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“日全盲紫外森林防火智能报警系统”

发表时间:2019-09-18 16:01

“日全盲紫外森林防火智能报警系统”

一、潜在应用领域

1、防止森林火灾的重要意义

森林资源是重要的陆地生态系统主体,是构成自然生态环境的基本自然物质要素,发挥着涵养水源、保持水土、防风固沙、净化空气、降低噪音、降温增湿、调节气候等作用。据国务院新闻办公室公布的第六次全国森林资源清查结果显示,我国现有森林面积 1.75亿公顷,森林覆盖率已恢复至 18.21%,人均森林面积 0.132公顷,森林蓄积量124.56亿立方米,人均森林蓄积量9.421立方米。虽然我国的森林资源保护和建设工作已经取得一些成就,但是森林资源保护和发展的问题依然十分突出:总量不足,我国森林覆盖率仅相当于世界平均水平的61.52%,居世界第130位,人均森林面积不到世界平均水平的1/4,居世界134位,人均森林蓄积量不到世界平均水平的1/6,居世界第122位。因此,森林资源对我国来说十分珍贵。

森林资源是重要资源财富,世界各国都将森林的保护提高到生存的高度认识。对森林造成破坏最大的莫过于森林火灾,森林火灾不仅烧毁森林植被,影响林木生长和更新。破坏森林结构,危害生态平衡,它还烧毁林区设施,破坏森林经济,造成人民生命财产的重大损失。因此,防止森林火灾对国家和人民有着重大的意义。

2、森林火灾的危害

森林火灾是林火在失去人为控制后,在森林开放系统内,自由蔓延和扩展,给森林生态系统和人类带来一定损失的破坏性燃烧。其突发性强,对森林生态系统及森林生态平衡影响较大且破坏力较强。森林火灾发生后,往往造成很大的经济损失,它向大气中释放各种温室气体,从而对全球环境和气候变化产生很大的影响。据统计,全球平均每年发生森林火灾22万多次,年均受害面积达640万公顷,占全球森林面积的0.18%左右。如何防止森林火灾,已经是全世界难以应对的课题。森林火灾产生的巨大破坏作用表现如下:

烧毁林木:森林火灾烧死烧伤林木和林下植物资源,使林木蓄积量和植被数量减少,对森林生长环境造成严重的破坏。遭受火灾的森林很难恢复原貌,常常被灌丛取代。

污染空气:森林本身具有净化空气的作用,每公顷树林每天约释放氧气350千克,吸收二氧化碳460千克,然而森林火灾却能产生大量的二氧化碳、一氧化碳等气体,造成空气污染,危害人类健康。

水土流失:森林具有良好的涵养水源和水土保持能力,森林火灾的发生大大削弱了森林的这种功能。森林火灾后往往伴发着水土流失,严重时还会引发山洪暴发、泥石流等自然灾害。

物种多样性减少:森林火灾不仅直接烧伤、烧死野生动物,而且破坏其赖以生存的环境。很多野生动物因森林遭到破坏而灭绝或处于濒危。

社会经济损失:森林为人类提供了工业原料、燃料、饲料、肥料及油料,火灾发生后会造成最直接的经济损失。

3、我国森林防火形势

我国是世界上森林火灾比较严重的国家。统计资料表明,仅2005年全国就发生森林火灾11542起,受害森林面积 73701.3公顷,伤亡152人,全国投人扑救森林火灾经费达13412万元。近年来,随着经济的发展,我国的森林防火减灾形势也更加严峻。全球气候异常、温度上升,干旱、高温、大风或极端低温冻害等异常天气增多,使我国发生森林火灾的危险性也将越来越大,森林防火减灾面临更加严峻的挑战;随着造林绿化加快,森林面积特别是易着火的幼林面积逐年增加,林内可燃物增多,火险等级升高,森林防火任务和难度不断加大;随着退耕还林和天然林保护工程的全面展开,林区的林情日趋复杂,火源管理难度越来越大;随着林区旅游开发和山区经济的发展,进入林区的人员增多,加之传统的烧荒、烧田埂、烧灰积肥等农事用火很难从根本上改变,拜坟祭祖、烧香点烛、燃放鞭炮等习俗根深蒂固,野外火源管理的难度将进一步加大。这些都给森林防火工作带来新的挑战。

目前我国森林防火工作总体上还处于一个较低水平,预防上死看死守。指挥上凭老经验,扑救上人海战术。还没有形成一套对森林火灾的监测、预警、应急一整套切实可行的方案,还有待于认真研究和探索。因此,降低火险、加强早期预警、加强应对与处置仍是我国森林火灾管理的重点。

4、森林防火潜在目标市场体量

森林防火智能探测系统最直接的目标客户包括:各省市国营林场及各大森林公园(包括国家级、省级)。就国家统计局的相关数据显示:现今我国拥有国营林场计4507个、国家级森林公园761处、省级森林公园995处、我国目前共有国家级森林公园760余处。关于国营林场森林防火智能系统的市场接受度,据与行业内较为资深的企业重庆海普市场部经理的交流,现阶段国营林场安装或意愿安装智能防火系统的企业不足三成。根据互联网海搜,目前已经安装智能监控防火系统的国家级森林公园的数量在40家左右,从海搜数据上来看,安装或意向安装森林防火智能系统的公园仅占全国森林公园的百分之五点二。但通过进一步的抽样调查,在全国范围内随机抽出38家森林公园,发现其安装或意图安装森林火灾智能监控系统的公园有17家,智能监控系统安装或意向安装比例超过百分之四十。长三角地区这一比例尤高,超过五成。这就意味着在全国范围内,国家森林公园的意向或已安装森林火灾监控系统的比例要高于国有林场10个百分点。

5、森林防火产业的市场规模

由于森林火灾频繁发生,造成巨大的人员伤亡与经济损失,各国对森林防火产业投入不断加大,相关设备销售额度不断攀升,2006年全球森林防火产业销售额1.24亿美元,2007年达到1.37亿美元增幅达到了10.6%,截至到2010年,全球森林防火设备销售额每年的增长率超过百分之十。如下图所示:


下图为产业盈利水平示意图:

鉴于我国林业产业规模相当庞大,林业产值在整个国家GDP中占有相当比重,且每年因森林火灾造成重大直接/间接经济损失、人员伤亡,森林防火(预警监测)市场体量较大,产业处于上升阶段,存在高额商业利益,极具开发的潜力。


二、现有产品的技术路线(设备)

森林防火是一项系统的工程,涉及面较为广泛,其概念包括森林火情预警、森林火情监测、火灾的扑灭手段(设备)。每一种技术或概念既有相联又有区别:

森林火情预警:所谓火情预警是指在森林火灾实际发生前,对各种数据进行科学的处理,如天气的问题、森林的干燥度、风力的等级等,测算出近期森林火灾发生的概率。当然,因雷击造成的森林火灾时可以通过相关设备进行预测的,如美国/加拿大地面雷击火监测系统(后文有详细介绍)

森林火情监测:森林火情监测是指利用各种技术手段(如飞机巡航、红外云台监测)对森林进行实时监测,当发现火情发生时及时告警并持续监测,以引导消防人员进行扑救。

森林火灾扑救手段:森林火灾扑灭手段多样,既有高技术含量的林业飞机撒水/撒化学剂、发射灭火弹等也有一般性技术含量的手段如便携式的风力灭火机、各型号的割灌机等。

公司目前所从事的为森林火情告警监测系统,就现阶段而言该领域按照技术难度(复杂程度)依次可分为:卫星监测、飞机(红外)监测、飞机(微波)监测、地波雷达监测、地面红外云台监测、地面雷击火监测、地面视频监测等。


三、公司紫外波段的技术背景

日盲紫外波段(240-285nm)是光学研究领域的高峰,世界各国不少研究机构都希望在此方面有所突破。

日盲紫外波段,波长约在240-285nm,该波段光子由太阳发出后经地球大气层时,被臭氧层所吸收,因此在地球表面,自然情况下无此光源信号。日盲紫外波段(光源信号)具有特殊的性质,如极强的破雾性、抗干扰能力等。基于以上种种特殊的性质,该波段紫外探测技术可应于多项领域。

日前,该技术已成功应用于电力巡线,对高压线及输变电设施的“电晕”进行探测计数,相关的产品已投入市场,成绩斐然。

紫外波段探测技术对高温物体相当敏感,可应用于森林火灾告警监控,根据浦口实验的结果显示,利用现有电晕探测模块的探测器对1立方米的火源进行监测,在同一水平位置其有效距离可达到1.3公里,如将其置于高处,视角不受地形或遮蔽物的影响,探测距离应该会有进一步的提升。相对于现有森林火灾告警及监控常见的设备红外探测器而言,紫外探测器的优点在于具有极强的破雾性和抗干扰能力,对多雾多雨的森林环境来说,紫外探测器可以在环境上持续工作不受干扰。最为关键的一点是:日盲紫外探测模块的森林火灾告警监控系统的“虚警率”远低于同类红外产品。(红外产品对温度依赖度过高,在夏天气温高的情况下,极易出现误报的现象)


四、公司介绍

北京汇众思壮图像技术有限公司是一家专注于机器视觉和图像处理领域技术研发的高新技术企业,是业界领先的机器视觉产品制造商和系统解决方案供应商。我们始终以“创新”为核心,并逐年加大研发经费投入,具备了强大的自主创新和持续研发能力,为视觉产品开发和服务体系建设奠定了坚实的技术基础。我们始终坚持客户的利益高于一切,将一如既往的践行对客户的承诺——提供业界领先的技术、高性能的产品、高质量的服务。

五、相关建议

基于上一阶段森林防火(监控告警系统)相关资料的搜集分析,我们可以作出如下判断:

卫星监测(告警)森林火灾是目前科技含量最高、复杂度最强、监控范围最广的技术手段。卫星监控(森林火灾)一般是由国家政府层面来实施,对一般公司来说,不具备该项能力

飞机(无人机)林业巡航(监测)作为机动、高效的森林火灾监控手段,在发达国家应用较为常见,特别是美国及加拿大,由于飞机巡航成本较高,现阶段我国绝大部分地区不宜采用此种手段,但值得注意的是,如将“日全盲紫外森林防火智能报警系统”应用于中小型无人机上,其飞行成本相对低廉,存在潜在的市场。(注:沈阳林业局防火办已用无人机拍摄的方式进行森林火灾监测)

根据调研,我们发现现阶段国内较为主流的森林火灾监控告警系统一般采取固定云台的方式,比较主流的技术有:红外探测、视频监控、智能视频监控(烟雾识别市场接受度不高)。在与行业内的厂家接触过程中,我们发现,目前市场对森林火灾监控告警系统的接受度还有待提高,据公司业务经理的介绍,国内国有林场安装或有意向安装的企业不足3成。最主要的因素在于价格。比较而言,国家公园特别是知名景区对该技术的接受度相对高一些(前文已涉及)

希望公司所研发的日盲紫外森林防火监控系统可以考虑采取多模块设置,至少有红外模块。有两个理由:其一、双模块设置(紫外、红外),两个模块交错使用,在红外模块可以有效进行监测时开启红外模式,雾天、高温等天气时开启紫外模式,这样可大大提高系统的使用寿命;其二、双模块设置可提高市场的接受度,作为一个新技术,市场对产品的接受度到底有多高值得考虑,而在现有常见、成熟的技术上叠加新的技术可的规避一些市场风险。

关于项目推广的一些想法,在搜集资料过程中,证实了一些事实,诸如较大的国家森林公园,或者说行政级别较高的森林公园,如安徽黄山、江西庐山等,设有专门管理局,所采购设备直接由相关管理部门直接招标采购;而规模较小的森林公园,特别是建立在市内的森林公园,其森林防火设施的采购,是由所在省市林业部门统一招标采购,或者将市内的国家森林公园纳入城市的森林防火系统当中。北京大兴就采取相关模式,这也就是意味着,在项目的推进中,所接触的部门大多还是各省市林业主管部门。


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