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“森林眼”,林業“觸網”邁向資訊時代的傑作

  • 發佈時間:2014-12-23 09:52:25  來源:國家林業局網站  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  中國綠色時報12月23日報道(記者梅青李松齡) 步入資訊時代,物聯網應用越來越受關注。這一整合感知識別、傳輸互聯和計算處理等功能的新事物,悄然進入林業視野,成為林業加速現代化發展的新方向。

  “森林眼”的問世,正是林業“觸網”的經典力作。

  作為國家發改委、財政部、國家林業局在吉林森工集團開展的森林資源安全監管與服務首批國家物聯網應用示範工程建設項目、國家林業局資訊化示範省項目,歷經5年潛心研究與試點實驗,“森林眼”通過了國家林業局科技成果鑒定,主要技術指標達到國際領先水準。

  這一成果將尖端資訊技術高度整合,實現了巡航週期短、監控全天候、圖像識別高、定位精度準、數據實時傳等功能于一體,填補了專業應用領域多項空白,有效地提高了森林資源保護特別是森林防火的監控能力,成功推動現代林業逐步邁向智慧化、精細化和高效化。

  觸網,點亮智慧林業

  傳統林業期待變革,呼喚科技發展改變面貌。

  以發展現代林業為己任,吉林森工長期高度重視資訊化建設,集團董事長柏廣新多次主持會議專題研討資訊化工作,並結合集團發展實際做出了“資訊産業化、産業資訊化”的戰略決策。2009年,國家林業局將吉林森工作為全國首批林業資訊化4個示範省之一。集團順應市場發展趨勢,用産業化運營的方式,推進和反哺資訊化發展,出資成立了吉林林業資訊科技有限責任公司(以下簡稱林信科技),開始了林業智慧監控領域的探路。

  作為生態文明建設的主戰場,林業綠色發展與保護成果同等重要。有報道稱,“不冒煙的森林火災”每年導致中國直接經濟損失1100多億元,同時,森林火災造成的巨大損失,也讓生態安全受到極大威脅。實現我國林業“雙增”目標的國際承諾,需大力提高森林資源保護水準,“守住”來之不易的林業建設成果。無疑,科技創新成為提升保護實力的加速器。

  正當各方努力求新之時,物聯網應用時代來臨。林信科技抓住發展新浪潮,跟隨林業資訊化加快的步伐,“觸網”攻關,成為首批破局者。

  物聯網,被譽為繼電腦和網際網路之後的第三次資訊技術革命,它的應用意味著智慧時代的來臨。這個並不被人們熟知的領域,卻成為世界各國爭相搶佔的科技制高點。

  美國率先將物聯網計劃升級為國家戰略,日本推出了基於物聯網的國家資訊化戰略,南韓將物聯網市場確定為新增長動力,加拿大、英國、德國、芬蘭、義大利等國家紛紛投入大量資金,用於物聯網應用技術的開發。

  緊跟時代發展腳步,我國把物聯網提升到國家戰略層面,將加快物聯網的研發應用納入重點産業振興。

  特別近年來,我國針對物聯網發展的政策不斷出臺,發改委、工信部、科技部等多部委共同制訂了10個《物聯網發展專項行動計劃》。如今,在我國交通、建築、物流、醫療、軍事等領域,已經呈現出物聯網應用帶來的改變。

  對於相對傳統的林業,物聯網應用是個全新課題。專家稱,維護林業生態安全,物聯網大有可為。早在2010年國家林業局信息辦主任李世東就提出了建設“智慧林業”的設想;又于2011年主持了“感知生態?智慧森林”項目可研編制和申報工作,為林業物聯網示範工程建設做好了頂層設計,描繪了美好藍圖。

  以森林火災為例,它具有突發性、隨機性,在短時間內能造成巨大損失。一旦發現火情,必須快速採取撲救措施,以防止火勢擴大、蔓延。

  撲救是否及時,決策是否得當,取決於對林火行為的發現是否快速,分析結果是否準確。為此,開發高精準度、實時監控的森林防火監測與預警系統産品迫在眉睫。

  有需求就會有市場,有市場就會有動力。近年來,不少科技公司紛紛涉足林業,研發的相關産品琳瑯滿目。遺憾的是,在實際應用中,因産品始終無法與林業實情高度貼合,暴露出許多問題。

  林業的複雜性、應用的需求點,只有林業人自己最清楚。林信科技以“來源於林業、立足於林業、服務於林業”為出發點,力求在遠端智慧監控系統産品等關鍵技術上尋求突破,提高我國森林資源安全監管與服務的整體水準,推進智慧林業的快速發展。這一舉動得到了國家林業局和相關部門的肯定及吉林省林業廳的大力支援,“森林眼”獲得了國家發改委産業化項目支援。

  雖然進入新的高科技領域,每一項破局都異常艱難,但在多方支援下,林信科技研發的“森林眼”産品在不斷自我否定、不斷探索中完善,逐步成長為林業生態資源監管領域的開拓者和引領者。

  破題,逾越技術高地

  “森林眼”産品的誕生是對傳統産品的一個顛覆。

  産品擁有精準、高效、實時等一系列看似簡單的功能,卻因在林業這一複雜環境中的應用,變成了一個個難以逾越的技術高地。

  走進“森林眼”産品演示廳,一個僅有籃球兩倍大的前端監測設備擺放在角落的高臺上。《中國綠色時報》記者感受了一次森林防火監測與預警系統高效、精準帶來的震撼。當記者將點燃的酒精燈任意放置在某一角落時,短短幾十秒後,後方監測平臺響起了報警聲,監控螢幕上閃爍著紅色報警提示,火點坐標同時出現在螢幕上方,工作人員的手機也幾乎同時收到了報警資訊。

  這雖然只是一個小小的演示,卻在實戰中有著重要的價值。“森林眼”是如何做到的?它究竟取得了哪些突破?

  在林業專家的指導下,林信科技系統梳理了當前應用産品無力適應發展形勢的種種缺陷,有針對性地開發“森林眼”各項功能。

  無法實現儘早發現、精準定位,就不能實現及早撲救。被視為當前最先進的衛星監測,雖然可以監測到火場蔓延情況,但一般情況下對面積小于1平方公里以下的火災無法準確識別,且存在衛星過境間隔時間長、受天氣影響大等問題;大林區常用的航空巡護雖可以進行林火的探測,但最大弊端是難以實現火點準確定位,同時受航線、時間、天氣的制約,無法實現全天候監控,巡護費用也較高,且無人機一旦失事,也會成為森林火災的另一大隱患;應用最廣泛的地面巡護,受人類自身能力因素影響極大,特別是交通不便、人煙稀少的偏遠山區,地面巡護難以完成;最傳統的瞭望臺監測,受地形地勢限制,存在死角和空白區域,且無法精準定位,不利於撲救指揮工作的開展。

  跟隨林信科技負責技術研發的副總經理夏亮走進公司長春研發中心的組裝和測試車間,原本不善言詞的他一下打開了話匣子,向記者介紹起“森林眼”在業內無人可比的幾大優勢。

  無死角、週期短,監控更加高效。自主研發的可程式控制變速高精度球臺,巡航速度快,能夠在30分鐘內完成15公里半徑區域的無漏點巡航與預警。從而實現了前端無人值守,降低了後臺因工作懈怠造成監控不到位的問題。

  不分白天、黑夜,實現24小時監控。“森林眼”前端監控設備採用紅外熱成像和可見光成像雙識別引擎工作模式,可實現24小時不間斷監控。

  煙火均識別,最大限度降低漏報率與誤報率。系統配備紅外熱成像、可見光成像雙識別搜索引擎,結合6種運動補償技術、4種顯著性檢測技術,提取圖像的82維特徵,進行25種分類器融合智慧分析,全面實現煙火等目標的精準識別。在煙霧對比度為5%的情況下,對2×2像素火目標和7×7像素煙目標系統漏報率小于1‰、誤報率每萬公頃平均每天小于3次。

  定位更準、傳輸更快,為快速和科學制訂撲救方案提供支撐。前端監控球臺指向精度指標小于0.0038度,最大軸向定位誤差小于61米,最大徑向定位誤差小于1米。通過將前端球臺的返角資訊、報警資訊與視頻資訊進行同幀編碼、同步回傳,確保了火點的準確及時定位。

  每一個突破都是一次登頂般的艱難跋涉。

  在眾多突破中,自主研發的圖像識別演算法是研發團隊最自豪的成果,也是研發過程中最艱難、最核心的技術。

  “遠端圖像識別技術原來主要應用在軍事領域的經緯儀上。在研發過程中,為了儘快突破技術難題,我們與掌握這項技術的國內頂尖科研團隊達成了深入合作,但很快發現了新的問題。”夏亮告訴記者,“一方面是軍工産品要求精度甚高,常規精密加工方法很難完成,需要大量的手工配合,很難實現産業化,且價值高昂,一台設備高達幾百萬元。另一問題十分致命,設備工作的場景差別巨大,在林區無法實現煙、火的準確識別。”

  夏亮解釋到,林區背景比天空背景要複雜得多。林地起伏,存在高低落差,且山高林密;林區中的樹葉隨著四季更替而變化;部分林區有路、有車、有人,甚至還有炊煙嫋嫋的村莊。在各種因素組合而成的複雜背景下,實現煙、火的準確識別的確難度很高。

  為了破解這一關鍵技術難題,林信科技高薪聘請了6位畢業于我國數學領域學術聲望較高的吉林大學數學系計算數學專業博士,組成了自己的博士科研團隊,專攻圖像識別演算法的新技術。經過上萬次反覆試驗,獲得了大量的測試數據,增強了火情識別演算法的適應性,完善了火情識別演算法,獲得了各種條件下的最佳參數設置。經過幾年漫長而磨人的系列攻關,終獲成功。

  記者深入了解發現,林信科技針對林業不同地域和運作中可能發生的問題,列入了“破解”範圍,讓“森林眼”産品有著“溫情”和廣泛適用性。

  前端監控設備在寒冷的北方林區難以正常運轉是一大難題,通過不斷對各種配件進行測試,最終“森林眼”通過了零下45度到零上75度的溫度變化檢測,保證了産品在南北方不同溫度環境中均能適用。

  如何破解前端設備用電不間斷、並實現連續傳輸的難題?通過設計,“森林眼”智慧監測站採用了光纖、微波主備雙傳輸模式,配備了市電、直流遠端供電、風光互補和72小時供電系統,實現了穩定性更高的效果。同時,增加的設備遠端管理和維護功能,解決了因監測站點分佈在森林深處,造成的交通不便和現場維護管理成本高等問題。

  每一處細節的設計,都體現出林信科技的用心。如今,林信科技成功研製出的“森林眼·森林生態資源監管平臺”,構建了天網、地網、人網和林網一體化感知體系。伴隨著産品的不斷創新,公司實力不斷增強。

  目前,林信科技研發人員佔到了70%,公司已擁有專利權和著作權30多項。前端監控設備通過了中國合格評定國家認可委員會(CNAS)及中國賽寶實驗室等權威檢測機構的認證,並以林業和吉林省唯一一家企業獲得了國家發改委産業化項目支援;“森林眼”森林防火監測與預警系統通過了國家科技成果鑒定,鑒定結論顯示,“該成果創新性強,較好地滿足國家森林火災監測應用需求,主要技術指標達到國際領先水準。建議有關部門儘快大力推廣,將此産品儘快投入到森林防火監測應用中”;作為林業和吉林省唯一一家入選企業,公司産品被發改委、財政部、國家林業局納入國家首批物聯網應用推廣試點工程;公司産品已通過安防産品“中國強制認證”,成為同類企業中唯一一家……

  感知,管理融入科技

  在眾多榮譽的光環下,“森林眼”以“明星”的姿態走上了林業的大舞臺。

  在實際應用中,“森林眼”是否同樣出色?松江河林業局是“森林眼”産品創新的另一貢獻者,從物聯網項目落地後,這裡就成為試驗地。

  “‘森林眼’森林防火監測與預警系統對煙火十分‘敏感’。”松江河林業局總會計師周輝説,“雖然從開始運作使用至今,林區境內未發生一例森林火情,但在2013年秋季防火期間,農田燒荒、工地施工所産生的非林火情,均未逃過‘法眼’,産生了61次火情報警,沒有一次漏報。”

  松江河林業局防火任務較重,轄區不僅處於長白山保護區內,而且林區內政企交錯、農林混居、點多面廣,環境相對複雜。2011年起,林業局作為示範區開始“森林資源安全監管與服務物聯網應用示範工程”建設,把8座“森林眼”智慧監測站安裝在了大森林裏,實現了林區監測全覆蓋。巡防工作方式從傳統的“走著巡”變為“自動巡”。

  在松江河林業局森林防火指揮中心,監控屏偶有汽車穿過的實景,這一實時傳送的動態畫面資訊,來自白溪監測站26米高塔上的“森林眼”。據工作人員介紹,整個林區安放的8個“森林眼”可全面監控施業區16萬公頃的森林。前方無需專人值守,後臺一人監控即可實現在30分鐘內將林區全部巡航一遍。

  松江河林業局防火辦主任豐光邊演示邊介紹,該系統可以直接切入到任意需要監測的地點,實現定點觀測;前後臺資訊傳輸實時傳輸,火點發現更及時;在監測到火點後,可立刻報警,並提供合理撲救路線等方案,對及時開展科學撲救提供了支撐。豐光十分感慨地説:“今天雖然是大霧天,但‘森林眼’卻能突破這一障礙,將林區的實況清晰的反映在螢幕上。”

  吉林省森林防火指揮部對這一創新産品的研發更是給予極大關注與支援。全省連續34年無重大森林火災的榮譽,使他們更加重視防火工作中先進性、高科技手段的運用。在“森林眼”的研發過程中,林信科技採納了吉林省森林防火指揮部根據實際難點提出的很多建議,促使産品更有針對性和實戰效果。

  2012年4月,産品研發成功後,吉林省森林防火指揮部快速組織,對“森林眼”關鍵性指標進行了專業測評。測試歷經3天的時間,在林區布設的8個火點中,最小火線長度1.2米,最遠識別火情距離15.57公里,“森林眼”森林防火監測與預防系統實現了零漏報;從點火到發現,平均時間為11分鐘;平均定位直線誤差36.35米。

  通過測評,“森林眼”各項技術指標符合吉林省防火辦提出的“三大監管技術原則”,即30分鐘內準確發現火情,火點定位誤差小于100米,漏報率小于1‰;得到了指揮部的高度評價。

  有為才有位。“森林眼”的成功研發將林信科技推向了行業領軍者的席位。在系統研發、測試、實施過程中,公司和吉林省森林防火指揮部創造性的總結和提出了一系列森林防火預警領域的相關行業標準。

  2013年,林信科技被國家標準委和國家林業局確認為全國森林防火視頻監控技術標準制訂的牽頭單位。

  國家林業局防火辦、計財司、科技司、信息辦的領導曾多次到松江河試點調研,從行業主管部門的高度對産品業務應用和項目投資建設等方面給予了很多的關懷和指導。

  從研發到應用,“森林眼”不僅解決了功能與技術“有沒有”的問題,更解決了“能不能用”的問題。真正讓現代科技走進了森林,讓森林管理融入了科技。

  出擊,實現立體監控

  實際上,“森林眼”並不是森林防火的專屬創新,它已成為林業資源監測工作馳騁在資訊時代的“發動機”。

  運用森林防火監測與預警的核心技術,林信科技的“森林眼”産品拓展運用到多個不同的領域,實現“一雙眼”對森林生態系統的立體監測。

  在林信科技的展示廳,記者看到不同大小的“森林眼”前端監測設備整齊地陳列著,林信科技的“野心”也由此昭然若揭。

  2011年,根據發改委、財政部物聯網應用示範工程批復精神,吉林森工集團對開展森林資源安全監管與服務工程建設項目設定了大的目標:全面、實時和系統監控嚴重威脅我國生態安全的森林火災、亂砍濫伐和不合理開發利用等重大問題,提高森林資源安全監管與服務的整體水準。

  構想已經得到實現。目前,林信科技已開發出森林防火、林政管理、野生動物保護等多種資源全方位監管、資訊化共用的森林眼·森林生態資源監管平臺。

  技術研發人員告訴記者,産品功能已經十分強大。在森林氣候監測應用中,它可發揮生態定位站的功能,可實時提供溫度、濕度等氣象數據,對負氧離子含量、森林固碳量等數據進行採集、統計、分析;在野生動物保護應用中,可實現對動物進行準確識別和跟蹤監控,記錄活動情況,發現偷獵行為,並可以遠端控制投放食物;在林政管理應用中,對森林生長、採伐、運輸、銷售等環節,進行監測管理,對人員、車輛等進行有效識別。

  有專家表示,森林眼·森林生態資源監管平臺在加快推進業務整合、資源整合、管理整合的同時,還可以進一步整合各業務專項資金,避免重復建設,便於資金統籌安排、控制投資成本。

  目前,“森林眼”遠端智慧監控設備已開發出多種型號,適用於林區面積大小不等的監控需求。監控設備已實現産業化生産,可實現年産千台以上。隨著産品線的豐富,公司計劃進行産能升級。

  隨著防火實戰的精準運用,“森林眼”聲名遠揚。目前,黑龍江、內蒙古、四川等地20多家林業局簽訂了採購合同或試點應用合同。“森林眼”正從吉林本省走向全國,走出國門。

  記者了解到,作為國內唯一一家選入企業,林信科技的“森林眼”被選入中國對外合作項目,開始在寮國邊境部署,用於中老邊境地區森林防火視頻監控。

  “‘森林眼’産品技術在國內外處於領先水準。”林信科技總經理李波介紹到,在“森林眼”産品研發完成前,國際上也還沒有滿足森林資源安全監管業務需求和技術指標要求的産品問世。隨著各國對森林資源保護的重視程度越來越高,為“森林眼”産品提供了巨大的潛在市場。

  為了更適應林業發展和市場需求,“森林眼”還在不斷升級,向著更智慧、更小巧、成本更低等多方面發展。李波告訴記者,林信科技已在深圳設立研究所,計劃利用深圳的地緣優勢和高技術人才優勢,進一步增強公司科研實力和産業化生産水準。未來,“森林眼”將以更大的“視野”覆蓋中國、走向世界。

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