；可以获得较大监控半径范围。 山峦较起伏的山：一般选址在山峰比较高的位置以获取较开阔的视野和较大的监控范围。 起伏较大的山：一般选址在半山腰视野较为开阔的位置； 起伏较小的山：一般选址在山顶制高点位置；第 5 页 共 57 页 长条形山沟：一般选址在半山腰的位置；2) 根据智能化监控烟火识别的特点选址原则： 摄像机监控范围以平视为主、俯仰为辅的原则，这也是我们选址基站铁塔高度的重要因素之一。3) 根据林场林区植被疏密选址原则： 选址林场林区植被较密的，火灾易发生的地方对于不符合以上选址原则的山形，可以根据实际的山形进行现场实地勘察进行选址。 监控
9、范围分析作为智能化监控系统需要涉及到摄像机、镜头、防护罩、云台，根据用户对监控图像质量需求分析摄像机，根据监控的范围需要分析镜头和云台。1) 摄像机按分辨率可以分为：标清 D1、高清：720P、全高清 1080P；2) 根据监控半径的范围，一般采用长焦电动镜头，监控半径范围及长焦镜头选择如下： 3-5 公里的监控范围：选择不低于 300mm 长焦镜头； 5-8 公里的监控范围：选择不低于 500mm 长焦镜头； 考虑到野外恶劣的环境，需要采用野外大型防护罩对摄像机和镜头进行保护，采用的野外大型防护罩需要配有温控系统，保障摄像机和镜头能够在全天候的高低温环境下正常工作，有特别针对北方，能够支持在
10、零下 45环境下保障摄像机和镜头正常工作的保温性能。 智能化森林防火监控需要采用云台实现对林区资源进行大范围、大视野的监控，云台是森林防火智能化监控系统中非常重要的设备，因为森林防火的云台一般都安装在野外较高的位置，一般的普通云台在林区有风的情况下，非常容易发生抖动，从而导致监控图像抖动，对于森林防火智能监控系统需要采用重型数字云台才能满足野外森林防火监控的要求，针对森林防火智能监控系统需求的重型数字云台是： 自重20kg 以上，防止监控图像抖动； 载重50kg 以上，满足森林防火监控采用较重设备的承重需要；第 6 页 共 57 页 旋转范围：0-360方位角，俯仰角：4545，实现对林区资源
11、大范围监控需要。 集成数字云台接口，支持远程控制云台的角度回传，并联动控制镜头焦距，支持实时采集云台的方位角和俯仰角以及镜头焦距等参数； 可维护性：云台控制电路板可以插拔，通过更换云台控制电路板即可完成云台维护； 耐低温性：特别针对北方，能够支持在零下 45环境下正常工作的性能。 前端基站供电分析森林防火智能监控前端基站一般都位于野外，基站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/农电接入，接入市 /农电的接入点距离一般都较远，长距离的接入市/农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
12、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供电或者风能和太阳能互补供电。采用太阳能或者风光互补发电系统，是根据当地的气候条件进行选择，其供电系统的选择原则如下：1) 基站附近有市/ 农电接入的情况下：采用市/ 农电接入，由于野外电压不稳容易造成前端基站设备的损坏，须在市/农电接入到基站后加入稳压电源设备，通过稳压电源设备输出稳定的 220V电源为基站设备供电。2) 基站附近无市/ 农电接入的情况下：采用太阳能或者风光互补发电系统； 根据当地的气候条件，如果当地日照时间长的情况下，优先考虑采用太阳能发电系统，如果当地日照一般，但是风能非常丰富，优先考虑采用风光互补发
13、电系统，风光发电系统发电功率配置一般为 6：4； 智能化森林防火监控系统前端基站均采用低功耗的设备，实际功率第 7 页 共 57 页为 100W，峰值功率为 150W；所以前端基站发电系统配置 600W-1000W 的发电系统就可以满足要求，配置 4 只 200ah 的太阳能专用蓄电池即可满足设备 3 天的供电要求。 针对北方和南方冬天不同的低温环境，需要考虑采用不同的太阳能专用蓄电池，在摄氏 20以下，需考虑采用胶体电池，并采用保温箱保护电池，在摄氏 20以上，可以考虑采用深循环电池，并采用普通电池箱即可。 前端基站防盗系统分析前端基站一般都处在无人值守的地方，为了预防基站设备被盗，需要考虑
14、基站自身的防盗，前端基站防盗有多种方式，较为安全的方式是采用红外入侵探测加自动监控录像取证以及采用对讲系统进行喊话起到威慑作用。 防雷接地系统分析前端基站所处位置一般都在野外林区内，无论是针对基站铁塔还是基站上的设备，都需要考虑防雷接地的安全措施，防雷接地措施是保障前段基站设备全天候安全正常工作的重要前提，为了防止基站铁塔和基站设备雷击造成破坏，需要采用接地系统将雷击大电流迅速导入大地，从而起到保护基站的作用，针对基站铁塔需要采用避雷针保护铁塔，需要采用防雷器保护基站设备的安全。 铁塔基站系统分析铁塔是森林防火智能监控为了实现对林区大范围、大视野进行全方位监控，需要将监控摄像机提高到一定高度才
15、能符合要求的一项复杂系统工程，铁塔高度是由三个方面的条件决定的： 监控点周围的植被高度； 所需要的监控半径范围； 智能烟火识别处理器的技术特点。在确定好铁塔高度后，根据监控点的选址，结合选址点的地势条件进行铁塔基站系统设计、建设。在进行铁塔基础建设时一般需要同步进行接地系统的设计和建设。第 8 页 共 57 页综上几种情况，结合华县地形，我们选择的地点如下：兼顾监控、接电、小集群、微波无线传输等。经纬度序号名 称/ 座落位置海拨高度 北纬 东经监控面积（公顷）1 金堆林场磨沟岭 385 3417 12 1095851 65002 金堆林场东西坪梁 1913 3418 20 1095351 75
16、003 金堆林场鲁家沟西梁 1825 3418 56 1095620 65004 少华山森林公园 1805 3430 47 1094924 70005 大明镇桥峪西梁 1850 3423 47 1094242 60002.2.传输网络需求分析传输网络是构建森林防火智能远程监控系统重要组成部分，前端基站的监控视频图像、双向控制信号、报警信息、火点定位等重要信息都需要通过网络传回到监控中心，与普通监控不同，森林防火智能监控一般距离监控中心都较远，需要采用有线光缆或者无线网络才能够实现远距离传输。由于智能化的森林防火监控系统现在及未来需要通过传输网络承载更多的视频、图像、数据、语音等信息，所以传输网
17、络需要采用基于 IP 技术的数字化网络。传输网络选择有线光缆还是无线网络，需要根据实际情况决定，对于距离前端基站较近或者已有光缆的采用光缆，如果距离较远时需要考虑采用无线网络，无线网络根据工作频段划分有多种形式，350850MHz 频段专用于移动环境的无线微波网络系统，2.4G 和 5.8G 用于民用无需申请的无线数字网络，10-13G 专用于广电标准的无线微波网络，以及包括移动、电信的 3G 网络等，根据森林防火智能监控系统的特点以及无线网络的性价比综合分析，建议优先考虑采用性价比最高的 5.8G 无线数字网络，这是因为专用频段的无线网络设备价格昂贵，性价比低，而且与智能化监控系统兼容和匹配
18、不好，5.8G 无线网络相对于移动、电信的 3G 网络来说，3G 网络的带宽目前还无法满足视频监控实时传输的需要。而采用 5.8G 无线网络，不仅费用低而且传输带宽高，不仅可以满足第 9 页 共 57 页现有的需要，而且也可以满足未来多种应用的需要。在采用无线网络的森林防火智能化监控系统中，由于无线微波的技术特点是在直线可视距离的范围内进行传输，所以需要将无线微波的天线架设到铁塔基站较高的位置，由于森林防火监控铁塔基站一般都处于起伏的山区内，特别是在山区内，无线微波之间很难实现直线传输到监控中心，这就需要采用无线微波中继站点，借助微波中继站将微波信号中继后在传输到监控中心。对于涉及到多个前端基
19、站监控点时，先需要根据已有的铁塔基站对微波传输路径（路由）进行优化，充分利用已有的铁塔将分布在山区的无线微波站点信号进行中继传输，最后将各路无线微波信号汇聚到监控中心。2.3.后端联网监控管理平台需求分析后端联网管理监控管理平台是森林防火智能监控系统重要的智能化监控存储、管理、控制、监视、展示、自动报警、火点自动定位及展示等综合功能需求。通过后端联网监控管理平台需要实现对前端基站监控视频图像的保存，以及需要通过大屏幕电视墙在指挥中心展示，需要通过联网监控管理平台实现远程操作和控制前端基站的重型数字云台等设备进行大范围、大视野的监控；需要通过网络实现与上、下级单位联网实现统一的联网智能监控管理系
20、统。 基于以上功能需求，具体的后端联网监控管理平台主要需求如下： 联网监控管理平台软件：需要采用联网监控管理平台软件实现对前端基站智能监控点进行管理必须的系统平台软件； 联网监控管理服务器：运行联网监控管理平台软件； 监控管理客户端 PC 机：运行客户端软件； 操作台：安装管理服务器或 PC 机，便于管理人员日常管理和维护； 大屏显示系统：采用 46 寸液晶拼接大屏进行拼接组成大尺寸的电视墙用于显示视频监控图像等各种信息； LED 屏：需要采用 LED 屏安装在电视墙上端用于辅助显示文字信息； 视频解码器：需要采用视频解码器将监控视频图像解码大屏；第 10 页 共 57 页 交换机：需要采用交
21、换机连接服务器、PC 机、网络设备、监控设备等； 综合布线：需要对指挥中心进行综合布线实现设备联网，语音通讯、设备供电线路等； 静电地板：需要采用静电地板保护机房内的电子设备，防止电子设备自身和人体产生静电损坏电子设备； 防雷接地：需要采用至少小于 4 的接地系统，将机房的防雷器、静电地板等设备接入接地系统。 3.建设目标根据以上需求分析，本次项目的系统建设目标是： 建设成森林防火智能监测系统，是一套集视频监控、智能预警、指挥调度、防盗报警为一体的智能森林防火信息系统，系统能够为指挥中心提供准确、及时的现场信息，并且能够实现对森林资源、森林病虫害及野生动物实施监控，对动植物保护和树木监护，通过
22、视频监测记录发现非法伐木者，监控视频资料可以作为处罚依据 建设成以 GIS 管理软件为平台配合地面数字模型（ DEM）实现智能火点自动定位，为指挥中心提供快速准确定位信息； 建设成节能环保、安全高效的前端基站系统，采用低能耗的基站设备和先进环保的太阳能供电系统以及高安全性的防雷接地措施，为用户提供长时间无需人工维护的自适应系统。 建设成基于 IP 网络的 5.8G 无线数字微波或者光缆传输链路系统，高性能的 IP 的网络（5.8G 无线数字微波支持 54M/108m 带宽，光缆支持100M/1000M 带宽）不仅能为用户提供高质量的视频监测图像（支持D1、高清（720P） 、全高清（1080P ） ）和双向云镜信号控制，而且还能够为用户提供未来需要的气息信息采集、语音对讲、数据等多种网络业务带宽及性能，充分保护用户投资； 建设成以指挥中心决策为核心，以智能监测系统为支撑平台的森林
