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“森林眼”,林业“触网”迈向信息时代的杰作  

2014-12-27 22:22:14|  分类: 林业新闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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步入信息时代,物联网应用越来越受关注。这一整合感知识别、传输互联和计算处理等功能的新事物,悄然进入林业视野,成为林业加速现代化发展的新方向。

“森林眼”的问世,正是林业“触网”的经典力作。

作为国家发改委、财政部、国家林业局在吉林森工集团开展的森林资源安全监管与服务首批国家物联网应用示范工程建设项目、国家林业局信息化示范省项目,历经5年潜心研究与试点实验,“森林眼”通过了国家林业局科技成果鉴定,主要技术指标达到国际领先水平。

这一成果将尖端信息技术高度集成,实现了巡航周期短、监控全天候、图像识别高、定位精度准、数据实时传等功能于一体,填补了专业应用领域多项空白,有效地提高了森林资源保护特别是森林防火的监控能力,成功推动现代林业逐步迈向智能化、精细化和高效化。

触网,点亮智慧林业

传统林业期待变革,呼唤科技发展改变面貌。

以发展现代林业为己任,吉林森工长期高度重视信息化建设,集团董事长柏广新多次主持会议专题研讨信息化工作,并结合集团发展实际做出了“信息产业化、产业信息化”的战略决策。2009年,国家林业局将吉林森工作为全国首批林业信息化4个示范省之一。集团顺应市场发展趋势,用产业化运营的方式,推进和反哺信息化发展,出资成立了吉林林业信息科技有限责任公司(以下简称林信科技),开始了林业智能监控领域的探路。

作为生态文明建设的主战场,林业绿色发展与保护成果同等重要。有报道称,“不冒烟的森林火灾”每年导致中国直接经济损失1100多亿元,同时,森林火灾造成的巨大损失,也让生态安全受到极大威胁。实现我国林业“双增”目标的国际承诺,需大力提高森林资源保护水平,“守住”来之不易的林业建设成果。无疑,科技创新成为提升保护实力的加速器。

正当各方努力求新之时,物联网应用时代来临。林信科技抓住发展新浪潮,跟随林业信息化加快的步伐,“触网”攻关,成为首批破局者。

物联网,被誉为继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命,它的应用意味着智慧时代的来临。这个并不被人们熟知的领域,却成为世界各国争相抢占的科技制高点。

美国率先将物联网计划升级为国家战略,日本推出了基于物联网的国家信息化战略,韩国将物联网市场确定为新增长动力,加拿大、英国、德国、芬兰、意大利等国家纷纷投入大量资金,用于物联网应用技术的开发。

紧跟时代发展脚步,我国把物联网提升到国家战略层面,将加快物联网的研发应用纳入重点产业振兴。

特别近年来,我国针对物联网发展的政策不断出台,发改委、工信部、科技部等多部委共同制订了10个《物联网发展专项行动计划》。如今,在我国交通、建筑、物流、医疗、军事等领域,已经呈现出物联网应用带来的改变。

对于相对传统的林业,物联网应用是个全新课题。专家称,维护林业生态安全,物联网大有可为。早在2010年国家林业局信息办主任李世东就提出了建设“智慧林业”的设想;又于2011年主持了“感知生态?智慧森林”项目可研编制和申报工作,为林业物联网示范工程建设做好了顶层设计,描绘了美好蓝图。

以森林火灾为例,它具有突发性、随机性,在短时间内能造成巨大损失。一旦发现火情,必须快速采取扑救措施,以防止火势扩大、蔓延。

扑救是否及时,决策是否得当,取决于对林火行为的发现是否快速,分析结果是否准确。为此,开发高精准度、实时监控的森林防火监测与预警系统产品迫在眉睫。

有需求就会有市场,有市场就会有动力。近年来,不少科技公司纷纷涉足林业,研发的相关产品琳琅满目。遗憾的是,在实际应用中,因产品始终无法与林业实情高度贴合,暴露出许多问题。

林业的复杂性、应用的需求点,只有林业人自己最清楚。林信科技以“来源于林业、立足于林业、服务于林业”为出发点,力求在远程智能监控系统产品等关键技术上寻求突破,提高我国森林资源安全监管与服务的整体水平,推进智慧林业的快速发展。这一举动得到了国家林业局和相关部门的肯定及吉林省林业厅的大力支持,“森林眼”获得了国家发改委产业化项目支持。

虽然进入新的高科技领域,每一项破局都异常艰难,但在多方支持下,林信科技研发的“森林眼”产品在不断自我否定、不断探索中完善,逐步成长为林业生态资源监管领域的开拓者和引领者。

破题,逾越技术高地

“森林眼”产品的诞生是对传统产品的一个颠覆。

产品拥有精准、高效、实时等一系列看似简单的功能,却因在林业这一复杂环境中的应用,变成了一个个难以逾越的技术高地。

走进“森林眼”产品演示厅,一个仅有篮球两倍大的前端监测设备摆放在角落的高台上。《中国绿色时报》记者感受了一次森林防火监测与预警系统高效、精准带来的震撼。当记者将点燃的酒精灯任意放置在某一角落时,短短几十秒后,后方监测平台响起了报警声,监控屏幕上闪烁着红色报警提示,火点坐标同时出现在屏幕上方,工作人员的手机也几乎同时收到了报警信息。

这虽然只是一个小小的演示,却在实战中有着重要的价值。“森林眼”是如何做到的?它究竟取得了哪些突破?

在林业专家的指导下,林信科技系统梳理了当前应用产品无力适应发展形势的种种缺陷,有针对性地开发“森林眼”各项功能。

无法实现尽早发现、精准定位,就不能实现及早扑救。被视为当前最先进的卫星监测,虽然可以监测到火场蔓延情况,但一般情况下对面积小于1平方公里以下的火灾无法准确识别,且存在卫星过境间隔时间长、受天气影响大等问题;大林区常用的航空巡护虽可以进行林火的探测,但最大弊端是难以实现火点准确定位,同时受航线、时间、天气的制约,无法实现全天候监控,巡护费用也较高,且无人机一旦失事,也会成为森林火灾的另一大隐患;应用最广泛的地面巡护,受人类自身能力因素影响极大,特别是交通不便、人烟稀少的偏远山区,地面巡护难以完成;最传统的瞭望台监测,受地形地势限制,存在死角和空白区域,且无法精准定位,不利于扑救指挥工作的开展。

跟随林信科技负责技术研发的副总经理夏亮走进公司长春研发中心的组装和测试车间,原本不善言词的他一下打开了话匣子,向记者介绍起“森林眼”在业内无人可比的几大优势。

无死角、周期短,监控更加高效。自主研发的可程控变速高精度球台,巡航速度快,能够在30分钟内完成15公里半径区域的无漏点巡航与预警。从而实现了前端无人值守,降低了后台因工作懈怠造成监控不到位的问题。

不分白天、黑夜,实现24小时监控。“森林眼”前端监控设备采用红外热成像和可见光成像双识别引擎工作模式,可实现24小时不间断监控。

烟火均识别,最大限度降低漏报率与误报率。系统配备红外热成像、可见光成像双识别搜索引擎,结合6种运动补偿技术、4种显著性检测技术,提取图像的82维特征,进行25种分类器融合智能分析,全面实现烟火等目标的精准识别。在烟雾对比度为5%的情况下,对2×2像素火目标和7×7像素烟目标系统漏报率小于1‰、误报率每万公顷平均每天小于3次。

定位更准、传输更快,为快速和科学制订扑救方案提供支撑。前端监控球台指向精度指标小于0.0038度,最大轴向定位误差小于61米,最大径向定位误差小于1米。通过将前端球台的返角信息、报警信息与视频信息进行同帧编码、同步回传,确保了火点的准确及时定位。

每一个突破都是一次登顶般的艰难跋涉。

在众多突破中,自主研发的图像识别算法是研发团队最自豪的成果,也是研发过程中最艰难、最核心的技术。

“远程图像识别技术原来主要应用在军事领域的经纬仪上。在研发过程中,为了尽快突破技术难题,我们与掌握这项技术的国内顶尖科研团队达成了深入合作,但很快发现了新的问题。”夏亮告诉记者,“一方面是军工产品要求精度甚高,常规精密加工方法很难完成,需要大量的手工配合,很难实现产业化,且价值高昂,一台设备高达几百万元。另一问题十分致命,设备工作的场景差别巨大,在林区无法实现烟、火的准确识别。”

夏亮解释到,林区背景比天空背景要复杂得多。林地起伏,存在高低落差,且山高林密;林区中的树叶随着四季更替而变化;部分林区有路、有车、有人,甚至还有炊烟袅袅的村庄。在各种因素组合而成的复杂背景下,实现烟、火的准确识别的确难度很高。

为了破解这一关键技术难题,林信科技高薪聘请了6位毕业于我国数学领域学术声望较高的吉林大学数学系计算数学专业博士,组成了自己的博士科研团队,专攻图像识别算法的新技术。经过上万次反复试验,获得了大量的测试数据,增强了火情识别算法的适应性,完善了火情识别算法,获得了各种条件下的最佳参数设置。经过几年漫长而磨人的系列攻关,终获成功。

记者深入了解发现,林信科技针对林业不同地域和运行中可能发生的问题,列入了“破解”范围,让“森林眼”产品有着“温情”和广泛适用性。

前端监控设备在寒冷的北方林区难以正常运转是一大难题,通过不断对各种配件进行测试,最终“森林眼”通过了零下45度到零上75度的温度变化检测,保证了产品在南北方不同温度环境中均能适用。

如何破解前端设备用电不间断、并实现连续传输的难题?通过设计,“森林眼”智能监测站采用了光纤、微波主备双传输模式,配备了市电、直流远程供电、风光互补和72小时供电系统,实现了稳定性更高的效果。同时,增加的设备远程管理和维护功能,解决了因监测站点分布在森林深处,造成的交通不便和现场维护管理成本高等问题。

每一处细节的设计,都体现出林信科技的用心。如今,林信科技成功研制出的“森林眼·森林生态资源监管平台”,构建了天网、地网、人网和林网一体化感知体系。伴随着产品的不断创新,公司实力不断增强。

目前,林信科技研发人员占到了70%,公司已拥有专利权和著作权30多项。前端监控设备通过了中国合格评定国家认可委员会(CNAS)及中国赛宝实验室等权威检测机构的认证,并以林业和吉林省唯一一家企业获得了国家发改委产业化项目支持;“森林眼”森林防火监测与预警系统通过了国家科技成果鉴定,鉴定结论显示,“该成果创新性强,较好地满足国家森林火灾监测应用需求,主要技术指标达到国际领先水平。建议有关部门尽快大力推广,将此产品尽快投入到森林防火监测应用中”;作为林业和吉林省唯一一家入选企业,公司产品被发改委、财政部、国家林业局纳入国家首批物联网应用推广试点工程;公司产品已通过安防产品“中国强制认证”,成为同类企业中唯一一家……

感知,管理融入科技

在众多荣誉的光环下,“森林眼”以“明星”的姿态走上了林业的大舞台。

在实际应用中,“森林眼”是否同样出色?松江河林业局是“森林眼”产品创新的另一贡献者,从物联网项目落地后,这里就成为试验地。

“‘森林眼’森林防火监测与预警系统对烟火十分‘敏感’。”松江河林业局总会计师周辉说,“虽然从开始运行使用至今,林区境内未发生一例森林火情,但在2013年秋季防火期间,农田烧荒、工地施工所产生的非林火情,均未逃过‘法眼’,产生了61次火情报警,没有一次漏报。”

松江河林业局防火任务较重,辖区不仅处于长白山保护区内,而且林区内政企交错、农林混居、点多面广,环境相对复杂。2011年起,林业局作为示范区开始“森林资源安全监管与服务物联网应用示范工程”建设,把8座“森林眼”智能监测站安装在了大森林里,实现了林区监测全覆盖。巡防工作方式从传统的“走着巡”变为“自动巡”。

在松江河林业局森林防火指挥中心,监控屏偶有汽车穿过的实景,这一实时传送的动态画面信息,来自白溪监测站26米高塔上的“森林眼”。据工作人员介绍,整个林区安放的8个“森林眼”可全面监控施业区16万公顷的森林。前方无需专人值守,后台一人监控即可实现在30分钟内将林区全部巡航一遍。

松江河林业局防火办主任丰光边演示边介绍,该系统可以直接切入到任意需要监测的地点,实现定点观测;前后台信息传输实时传输,火点发现更及时;在监测到火点后,可立刻报警,并提供合理扑救路线等方案,对及时开展科学扑救提供了支撑。丰光十分感慨地说:“今天虽然是大雾天,但‘森林眼’却能突破这一障碍,将林区的实况清晰的反映在屏幕上。”

吉林省森林防火指挥部对这一创新产品的研发更是给予极大关注与支持。全省连续34年无重大森林火灾的荣誉,使他们更加重视防火工作中先进性、高科技手段的运用。在“森林眼”的研发过程中,林信科技采纳了吉林省森林防火指挥部根据实际难点提出的很多建议,促使产品更有针对性和实战效果。

20124月,产品研发成功后,吉林省森林防火指挥部快速组织,对“森林眼”关键性指标进行了专业测评。测试历经3天的时间,在林区布设的8个火点中,最小火线长度1.2米,最远识别火情距离15.57公里,“森林眼”森林防火监测与预防系统实现了零漏报;从点火到发现,平均时间为11分钟;平均定位直线误差36.35米。

通过测评,“森林眼”各项技术指标符合吉林省防火办提出的“三大监管技术原则”,即30分钟内准确发现火情,火点定位误差小于100米,漏报率小于1‰;得到了指挥部的高度评价。

有为才有位。“森林眼”的成功研发将林信科技推向了行业领军者的席位。在系统研发、测试、实施过程中,公司和吉林省森林防火指挥部创造性的总结和提出了一系列森林防火预警领域的相关行业标准。

2013年,林信科技被国家标准委和国家林业局确认为全国森林防火视频监控技术标准制订的牵头单位。

国家林业局防火办、计财司、科技司、信息办的领导曾多次到松江河试点调研,从行业主管部门的高度对产品业务应用和项目投资建设等方面给予了很多的关怀和指导。

从研发到应用,“森林眼”不仅解决了功能与技术“有没有”的问题,更解决了“能不能用”的问题。真正让现代科技走进了森林,让森林管理融入了科技。

出击,实现立体监控

实际上,“森林眼”并不是森林防火的专属创新,它已成为林业资源监测工作驰骋在信息时代的“发动机”。

运用森林防火监测与预警的核心技术,林信科技的“森林眼”产品拓展运用到多个不同的领域,实现“一双眼”对森林生态系统的立体监测。

在林信科技的展示厅,记者看到不同大小的“森林眼”前端监测设备整齐地陈列着,林信科技的“野心”也由此昭然若揭。

2011年,根据发改委、财政部物联网应用示范工程批复精神,吉林森工集团对开展森林资源安全监管与服务工程建设项目设定了大的目标:全面、实时和系统监控严重威胁我国生态安全的森林火灾、乱砍滥伐和不合理开发利用等重大问题,提高森林资源安全监管与服务的整体水平。

构想已经得到实现。目前,林信科技已开发出森林防火、林政管理、野生动物保护等多种资源全方位监管、信息化共享的森林眼·森林生态资源监管平台。

技术研发人员告诉记者,产品功能已经十分强大。在森林气候监测应用中,它可发挥生态定位站的功能,可实时提供温度、湿度等气象数据,对负氧离子含量、森林固碳量等数据进行采集、统计、分析;在野生动物保护应用中,可实现对动物进行准确识别和跟踪监控,记录活动情况,发现偷猎行为,并可以远程控制投放食物;在林政管理应用中,对森林生长、采伐、运输、销售等环节,进行监测管理,对人员、车辆等进行有效识别。

有专家表示,森林眼·森林生态资源监管平台在加快推进业务整合、资源整合、管理整合的同时,还可以进一步整合各业务专项资金,避免重复建设,便于资金统筹安排、控制投资成本。

目前,“森林眼”远程智能监控设备已开发出多种型号,适用于林区面积大小不等的监控需求。监控设备已实现产业化生产,可实现年产千台以上。随着产品线的丰富,公司计划进行产能升级。

随着防火实战的精准运用,“森林眼”声名远扬。目前,黑龙江、内蒙古、四川等地20多家林业局签订了采购合同或试点应用合同。“森林眼”正从吉林本省走向全国,走出国门。

记者了解到,作为国内唯一一家选入企业,林信科技的“森林眼”被选入中国对外合作项目,开始在老挝边境部署,用于中老边境地区森林防火视频监控。

“‘森林眼’产品技术在国内外处于领先水平。”林信科技总经理李波介绍到,在“森林眼”产品研发完成前,国际上也还没有满足森林资源安全监管业务需求和技术指标要求的产品问世。随着各国对森林资源保护的重视程度越来越高,为“森林眼”产品提供了巨大的潜在市场。

为了更适应林业发展和市场需求,“森林眼”还在不断升级,向着更智能、更小巧、成本更低等多方面发展。李波告诉记者,林信科技已在深圳设立研究所,计划利用深圳的地缘优势和高技术人才优势,进一步增强公司科研实力和产业化生产水平。未来,“森林眼”将以更大的“视野”覆盖中国、走向世界。

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