森林防火预警方案

***森林公园森林防火无线传感网预警监测系统

设

计

方

案

重庆英卡电子有限公司

2012年6月21日

目录

1、概述 (3)

2、需求分析 (3)

2.1现状分析 (3)

2.2系统选型分析 (4)

2.3 设计原则 (6)

2.4系统功能介绍 (8)

3、系统总体设计方案 (10)

3.1部署方案 (10)

3.2森林防火传感器网络预警系统组成介绍 (12)

3.2.1传感网防火预警系统工作流程介绍 (13)

3.2.2森林防火预警系统-性能指标 (14)

3.3 JTG-HW/IC05火焰探测器-产品介绍 (15)

3.3.1火灾探测器部署要求 (16)

3.3.2 JTG-HW/YK05火焰探测器-性能指标 (18)

3.4 SR-300森林防火基站-产品介绍 (20)

3.4.1火灾探测传感网基站部署方案 (21)

3.4.2 SR-300森林防火基站-性能指标 (22)

3.5 GIS 预警系统-产品介绍 (23)

3.5.1预警平台管理软件系统部署方案 (24)

3.6 示范工程介绍： (25)

3.7工程预算表 (26)

1、概述

***森林公园对区域生态建设和旅游经济及社会发展有着极其重要的作用。加强生态建设，保护生态安全，是二十一世纪人类面临的共同主题，也是人与自然协调发展的首要基础。“森林重庆”的建设，既需要我们大力建设森林资源，增加森林覆盖面积；也需要我们有效的保护好已有森林资源，为地方和国家的经济社会可持续发展奠定坚实的基础。森林火灾是世界性的林业重要灾害，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失等特点。在我国，林业防火一直是林业管理工作的重点和难点，它关系着国家林业安全、环境保护、生态旅游以及人民生命财产安全等国计民生的方方面面。

2、需求分析

2.1现状分析

***森林公园位于**隧道口，占地767公顷，公园整体呈狭长形，南北长9.3公里，东西宽1.2公里，最高点达529；是**山山脉的下半段，属主城的“绿肺”之一。公园共分为百亩桃园、石林寺、森林浴场、红叶战国遗址、食用花卉、知边风情、石壁山等众多景区，我市主城首个露天浴场成为公园亮点。公园是在不破坏原始生态的基础上修建，是一处满足市民休闲娱乐的需要的“都市森林健身园”。。

随着出入森林公园游玩锻炼的人数与日俱增，火灾隐患也随之日

益突出，近几年来随着厄尔尼诺现象的出现，以气温持续偏高为主要特征的全球气候异常状况以及降水量的减少，森林火险的高危期和火灾损失的严重期也呈逐年上升的趋势，森林防火形势十分严峻，尤其是公园登山健身步道两旁的森林，是游人进入游玩最多的区域，林区枯枝松针密布，杂草丛生，是火灾的多发地点，森林防火任务相当繁重；加强对早期森林火灾防范及预警的形势日益迫切，因此开展早期林火预警监测工作迫在眉睫。

鉴于上述实际情况，***区农林水利局决定对景区内的防火重点林区实施预警监控，以促进景区森林防火的科技进步与管理创新，提高火灾应急处置的快速反应能力,彻底变革人工巡护模式为全天候自动监管模式，实现森林防火“打早、打小、打了”之根本目标。

2.2系统选型分析

目前，我国森林林区火险监控预警的方式主要有人工监测、卫星林火监测、远程林火视频监测、早期林火物联网监测预警四种方式。其中远程林火视频监测和早期林火物联网监测预警属于适用于小面积人工管护林防火的信息化方案。

卫星监测:我国目前建有四个卫星林火监测地面站，分别是国家林业局卫星监测中心、西北卫星监测分中心、东北卫星监测分中心和西南卫星监测分中心。卫星监测适用于对我国全境的林火监测，对于较大的森林火灾具有很好的监测效果，但对于面积较小的火灾以及天

空有云雾遮挡等情况则无法监测。因此，针对本标情况，属于经济集约型的人工管护林，不适合于卫星监测。

视频监控:采用重型云台和长焦距摄像机在森林至高点对区域性

林区进行摄像，后台采用软件算法对图像进行火灾智能识别。此方案最突出的优点是图像直观，最突出的缺陷是只能探测到成灾林火，不属于早期预警。该方案是将设备架设到至高点，始终存在观察盲区，在浓雾天气情况下识别困难，受灯光、太阳、雷电、大风等因素干扰，图像识别可能发生误报，一般需要结合人工进行识别，无法做到真正的无人值守。在建设过程中一般采用两种模式，一种是采用光纤传输有线供电的方式，需要向摄像观测点拉电力线路和光纤线路，建设成本高施工难度大，对环境也要造成破坏；另一种模式是太阳能、风能加蓄电池供能、微波通讯传输的方式传输、需要建设微波通讯塔，太阳能设施等，同时还要考虑防雷、防盗等因素，建设和维护成本也很高，而且其中的任何一个环节出现问题系统就将面临瘫痪的危险；***森林公园本次需要监控的林区是松树林，其特点是枝桠紧密，林区外围形成了一个紧密的包裹层，一旦在林区中的地上发生火情时，短时间内根本无法透出，因此视频监控也就无法实现早发现。

早期森林火灾传感器网络预警监测：是利用国家新兴战略发展支持的高新技术-物联网(传感网)技术。该系统采用无线传感网技术，由若干个火灾探测器、一台基站和预警平台三部分组成，在预警步道区域部署火灾探测器（视地理环境情况，大约每间隔100m部署一只），对整个登山休闲步道林区形成全覆盖网状结构，可探测到火焰面积不

超过1平方米的早期森林火险，并以无线通信方式通过相邻探测器接力跳传到预警基站，再通过预警基站向部署在预警中心的GIS预警系统发出火灾预警，以GIS电子地图方式呈现出火灾发生的准确位置、火灾面积、蔓延速度、蔓延趋势，以便预警中心及时发现火灾、科学指挥扑救火灾。该方案是国内首创的高技术、低成本、安装简单、易维护、实用化的早期森林火灾预警解决方案，经重庆市经信委组织专家鉴定得出结论：“达到国际同类技术水平，国内领先的”，是目前国内唯一将物联网传感技术应用于森林防火预警领域的商用产品；该系统的特点是通过传感器对火灾发生时产生的特定红外波长进行探测，因此与视频监控相比受环境因素的影响非常小，响应时间也快于视频监控；另外该系统安装也非常简单，只需将探测器装置在树冠下3米的树干上，对环境不会造成任何的影响和破坏。

综上比对，建议本项目采用森林火灾传感器网络预警监测系统与视频监控系统相结合的方式，实施对***森林公园重点林区的森林火灾预警监测。两种方式优势互补，结合已有的移动视频技术，形成一个完善的解决方案。

2.3 设计原则

“***森林公园森林防火预警系统”项目设计和功能的实施将遵循

以下原则：

先进性：所谓先进是指要求采用的产品和系统是当今最代先进的技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是符合国家政策重点支持

的应用系统。

保密性和安全性：必须符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。系统设计时应充分考虑数据库和应用系统的安全性，建立身份认证、权限认证，彻底屏蔽内外非授权用户的非法访问。

智能化：系统中采用的产品和系统本身必须具有智能特征，比如嵌入技术、自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统必须有良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等等。

网络化：具有自动组网智能路由功能，实现全系统无缝连接。

兼容性：做到与相关已建立好的信息系统的兼容。

成功应用：系统设计采用的产品和系统，必须是经过了一定时间市场考验的成熟产品，特别是在国内应该有成功的应用案例。

合理配置：系统设计时，应对需要实现的功能进行合理的配置，并且这种配置应该是可以被改变的，甚至在工程完成后，功能、配置的改变也是可能的和方便实现的。

良好操作：系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。特别是操作性，应使一般水平的管理人员，在粗通电脑操作的情况下通过培训能掌握系统的操作要领，达到能完成监控任务的操作水平。

可靠性：设计必须遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。这个原则要兼顾到两个方面：

系统运行可靠：系统的运行要求可靠。要求从计算机的配置到系

统的配置、前端设备的配置都要仔细考虑这个问题，对所有的设备进行认真的可靠性认证。

保存和恢复设置方便：在实际运行中，即使系统的故障率非常低，也会因为各种意想不到的原因而出现问题。所以在系统设计时要考虑到系统设置数据的方便保存和快速恢复。

开放性：即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。在系统设计中，我们选用产品和系统时，应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，设计应全面、周到，注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要，主要体现在以下方面：

智能化升级： 系统的软件是最有可能升级的，选用的系统管理软件必须有厂家的免费升级承诺。升级的操作应该相对简单，由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。

模块化结构：为方便硬件的维护和升级，设计时采用的设备应为高度集成的模块化产品。由其组成的系统应是模块化结构。这样便于系统的维护和升级。

经济性：为了确保投资合理性，要在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比最优的系统和产品，从而使系统投资物有所值，不造成盲目投资

2.4系统功能介绍

1、全天候探测：由于采用远红外波长传感技术，对造成火灾的火焰特定的波长进行探测，不受环境影响，能在各种恶劣气候条件下探测

并发现火险（灾），特别要适应大雾、雨雪天气条件下火险（灾）探测。

2、全覆盖：采用网状布点，探测器间自动组网，智能路由，形成一体的火灾监测带，能全覆盖监测林区的步道两旁纵深50米范围，无探测死角。

3、探测灵敏度：远红外火焰传感器能在20秒时间以内探测100米视角范围内着火面积不超过1平方米的早期火（险）灾，并向相邻探测器发出报警信息，通过接力跳传和智能路由技术选择最短路径将报警信息传到预警基站。

4、火灾定位：通过探测器相关联的坐标信息，能报出火险（灾）的精确位置，即火险（灾）的经纬度和地名，误差范围不超过50米。

5、面积测算：能根据探测器上传的多个着火点位置坐标参数测算出火险（灾）着火面积。

6、根据不同编号的探测器传回的报警信息，可测控火灾着火位置、蔓延速度、蔓延方向和发展趋势，为扑火指挥提供科学的决策依据。

7、火险（灾）预警：能通过基站发出声光报警，通过后台短信服务平台向相关人员发出手机短信报警及通过指挥服务平台发出网络报警信息。

8、指挥调度方便：报警后火情一旦确认，指挥扑救人员可通过任何一台联入互联网的微机采用WEB模式查看现场地图，同时能通过固定视频和辅助移动视频系统回传的现场视频图像，查看现场火情，并结合现场实际情况，产生一套切实可行的扑火方案，可以联动相关

的单位、人员以及扑火物资，得出扑救具体措施和最佳路线方案的切实可行的预案。

9、信息记录：能够记录火险（灾）发生的时间、位置、面积和报警信息等信息，方便事件回查。

10、扩展接口：能开放火险（灾）预警接口，支持景区GIS平台定位及预警火险（灾）信息。

11、防盗告警：在监控探测点装置防盗传感器，有盗窃探测器时，短信及中心同时告警，保护用户投资，将损失降低。

12、GIS地图：提供二维地图与三维电子地图及平面地图联动，管理人员可任意切换。地图显示可任意放大缩小。

13、林业防火管理工作人员可通过本系统进行日常防火工作的管理，并能根据相应权限对系统信息进行管理和维护。

14、投资省，建设快，安装简单、对环境无破坏、特别适合无通信线路、无电能、的情况

15、WEB服务，界面清晰、操作简单。

3、系统总体设计方案

3.1部署方案

本次工程拟对***森林公园登山休闲步道（约2.3公里）两旁50米范围的林区实施森林防火预警监测。

探测器部署示意图

根据现场踏勘数据测算，共计需要安装火焰探测器24只，呈带状部署在观景塔周边约2.3公里的登山步道上，对步道两旁50米范围的林区内，形成火灾监控预警网络（如上图所示）；预警基站1台，安装在林场管护站内，提供GIS预警平台系统服务账号，为指挥调

度提供实时高效服务。

3.2森林防火传感器网络预警系统组成介绍

森林防火传感器网络预警系统，是利用传感技术、卫星定位、地理信息、人工智能等高新技术研制的物联网系统，适用于城市森林、自然保护区、旅游景区、森林公园等林业生态环境，可对监测区域实现全数字、全覆盖、全天候火情监测，可探测着火位置、蔓延面积、蔓延速度、蔓延方向和发展趋势，真正实现森林火灾“打早、打小、打了”；该预警系统由：火灾探测传感器网络、防火基站、移动视频辅助系统和GIS预警平台系统四部分组成。火灾探测传感器网络由分布在森林边界及林内的若干个火焰探测器构成，每个火焰探测具有火焰探测和无线通信功能，可在10秒内探测到100米范围内不超过1平方米左右的早期火焰，并通过无线通信方式向相邻探测器发送火情消息，并自动在网络中以“接力”方式跳传，直到将火情传到防火基站，

再由防火基站通过GPRS远程无线传输到GIS预警系统，以三维电子沙盘地图方式呈现火灾现场情形。

传感网防火预警系统逻辑架构如下图所示:

电子防火预警系统逻辑架构图

3.2.1传感网防火预警系统工作流程介绍

传感网防火预警系统工作流程图如下图所示:监控林区一旦发生火情，无线火灾探测器就能够在不超过20秒时间内发现探测窗口范围内不超过1平方米的火焰，并将火灾定位信息通过相邻探测器以无线跳传得方式以最短的路径发送到防火预警基站，预警基站发出声光报警的同时，通过GPRS和有线网络（有线网络优先）的形式将火情定位信息发送到GIS预警系统平台和后台短信服务平台，短信服务平台向相关人员发出短信报警，接到报警信息的指挥管理人员通过我公司提供的服务账号通过就近的可以接入互联网的计算机登录进GIS预警系统服务平台，查看现场地图，同时还可以观看移动视频辅

助系统传回的现场视频，结合防火预案进行扑救指挥。

系统工作流程图

3.2.2森林防火预警系统-性能指标

?火焰探测：50m ，可探测不大于1平方的火焰

100m，可探测不大于2平方的火焰

?温度探测：可探测环境温度-40-120度，误差1度；

?抗干扰：内置人工智能算法，可抗太阳、雷电、电磁干扰；

?无线传输：RF433MHz无线通信，通信距离：1-300m (视环

境而定)；

?自组网络：探测器自动组成传感器网络，无线“接力”跳传；

?自动路由：探测器自动发现故障节点，重新选择传输路由，寻

找测控基站；

?自动防盗取：探测器移动，将改变原有路由，可探测移动路径；

?复合供电：高能锂离子电池结合光能板供电，平均使用寿命约

6-8年；

?预警功能：火情定位、着火面积、蔓延速度、蔓延方向、蔓延

趋势；

?预警方式：向预定人员手机发送火情位置，三维GIS地图呈

现火情；

?无人值守：预警基站发起强烈声光报警，同时向手机发送消息，

全球可送达；

?外壳保护：IP66，野外曝晒雨淋；

?外形尺寸：体积小巧，安装方便；

3.3 JTG-HW/IC05火焰探测器-产品介绍

JTG-HW/IC05火焰探测器，是集火焰探测、温度探测、无线通信、自组网络、自动路由等功能于一体的智能型火焰探测器，具有功耗低、探测准、传输远、抗干扰等显著特点，适用于城市森林、自然

保护区、旅游景区等区域性大面积森林防火预警。

?火焰探测：高灵敏，可探测至100m距离火焰；

?环境探测：盗伐林木、环境温度、环境湿度（可选择配置）；

?传输距离：空旷空间大于300m，森林环境约100m；

?使用寿命：高能量锂电池结合光能板供电，平均寿命6-8年；

?自组网络：间隔100m左右部署，自动组成网络，自动寻找

防火基站；

3.3.1火灾探测器部署要求

本次工程拟对***森林公园登山健身步道（约2.3公里）两旁50米范围的林区、这个游人活动频繁的区域部署24只火灾探测器,形成防火预警监测带。

火灾探测器部署应遵循以下要求：

（1）探测器间距：在探测器火焰探头可视范围小于100米的区间部署（具体间距根据现场地形地貌的情况确定）。

（2）探测器冗余：相邻探测器间呈矩阵形，相互之间须覆盖在通信距离内冗余范围内，避免个别探测器失效中断网络。如图1所示：

图1传感网探测器部署图

（3）探测器朝向：探测器天线应朝上方，探测器火灾探头应朝向火灾观测区域，呈水平10度向下俯视角。

（4）探测器高度：探测器离地面至少3m以上，推荐离地高4m。

探测器的安装如图2所示。

探测器搭载树木

图2 传感网探测器安装图3.3.2 JTG-HW/YK05火焰探测器-性能指标

3.4 SR-300森林防火基站-产品介绍

SR-300森林防火基站，是集网络火情接收、远程火情转送、探测器网络管理、无人值守预警、火情报警提示于一体的森林防火测控主机，具有高可靠、高稳定、自恢复等显著特性，支持无人值守火情预警监控的功能。

?火情接收：部署于传感器网络附近200-500m，可接收传感器

网络的火情消息；

?远程传送：通过GSM短消息和有线网络TCP/IP协议发送到

预警系统；

?无人值守：将火情位置直接通过GSM短消息或有线网络

TCP/IP协议发送到预警平台；

?火情报警：直接驱动报警灯发出强烈声光报警，作用范围大

于50m；

?网络管理：可发起网络路由、网络温度采集、网络巡检命令，