森林防火视频监控系统

第一部分
背景

      1.  背景与挑战

      森林火灾是世界性的林业重要灾害之一,随着中国造林事业的不断发展,防火工作成为首要任务。建设森林防火预警是实现森林防火安全和稳定的重
要基础,是“预防森林火灾”建设的重要组成部分,更成为保护森林的重要载体。随着中国造林事业的不断发展,防火工作成为首要任务。森林防火必
须贯彻“预防为主,积极扑救”的方针,真正做到早发现、早解决。随着监控技术日趋成熟,和普威视的智能热像防火预警Scan Detect Alarm Locate(简称S.D.A.L)系统已广泛应用于森林防火监控领域。

      如何建设“早发现、早解决”的智能森林防火预警系统,,如何建设服务公安业务的监控系统,是新形势下森林防 火建设过程中面临的难题。
      结合当前的发展趋势,和普威视立足森林防火的需要,围绕构建森林防火的防控圈,和普威视推出了智能热像防火预警Scan Detect Alarm Locate方案,为林业开展治安防控、救护、指挥决策等综合应用提供核心全局服务支撑。
      2.  解决方案

       森林是空气的净化物;森林有自然防疫作用;森林是天然制氧厂;森林是天然的消声器;森林对气候有调节作用;森林改变低空气流,有防止风沙和减轻洪灾、养水源、保持水土的作用;森林有除尘和对污水的过滤作用;森林是多种动物的栖息地,也是多类植物的生长地,是地球生物繁衍最为活跃的区域。
       现代高新技术日益发展,热成像在森林防火中的优势日益明显。由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备,因此除了夜间可以作为现场监控使用外,还可以作为有效防火报警设备,在大面积的森林中,火灾往往是由不明显的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源,用现有的普通方法,很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火,并且可以准确判定火灾的地点和范围,透过烟雾发现着火点,做到早知道早预防,早扑灭。 
       红外热成像穿透雾气与水汽能力非常强,不受恶劣天气影响。传统的视频监控采用可见光进行监控,如果有雾霾天气,很难发现隐藏在雾霾之后的火情。热成像的工作波段为大气透过率极高的3-5微米以及8-14微米的长波红外,雾气及水汽对热成像透过率的衰减非常小,在雾霾天气下,热成像可穿透雾霾发现远处存在的火情。

      3.  特点优势

   “森林防火数字化监控预警系统”避免了原始人工了望观察火情的局限,实现了林区管理数字化、科学化,大大减少了林业部门的费用支出和管理成本,提高了林区企业的效应。 
      该系统特点有: 

1.林火自动识别系统,实现火情自动报警。 
2.纳米波滤光技术穿透烟雾,清晰成像。 
3.室外高品质光缆传输,避免传输损耗。

      4.  实现的主要功能如下:


1.监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像。
2.所有视频图像进行全程录像存储,并可以对以往的历史图像进行查询和回放。
3.采用野外重载数字回显云台,具有实时回显位置信息功能;同时配备电动长焦距镜头和低照度高清晰摄像机;可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台头。
4.通过设置的监测点,实现整个有林面积的监视。
5.系统安全性高,采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式保证系统安全可靠。
6.查询简便性:采用时间流设计,可由时间、日期、前端采集点完成资料检索。
7.光缆传输模式,降低系统成本。
8.火情识别报警:当监控摄像机扑捉到林火时,由系统确认火点位置,通过声音报警信息,通知工作人员。
9.电源系统:电源供给在全天候的环境下,保证系统不间断供电。
10.防雷接地系统:系统要有安全的防雷接地保障措施,确保系统能够安全运行。

第二部分  系统架构

第三部分  烟火识别软件功能介绍

       平台介绍
       系统软件平台主要实现多套前端设备的管理、控制与显示,烟火识别及报警,火点位置精确定位,实时气象信息显示,报警录像查询等功能。
  •        5.1直观的告警方式: FR2000软件采用声音+光学双告警方式,在接收到前端告警后,会有1秒内启动预置的声音告警,提醒用户查看。同时,弹出悬浮产生告警的热像和可见光的实时视频图像,并且会在视频图像中填加火源位置标识框突显告警点信息,另外,还会将火点方位角和距离信息同时显示,方便用户观察。
视频图像中标识框突显告警点信息
  •        虚警区屏蔽:实际场景中,总会存在一些非火灾的高温热点目标,如屋顶太阳能设备、农家烧火的烟囱、能反射太阳红外线形成虚热源的平面金属等,如果软件系统不进行处理,这些目标就会被当成热源目标产生虚假告警,增加误报率。FR2000防火预警软件专门针对这些目标,增加了屏蔽虚警功能,可设置多边形虚警区,在扫描过程中可针对每帧图像进行分析,自动适应目标大小、数量变化,自动屏蔽场景里的太阳能设备、烟囱、金属等虚假高温虚警区,有效降低误报率,提高告警准确率。

FR2000软件屏蔽虚警区功能
  •        基于三维GIS高程数据定位: FR2000软件在接收到前端回传的告警定位数据后,依据前端设备的GPS位置、云台方位信息、火源像素坐标和地图三维GIS高程数据联合计算,快速准确定位火点的GPS位置,并在电子地图中标示火点位置,定位精度最高可达几十米。

FR2000软件内置的数字高程定位原理
  •        交互式电子地图与火点定位显示: FR2000软件内置的交互式电子地图不仅具有缩放、测距、定位、打印等功能,还能和前端设备进行数据交互,电子地图可以接收前端设备的GPS位置、视频流数据和云台回传的角度和方位信息,在地图上显示前端设备的安装位置和实时雷达式扫描区域,同时也可将选定前端设备的实时视频图像悬浮在地图上显示,用户能够同时看到实时的扫描区域和视频,直观易懂。同时用户可直接在电子地图上点击相应区域,电子地图即可向相应的前端设备发送控制命令,使其指向相应的区域,实现快速直观定位。产生告警时,FR2000接收到前端回传的告警定位数据后,依据前端设备的GPS位置、云台方位信息、火源像素坐标和地图三维GIS高程数据联合计算,快速准确定位火点的GPS位置,在电子地图中标示火点位置,使用户可方便直观看到火源在地图中的具体方位。

地图显示与设备安装位置和实时扫描区域
在电子地图上标识定位的火点信息

电子地图上可悬浮实时视频图像
  •        具有PTZ控制功能的360o全景图:FR2000内置的全景拼接功能,能够以摄像机为中心作360o全范围扫描,拼接出一张实际全景图片,比电子地图更真实直观。并且自动将云台的预置点位置用黄色点标记在全景图上,用户可以直接在全景图上点击预置点位置,云台自动转到这一位置上,比常规云台操作更加直观简单。同时,当前摄像机观察范围会以红色方框实时显示在全景图上,这样用户可以非常直观的把握当前摄像机观察位置和目标在整个场景中的方位。另外,虚警区也会以蓝色多边形框图显示在全景图上,方便用户判断虚警区的屏蔽。

热像全景拼接图

带预置点位置和屏蔽区域显示的全景拼接图
  •        系统与日志管理:系统管理功能,可以对前端设备填加删除、名称编辑、编码设备相关参数设置、用户填加删除管理、系统参数设置,同时还有检测向导功能,帮助不熟悉用户一步一步设置扫描检测。日志管理可以记录设备操作记录、系统连接登录、告警记录、告警点图片抓拍和录相,方便用户查找、回放。

系统管理界面

第四部分 设备功能介绍


前端双波段摄像机
    下表为几款常用双波段森林防火设备技术指标
型号 TTVC4105-1920 TTVC4307-1920 TTVC4515-2050
探测距离* 2000m(对2mX2m热源) 3000m(对2mX2m热源) 6000m(对2mX2m热源)
探测器 第五代非制冷焦平面阵列VOx探测器
分辨率 336x256像素
光谱范围 7.5~14μm
NETD 50mK(@25℃ F1.0)
镜头焦距 50mm F1.0定焦 25-75mm三倍连续变焦 31-155mm五倍连续变焦
视场角 6.5°×4.8° 13°×9.7°~4.3°×3.2° 11.25°×8.5°~2.25°×1.7°
镜头控制 电动变倍、聚焦(自动聚焦可选)
可见光传感器 1/2.8''靶面CMOS ,200万像素高清机芯一体化ICR双滤光片日夜切换彩转黑CMOS
可见光镜头 20倍光学变焦,,4.7~94mm焦距 15~500mm 高清红外校正镜头
图像处理 1、无需TEC稳定工作温度,启动速度小于4秒
2、SDE数字图像增强技术,提升图像的细节
3、10种伪彩色图像及热黑热白两种极性的图像
4、亮度、对比度、伽玛值校正
5、2X数字放大
热点目标智能检测告警 1、255级报警阈值可设置
2、目标大小范围可设置,自动识别不同大小目标
3、1-16个报警目标数量可设置,自动选择最突出目标显示
4、视频叠加告警框+数据回传(或开关量)2种报警方式,报警直观易读
5、优化的前端快速处理算法,基于每帧分析,报警响应0.1S,无延迟,无信息丢失
6、所有报警参数和指示均可远程通过视频OSD菜单设置,无需专用后台软件,可与任意视频编码器配合使用,通用性强
7、可选配IP网络编码传输,提供免费用后端平台和SDK,简单易用或方便二次开发
云台 1、载重,30kg(顶载) 50kg(顶载)
  2、范围,水平360°,俯仰-75°~+45° 水平360°,  俯仰-75°~+45°
  3、转速,水平0.1~60°/S,   俯仰0.1~30°/S,  水平0.1~30°/S,   俯仰0.1~15°/S
  4、预置位80个
5、防风,防抖动
控制接口 1、 RS-485(PELCO-D\P协议,波特率:2400bps/秒)、RS-232(可选)
2、OSD菜单远程调用操作
3、PAL复合视频输出
4、AC24V电源(DC24V可选)
5、防水航插
环境指标 1、超强铝合金外壳, 外壳密封,避免霉菌的生长和水汽的产生
2、工作温度:-25°~55°(-45°可选 )
3、功耗:正常状态8W,启动峰值,36W(不含云台功耗)

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