1. 引言
森林作为陆地生态系统的主体，在维护生态平衡、提供生态服务等方面发挥着不可替代的作用[1]-[3]。然而，森林火灾的频繁发生对森林资源和生态环境构成了严重威胁[4]-[6]。衢州市衢江区拥有广袤的森林资源，森林面积达176.9万亩，森林覆盖率高达67.45%，是浙江省重要的生态屏障。但森林火灾一旦发生，可能引发难以挽回的损失，不仅会破坏当地的生态环境，还会影响到周边地区的生态平衡。
衢江区的森林防火形势尤为严峻，区内分布着443处公墓、137处林区景点等敏感区域，这些区域人员流动频繁，农事用火、祭扫用火等活动增加了火灾发生的风险。尽管目前已设置了50个高空烟感瞭望探头、170个瞭望监测点，实现了90%重点林区的覆盖，但由于衢江区地形复杂，山峦起伏，山谷、沟壑众多，部分区域仍存在监控盲区，导致这些地区的火情难以被及时发现和监测。
科学合理地优化视频监控点位布局，对于提升森林防火的火情预警效率具有重要意义[7]-[9]。准确及时的火情预警可以为消防部门争取宝贵的灭火时间，有助于在火灾初期迅速采取措施，将火势控制在最小范围内，从而降低火灾造成的损失[10]。优化监控点位布局还能降低应急处置成本[11]，通过精准定位火情，避免盲目出动消防力量，减少人力、物力和财力的浪费，提高资源利用效率。
2. 研究目标与方法
2.1. 研究目标
本研究旨在基于地理信息系统(GIS)可视域分析，结合衢江区的地形地貌、气候特征以及现有监测体系，提出一套科学合理的视频监控点位选址方案。该方案将兼顾覆盖范围、建设成本与维护便利性，以实现对衢江区森林的全面、高效监测，为构建“空–地–网”一体化监测网络提供有力的决策依据。
2.2. 研究方法
地理信息系统(GIS)技术具有强大的空间分析能力，能够对地形、地貌等空间数据进行处理和分析。其中，可视域分析是GIS的重要功能之一，它通过计算地形表面上某一点的可视范围，为监控点位选址提供了科学的方法。结合衢江区的数字高程模型(DEM)数据，利用GIS的可视域分析工具，可以准确地确定在不同地形条件下监控点的可视范围，从而筛选出最佳的监控点位。
在研究过程中，还将充分考虑衢江区的气候特征。衢江区属亚热带季风气候区，四季分明，气温适中，雨量丰沛，但在特定季节和天气条件下，森林火灾的发生风险会显著增加。例如，在干旱少雨的季节，森林植被干燥易燃，容易引发火灾。因此，需要结合历史气候数据和火灾发生记录，分析不同气候条件下火灾发生的概率和分布规律，将这些因素纳入监控点位选址的考虑范围。
本研究还将对现有监测体系进行全面评估，分析现有监控点位的覆盖范围、监测效果以及存在的问题。通过对现有体系的优化和补充，实现新老监控点位的有机结合，提高整个监测网络的效能。综合考虑覆盖范围、建设成本与维护便利性等因素，运用多目标决策分析方法，对备选监控点位进行评估和筛选，最终确定最佳的选址方案。
3. 衢江区森林防火视频监控现状分析
3.1. 现有监测体系成效
衢江区在森林防火监测方面积极探索创新，依托“卡防 + 技防”策略，构建了较为完善的监测体系，取得了显著成效。通过集成气象、林业、消防等8部门的数据，打造了“急线烽”应急指挥平台，实现了数据的互联互通和共享共用。该平台整合了多源数据，能够实时获取森林的气象条件、植被状况等信息，为森林防火决策提供了全面的数据支持。
在清明、春节等关键时段，“急线烽”平台发挥了重要作用。通过对这些时段农事用火、祭扫用火等活动的动态监测，平台能够及时发现潜在的火源风险，并采取相应的管控措施。利用平台的智能分析功能，对历史火灾数据和实时监测数据进行比对，预测可能发生火灾的区域，提前部署防控力量，有效降低了火灾发生的概率。
在硬件设施方面，衢江区部署了50个高空烟感瞭望探头和1.3万路“雪亮村居”监控设备。这些设备相互配合，形成了一个全方位、多层次的监控网络，基本覆盖了90%的重点林区。高空烟感瞭望探头具有监控范围广、灵敏度高的特点，能够及时发现远距离的烟雾和明火。其监控半径可达数公里，能够对大面积的森林区域进行实时监测。一旦检测到烟雾或明火，探头会立即发出警报，并将信息传输到“急线烽”平台。“雪亮村居”监控设备则分布在各个村庄和林区周边，能够对林区的边缘地带和人员活动频繁的区域进行监控，弥补了高空烟感瞭望探头在局部区域监控的不足。
得益于“急线烽”应急指挥平台与50个高空烟感瞭望探头和1.3万路“雪亮村居”监控设备的协同作业，衢江区在2024年实现了全区零火情的优异成绩。这一成果充分展示了现有监测体系在森林防火中的有效性，不仅保障了森林资源的安全，也为当地的生态环境和经济发展提供了有力支持。
3.2. 现存问题与挑战
(1) 地形适配性不足：衢江区南部山区地形复杂，山峦起伏，山谷、陡坡众多。这些复杂的地形对现有视频监控点的覆盖范围产生了较大影响。由于山峦的遮挡，部分深谷和陡坡区域无法被现有监控点监测到，导致这些区域的覆盖率仅为75%。在这些监控盲区，一旦发生火情，很难被及时发现，容易延误灭火的最佳时机。如果在山谷中发生小规模的火灾，由于周围山峦的阻挡，监控设备无法捕捉到烟雾和火光，等到火势蔓延到开阔区域被发现时，火灾可能已经扩大，增加了灭火的难度和成本。
(2) 成本效益待优化：为了解决偏远地区的供电问题，部分监控点位采用了太阳能供电系统。然而，这种供电方式在冬季存在明显的不足。冬季日照时间短，光照强度弱，太阳能板的发电量无法满足设备的正常运行需求，导致设备故障率升高。据统计，这些依赖太阳能供电的偏远点位，其设备故障率比常规点位高出30%。设备故障不仅影响了监控的连续性，还增加了维护成本。维修人员需要频繁前往偏远地区进行设备维修，路途遥远，交通不便，耗费了大量的人力、物力和时间成本。
(3) 敏感区域覆盖缺口：衢江区内有309处庙宇、散葬墓区等人工巡查重点区域，这些区域人员流动频繁，祭祀活动较多，是火灾的高发区域。然而，目前这些区域的视频监控覆盖率不足60%，存在较大的安全隐患。在祭祀期间，人们往往会进行焚香、烧纸等活动，如果没有有效的监控措施，一旦引发火灾，很难及时发现和控制。由于监控覆盖不足，对于这些区域的火源管控也存在困难，无法及时制止违规用火行为，增加了火灾发生的风险。
4. 森林防火视频监控点位选址原则与方法
4.1. 核心选址原则
(1) 地理环境适配性：优先选择海拔 ≥ 500 m的区域，这样的高度能够提供更广阔的视野，减少地形遮挡，扩大监控范围。阳坡区域在一年中能够接收到更充足的光照，对于依赖太阳能供电的监控设备来说，这是至关重要的。充足的光照可以确保太阳能板高效工作，为设备提供稳定的电力，降低因供电不足导致的设备故障风险，从而减少维护成本。选择坡度 ≤ 30˚的区域，主要是为了方便设备的安装和维护。如果坡度太陡，不仅设备安装难度大，而且在后期维护时，工作人员的安全也难以保障，增加了维护的人力和物力成本。避开风口及常年多雾地段也是十分必要的。风口处的强风会对设备造成较大的物理冲击，加速设备零部件的磨损，缩短设备使用寿命。多雾地段会严重影响监控设备的图像质量，导致烟雾与火情难以准确识别，增加误报和漏报的风险。
(2) 功能需求导向：以公墓、景区、高压输电线路等敏感区域为核心设置半径2 km监测缓冲区，是因为这些区域火灾风险高。公墓在祭祀期间，人们会进行焚香、烧纸等活动，容易引发火灾；景区人员密集，游客的不规范用火行为也可能导致火灾；高压输电线路附近存在因线路故障产生电火花引发火灾的风险。确保单个监控点对火源的识别距离 ≥ 3 km，定位精度 ≤ 50 m，这是实现早期预警和精准定位的关键。在火源刚出现时，能够及时发现并准确确定其位置，为消防部门迅速响应和采取灭火措施提供有力支持，从而有效控制火势，减少火灾损失。
(3) 经济性与可维护性：优先复用现有170个瞭望监测点基础设施，能显著降低建设成本。新建铁塔不仅需要大量的资金投入，还涉及土地征用、基础建设等一系列复杂的工作，而复用现有设施可以避免这些问题。选址靠近林区道路(500 m内)，极大地提高了设备运输和检修的效率。在设备安装和维护过程中，靠近道路可以方便车辆通行，减少人力搬运的距离和难度，节省时间和人力成本。一旦设备出现故障，维修人员能够快速到达现场，缩短设备故障时间，确保监控的连续性。
4.2. 技术方法体系
(1) GIS可视域分析：基于DEM数据构建三维地形模型，是利用GIS技术进行可视域分析的基础。DEM数据详细记录了地形的高程信息，通过这些数据可以精确地还原地形的起伏状况。利用专业的GIS软件，将DEM数据转化为三维地形模型，就可以直观地看到地形的全貌。在这个模型上，通过设定监控点的位置和参数，模拟各候选点位对林区的可视范围。软件会根据地形的起伏和遮挡情况，计算出每个点位能够看到的区域，并以可视化的方式呈现出来。筛选覆盖率 ≥ 85%且无大面积地形遮挡的位点，这样可以确保监控点能够覆盖尽可能多的林区，减少监控盲区，提高监测的全面性和有效性。
(2) 多因子加权评估：建立包含地形复杂度(40%)、敏感目标距离(30%)、交通便利性(20%)、供电条件(10%)的评估模型，是综合考虑多种因素进行选址的科学方法。地形复杂度对监控效果有重要影响，复杂的地形容易造成遮挡，降低可视范围，因此赋予其较高的权重。敏感目标距离直接关系到火灾风险的高低，距离敏感目标越近，火灾风险越大，所以也给予较高权重。交通便利性影响设备的运输和维护成本，供电条件则关系到设备的正常运行，它们虽然重要性相对较低，但也不可忽视。通过层次分析法(AHP)确定各因子的权重，能够更加客观地反映各因素对选址的影响程度，从而确定最优点位。在实际应用中，收集各候选点位在这些因素上的数据，代入评估模型进行计算，根据计算结果对候选点位进行排序，选择得分最高的点位作为最终的监控点选址，以实现选址的最优化。
5. 衢江区地理环境对监控点位选址的影响
5.1. 地形地貌制约与优化策略
(1) 中山丘陵区(占比60%)：衢江区的中山丘陵区地势起伏较大，海拔800~1200 m的山脊线是监控点位选址的关键区域。这些山脊线位置较高，视野相对开阔，能够为监控设备提供良好的观测条件。利用现有防火瞭望塔加装高清球机是一种高效且经济的方式。现有防火瞭望塔已经具备一定的基础设施，如塔体、基础等，在其上面加装高清球机可以避免重新建设监控塔的高昂成本，同时充分利用瞭望塔的高度优势。高清球机具有360˚巡航扫描功能，能够全方位地对周围的山谷、鞍部等区域进行监测。山谷地区由于地形相对较低，通风条件较差，容易积聚热量和可燃物，一旦有火源，火势容易蔓延。鞍部则是两个山峰之间的低洼部位，也是气流交汇的地方，容易受到外来火源的影响。通过高清球机的360˚巡航扫描，可以及时发现这些易发火区域的火情，为森林防火工作提供有力的支持。
(2) 河谷平原区(占比25%)：河谷平原区分布着密集的农田和散居村落，农事用火和祭祀火源是该区域火灾的主要风险来源。在村域高点布设低位监控，能够对周边的农田和村落进行有效的监控。村域高点通常是村庄内相对较高的位置，如一些建筑物的顶部、小山丘等，这些位置可以俯瞰周围的农田和村落，便于及时发现农事用火中的违规行为，如焚烧秸秆、烧荒等。在输电铁塔上布设监控也是一种可行的方案。输电铁塔分布广泛，高度较高，能够覆盖较大的范围。在铁塔上安装监控设备，可以对周边的农田和村落进行监控，同时还可以监测输电线路附近的情况，防止因线路故障引发火灾。针对祭祀火源，在祭祀活动频繁的区域，如公墓、庙宇等周边，设置专门的监控点位，重点监测祭祀期间的用火情况，及时制止违规用火行为，降低火灾发生的风险。
5.2. 气候与生态因子影响
(1) 季风气候区：衢江区属亚热带季风气候区，冬季西北风主导。在林缘地带，尤其是针叶林集中区，火灾风险较高。针叶林的树叶富含油脂，易燃性强，一旦有火源，容易引发大面积的火灾。在冬季西北风的作用下，外来火源容易被吹入林区，增加火灾发生的风险。因此，监控点需向火险高危区偏移，提前预警外来火源入侵。在林缘地带靠近针叶林集中区的位置设置监控点，利用先进的图像识别技术和烟雾检测技术，对进入林区的外来火源进行实时监测。一旦检测到烟雾或明火，立即发出警报，通知相关部门采取措施，防止火灾的发生。
(2) 生物防火带协同：衢江区已建成9条共75公里的生物防火带，这些防火带在森林防火中起着重要的作用。沿生物防火带边缘设置监控点，能够实时监测林带内可燃物堆积情况。生物防火带通常由不易燃烧的植物组成，如一些阔叶树种、草本植物等，它们可以有效地阻挡火势的蔓延。但如果生物防火带内的可燃物堆积过多，如枯枝落叶、杂草等，也会增加火灾的风险。通过在防火带边缘设置监控点，利用高清摄像头和热成像技术，对防火带内的可燃物堆积情况进行监测。一旦发现可燃物堆积过多，及时通知相关部门进行清理，确保生物防火带的有效性。监控点与防火隔离工程形成“监测–阻隔”联动。当监控点发现火情时，立即通知相关部门启动防火隔离工程，如开设防火隔离带、喷洒阻燃剂等，将火势控制在一定范围内，防止火势蔓延，提高森林防火的整体效能。
6. 视频监控技术与选址的融合应用
6.1. 智能监控设备选型适配
(1) 双光谱热成像摄像机：在衢江区的高海拔区域，如灰坪乡的部分山区，海拔超过800 m，地形复杂且气候多变，多雾天气较为常见。双光谱热成像摄像机型号建议选取华瑞通HRC-P6502C系列，该相机集成了360度高速大扭矩涡轮蜗杆传动云台、高性能红外热成像模组和可见光摄像机模组等，凭借其独特的技术优势，能够在这样的环境中发挥重要作用。它可穿透2000 m范围内的轻雾，实现昼夜不间断的火情识别。在夜间，当可见光摄像机无法正常工作时，热成像摄像机能够通过感应物体发出的红外辐射，清晰地捕捉到火源的位置和形态。其误报率 ≤ 5%，这得益于先进的图像识别算法和智能分析技术，能够有效区分真正的火情与其他干扰因素，如动物活动、雾气流动等，为森林防火提供了可靠的监测手段。
(2) 云台智能转台：衢江区的林区面积广阔，需要大面积的监测设备来提高监测效率。云台智能转台型号建议选择YZ-BZ600QW，具有线扫、巡航、自动归位等功能，转台重复精度可达±0.2˚。采用蜗轮蜗杆传动方式，水平旋转速度为0.01˚~20˚/S，俯仰旋转速度为0.01˚~10˚/S，水平可360˚连续旋转，俯仰角度为−45˚~45˚，具备200个预置位。防护等级为IP66，能在−25℃~+55℃的环境下正常工作。它支持自动巡航功能，可按照预设的路线和时间间隔对林区进行全方位的扫描，确保没有监控盲区。当检测到火点时，云台智能转台能够迅速锁定目标，为后续的灭火行动提供准确的位置信息。单设备的监控半径可达5 km，在大洲镇的大片林区，一台云台智能转台就能够覆盖周边数平方公里的区域，大大提高了监测效率，减少了监控设备的数量和成本。
6.2. 数据传输与供电方案
(1) 混合组网模式：在距离乡镇3 km内的点位，如杜泽镇周边的林区监控点，由于距离乡镇较近，具备铺设光纤的条件，因此采用光纤传输。光纤传输具有带宽高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，能够保障高清视频的实时回传。监控中心可以实时获取高清的视频画面，清晰地观察林区的情况，及时发现潜在的火灾隐患。对于偏远区域，如举村乡的一些深山林区，铺设光纤成本高昂且施工难度大，因此部署5G无线网桥。5G无线网桥利用5G网络的高速率、低延迟特性，能够快速传输视频数据和报警信息。结合北斗定位模块，当监控设备检测到火情时，能够迅速确定火点的位置，并将位置信息和报警信息以低延迟的方式传输到监控中心，为消防部门争取宝贵的灭火时间。
(2) 风光互补供电：衢江区年均日照 ≥ 1800小时的阳坡点位，如黄坛口乡的部分阳坡区域，太阳能资源丰富。采用200 W太阳能板 + 100 Ah蓄电池组合，能够充分利用太阳能为监控设备供电。在白天，太阳能板将太阳能转化为电能，一部分供给监控设备使用，另一部分存储在蓄电池中。在夜间或阴天，蓄电池释放储存的电能，确保监控设备的正常运行。搭配智能温控装置，能够根据环境温度自动调节供电系统的工作状态，确保在−20℃至40℃的环境下稳定运行。在冬季低温环境下，智能温控装置能够防止蓄电池因温度过低而损坏，保证供电系统的可靠性。
7. 典型区域选址方案设计
7.1. 公墓群密集区(如杜泽镇墓区)
(1) 点位布局：杜泽镇墓区作为衢江区重要的公墓群密集区，祭祀活动频繁，火灾风险较高。在墓区周边选择3个制高点，这些制高点的海拔在600~700 m之间，地势较高，视野开阔，能够为监控设备提供良好的观测条件。采用低位(8 m立杆)与高位(15 m铁塔)结合的方式设置监控点，这种布局方式可以充分发挥不同高度监控设备的优势。低位立杆监控设备可以对墓区周边的近距离区域进行详细监控，如墓区的入口、祭祀广场等人员活动频繁的区域。而高位铁塔上的监控设备则可以俯瞰整个墓区，扩大监控范围，两者相互配合，能够覆盖95%以上的墓区范围，有效减少监控盲区。
(2) 技术配置：为了进一步提升监控效果，在监控点加装音频采集设备。音频采集设备可以实时采集现场的声音信息，当检测到异常声音，如鞭炮声、燃烧声等，立即触发“语音驱离”功能。通过与监控设备联动，“语音驱离”功能可以向违规用火区域播放警示语音，提醒祭祀人员遵守防火规定，停止违规用火行为。这种实时预警机制能够在火灾发生前及时制止违规用火行为，降低火灾发生的风险。同时，也减少了人工巡查的压力，提高了防火工作的效率。利用音频采集设备和“语音驱离”功能，还可以对墓区的其他异常情况进行监测和处理，如有人破坏墓区设施、发生盗窃行为等，及时发出警报并采取相应措施，保障墓区的安全和秩序。
7.2. 重点林区核心区(如黄坛口乡公益林区)
(1) 点位布局：黄坛口乡公益林区是衢江区的重点林区核心区，森林资源丰富，生态地位重要。依托现有3处瞭望塔进行升级改造，这些瞭望塔已经具备一定的基础设施和观测条件，通过升级改造，可以在不增加过多成本的情况下提高监控能力。新增2处山顶自建铁塔，与现有瞭望塔形成三角形监测网络。三角形监测网络具有稳定性和全覆盖性的优势，三个监控点之间相互呼应，能够实现可视域叠加覆盖率达98%，确保在2 km内一旦出现火点，能够在10分钟内及时报警。这样的快速响应机制可以为消防部门争取宝贵的灭火时间，将火势控制在最小范围内，减少火灾对森林资源的破坏。
(2) 协同机制：黄坛口乡公益林区内分布着719个高位消防储水桶，这些储水桶是森林防火的重要资源。将监控点与这些高位消防储水桶的定位系统联动，一旦监控点检测到报警信息，系统会自动关联最近的水源点。通过这种联动机制，消防部门可以在接到报警后迅速获取最近的水源信息，缩短应急响应时间30%以上。在火灾发生时，能够快速取水进行灭火，提高灭火效率，有效地保护森林资源。还可以将监控点与林区内的其他防火设施进行联动，如防火隔离带、消防通道等，形成一个完整的森林防火体系，提高林区的整体防火能力。
8. 结论与建议
8.1. 研究结论
本研究通过“现状诊断–因子分析–技术适配–方案设计”四步流程，对衢州市衢江区森林防火视频监控点位进行了深入研究，提出了一套科学合理的优化方案。
在现状诊断阶段，对衢江区现有森林防火视频监控体系进行了全面评估，分析了其在地形适配性、成本效益和敏感区域覆盖等方面存在的问题。研究发现，衢江区南部山区地形复杂，部分区域覆盖率仅为75%；偏远点位依赖太阳能供电，设备故障率比常规点位高出30%；庙宇、散葬墓区等人工巡查重点区域视频监控覆盖率不足60%。这些问题严重影响了森林防火监测的效果，增加了火灾风险。
在因子分析阶段，基于衢江区的地理环境、气候特征以及现有监测体系，确定了核心选址原则和技术方法体系。核心选址原则包括地理环境适配性、功能需求导向、经济性与可维护性。技术方法体系则采用了GIS可视域分析和多因子加权评估。通过这些原则和方法，综合考虑地形复杂度、敏感目标距离、交通便利性、供电条件等因素，为监控点位选址提供了科学依据。
在技术适配阶段，根据衢江区不同区域的特点，选择了合适的智能监控设备和数据传输与供电方案。在高海拔区域采用双光谱热成像摄像机，在林区面积广阔的区域采用云台智能转台。在数据传输方面，根据点位与乡镇的距离，采用光纤传输和5G无线网桥混合组网模式。在供电方面，对于年均日照 ≥ 1800小时的阳坡点位，采用风光互补供电方案，确保了设备的稳定运行。
在方案设计阶段，针对公墓群密集区和重点林区核心区等典型区域，提出了具体的选址方案和协同机制。在公墓群密集区，采用低位与高位结合的方式设置监控点，并加装音频采集设备，实现实时预警。在重点林区核心区，依托现有瞭望塔进行升级改造，新增山顶自建铁塔，形成三角形监测网络，并与高位消防储水桶定位系统联动，缩短应急响应时间。
通过以上研究，预计新增20个核心点位可将全区监控覆盖率提升至95%，敏感区域覆盖率达100%，同时降低25%的单点位年均维护成本。这将大大提高衢江区森林防火的监测能力，有效降低火灾风险，为森林资源的保护提供有力保障。
8.2. 实施建议
(1) 分期建设：为了确保项目的顺利实施，建议采用分期建设的方式。2025年，集中力量完成首批10个高火险区点位建设。这些高火险区通常是火灾发生概率较高、一旦发生火灾可能造成较大损失的区域，如公墓群密集区、重点林区核心区等。在建设过程中，要严格按照选址方案和技术要求进行施工，确保监控设备的安装质量和性能。同时，要同步开展相关配套设施的建设，如数据传输线路、供电系统等，确保设备能够正常运行。2026年，在首批点位建设的基础上，实现全区域覆盖。通过逐步推进建设，能够合理安排资金和资源，降低建设风险。在建设过程中，要及时总结首批点位建设的经验教训，对后续建设进行优化和改进。同步接入“急线烽”平台实现数据共享，将新建设的监控点位数据与现有监测体系进行整合，形成一个完整的森林防火监测网络，提高监测效率和决策的科学性。
(2) 动态维护：建立设备运行状态实时监测系统，利用传感器、物联网等技术，实时采集设备的运行数据，如电压、电流、温度、图像质量等。通过对这些数据的分析，及时发现设备的故障隐患，提前进行维护和修复，确保设备的正常运行。结合无人机巡检，无人机具有灵活、高效的特点，能够快速到达难以到达的区域，对监控点位的设备和周边环境进行检查。每季度开展点位可视域评估，根据地形变化、植被生长等因素，对监控点位的可视范围进行重新评估。如果发现可视域受到影响，及时调整监控设备的位置或参数，确保长期监测效能。还可以建立维护档案，记录设备的维护历史、故障情况等信息，为后续的维护工作提供参考，不断提高维护管理水平。
NOTES
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