森林防火視頻監控系統

第一部分
背景

      1.  背景與挑戰

      森林火災是世界性的林業重要災害之一,隨著中國造林事業的不斷發展,防火工作成為首要任務。建設森林防火預警是實現森林防火安全和穩定的重
要基礎,是“預防森林火災”建設的重要組成部分,更成為保護森林的重要載體。隨著中國造林事業的不斷發展,防火工作成為首要任務。森林防火必
須貫徹“預防為主,積極撲救”的方針,真正做到早發現、早解決。隨著監控技術日趨成熟,和普威視的智能熱像防火預警Scan Detect Alarm Locate(簡稱S.D.A.L)系統已廣泛應用于森林防火監控領域。

      如何建設“早發現、早解決”的智能森林防火預警系統,,如何建設服務公安業務的監控系統,是新形勢下森林防 火建設過程中面臨的難題。
      結合當前的發展趨勢,和普威視立足森林防火的需要,圍繞構建森林防火的防控圈,和普威視推出了智能熱像防火預警Scan Detect Alarm Locate方案,為林業開展治安防控、救護、指揮決策等綜合應用提供核心全局服務支撐。
      2.  解決方案

       森林是空氣的凈化物;森林有自然防疫作用;森林是天然制氧廠;森林是天然的消聲器;森林對氣候有調節作用;森林改變低空氣流,有防止風沙和減輕洪災、養水源、保持水土的作用;森林有除塵和對污水的過濾作用;森林是多種動物的棲息地,也是多類植物的生長地,是地球生物繁衍最為活躍的區域。
       現代高新技術日益發展,熱成像在森林防火中的優勢日益明顯。由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備,因此除了夜間可以作為現場監控使用外,還可以作為有效防火報警設備,在大面積的森林中,火災往往是由不明顯的隱火引發的。這是毀滅性火災的根源,用現有的普通方法,很難發現這種隱性火災苗頭。而應用紅外熱成像儀可以快速有效地發現這些隱火,并且可以準確判定火災的地點和范圍,透過煙霧發現著火點,做到早知道早預防,早撲滅。 
       紅外熱成像穿透霧氣與水汽能力非常強,不受惡劣天氣影響。傳統的視頻監控采用可見光進行監控,如果有霧霾天氣,很難發現隱藏在霧霾之后的火情。熱成像的工作波段為大氣透過率極高的3-5微米以及8-14微米的長波紅外,霧氣及水汽對熱成像透過率的衰減非常小,在霧霾天氣下,熱成像可穿透霧霾發現遠處存在的火情。

      3.  特點優勢

   “森林防火數字化監控預警系統”避免了原始人工了望觀察火情的局限,實現了林區管理數字化、科學化,大大減少了林業部門的費用支出和管理成本,提高了林區企業的效應。 
      該系統特點有: 

1.林火自動識別系統,實現火情自動報警。 
2.納米波濾光技術穿透煙霧,清晰成像。 
3.室外高品質光纜傳輸,避免傳輸損耗。

      4.  實現的主要功能如下:


1.監控指揮屏幕墻可以實時顯示前端采集點的圖像。
2.所有視頻圖像進行全程錄像存儲,并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
3.采用野外重載數字回顯云臺,具有實時回顯位置信息功能;同時配備電動長焦距鏡頭和低照度高清晰攝像機;可以通過專用操作鍵盤或監控軟件控制云臺頭。
4.通過設置的監測點,實現整個有林面積的監視。
5.系統安全性高,采用人員身份認證、訪問控制功能和審核功能等方式保證系統安全可靠。
6.查詢簡便性:采用時間流設計,可由時間、日期、前端采集點完成資料檢索。
7.光纜傳輸模式,降低系統成本。
8.火情識別報警:當監控攝像機撲捉到林火時,由系統確認火點位置,通過聲音報警信息,通知工作人員。
9.電源系統:電源供給在全天候的環境下,保證系統不間斷供電。
10.防雷接地系統:系統要有安全的防雷接地保障措施,確保系統能夠安全運行。

第二部分  系統架構

第三部分  煙火識別軟件功能介紹

       平臺介紹
       系統軟件平臺主要實現多套前端設備的管理、控制與顯示,煙火識別及報警,火點位置精確定位,實時氣象信息顯示,報警錄像查詢等功能。
  •        5.1直觀的告警方式: FR2000軟件采用聲音+光學雙告警方式,在接收到前端告警后,會有1秒內啟動預置的聲音告警,提醒用戶查看。同時,彈出懸浮產生告警的熱像和可見光的實時視頻圖像,并且會在視頻圖像中填加火源位置標識框突顯告警點信息,另外,還會將火點方位角和距離信息同時顯示,方便用戶觀察。
視頻圖像中標識框突顯告警點信息
  •        虛警區屏蔽:實際場景中,總會存在一些非火災的高溫熱點目標,如屋頂太陽能設備、農家燒火的煙囪、能反射太陽紅外線形成虛熱源的平面金屬等,如果軟件系統不進行處理,這些目標就會被當成熱源目標產生虛假告警,增加誤報率。FR2000防火預警軟件專門針對這些目標,增加了屏蔽虛警功能,可設置多邊形虛警區,在掃描過程中可針對每幀圖像進行分析,自動適應目標大小、數量變化,自動屏蔽場景里的太陽能設備、煙囪、金屬等虛假高溫虛警區,有效降低誤報率,提高告警準確率。

FR2000軟件屏蔽虛警區功能
  •        基于三維GIS高程數據定位: FR2000軟件在接收到前端回傳的告警定位數據后,依據前端設備的GPS位置、云臺方位信息、火源像素坐標和地圖三維GIS高程數據聯合計算,快速準確定位火點的GPS位置,并在電子地圖中標示火點位置,定位精度最高可達幾十米。
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FR2000軟件內置的數字高程定位原理
  •        交互式電子地圖與火點定位顯示: FR2000軟件內置的交互式電子地圖不僅具有縮放、測距、定位、打印等功能,還能和前端設備進行數據交互,電子地圖可以接收前端設備的GPS位置、視頻流數據和云臺回傳的角度和方位信息,在地圖上顯示前端設備的安裝位置和實時雷達式掃描區域,同時也可將選定前端設備的實時視頻圖像懸浮在地圖上顯示,用戶能夠同時看到實時的掃描區域和視頻,直觀易懂。同時用戶可直接在電子地圖上點擊相應區域,電子地圖即可向相應的前端設備發送控制命令,使其指向相應的區域,實現快速直觀定位。產生告警時,FR2000接收到前端回傳的告警定位數據后,依據前端設備的GPS位置、云臺方位信息、火源像素坐標和地圖三維GIS高程數據聯合計算,快速準確定位火點的GPS位置,在電子地圖中標示火點位置,使用戶可方便直觀看到火源在地圖中的具體方位。

地圖顯示與設備安裝位置和實時掃描區域
在電子地圖上標識定位的火點信息

電子地圖上可懸浮實時視頻圖像
  •        具有PTZ控制功能的360o全景圖:FR2000內置的全景拼接功能,能夠以攝像機為中心作360o全范圍掃描,拼接出一張實際全景圖片,比電子地圖更真實直觀。并且自動將云臺的預置點位置用黃色點標記在全景圖上,用戶可以直接在全景圖上點擊預置點位置,云臺自動轉到這一位置上,比常規云臺操作更加直觀簡單。同時,當前攝像機觀察范圍會以紅色方框實時顯示在全景圖上,這樣用戶可以非常直觀的把握當前攝像機觀察位置和目標在整個場景中的方位。另外,虛警區也會以藍色多邊形框圖顯示在全景圖上,方便用戶判斷虛警區的屏蔽。?

熱像全景拼接圖

帶預置點位置和屏蔽區域顯示的全景拼接圖
  •        系統與日志管理:系統管理功能,可以對前端設備填加刪除、名稱編輯、編碼設備相關參數設置、用戶填加刪除管理、系統參數設置,同時還有檢測向導功能,幫助不熟悉用戶一步一步設置掃描檢測。日志管理可以記錄設備操作記錄、系統連接登錄、告警記錄、告警點圖片抓拍和錄相,方便用戶查找、回放。

系統管理界面

第四部分 設備功能介紹


前端雙波段攝像機
    下表為幾款常用雙波段森林防火設備技術指標
型號 TTVC4105-1920 TTVC4307-1920 TTVC4515-2050
探測距離* 2000m(對2mX2m熱源) 3000m(對2mX2m熱源) 6000m(對2mX2m熱源)
探測器 第五代非制冷焦平面陣列VOx探測器
分辨率 336x256像素
光譜范圍 7.5~14μm
NETD 50mK(@25℃ F1.0)
鏡頭焦距 50mm F1.0定焦 25-75mm三倍連續變焦 31-155mm五倍連續變焦
視場角 6.5°×4.8° 13°×9.7°~4.3°×3.2° 11.25°×8.5°~2.25°×1.7°
鏡頭控制 電動變倍、聚焦(自動聚焦可選)
可見光傳感器 1/2.8''靶面CMOS ,200萬像素高清機芯一體化ICR雙濾光片日夜切換彩轉黑CMOS
可見光鏡頭 20倍光學變焦,,4.7~94mm焦距 15~500mm 高清紅外校正鏡頭
圖像處理 1、無需TEC穩定工作溫度,啟動速度小于4秒
2、SDE數字圖像增強技術,提升圖像的細節
3、10種偽彩色圖像及熱黑熱白兩種極性的圖像
4、亮度、對比度、伽瑪值校正
5、2X數字放大
熱點目標智能檢測告警 1、255級報警閾值可設置
2、目標大小范圍可設置,自動識別不同大小目標
3、1-16個報警目標數量可設置,自動選擇最突出目標顯示
4、視頻疊加告警框+數據回傳(或開關量)2種報警方式,報警直觀易讀
5、優化的前端快速處理算法,基于每幀分析,報警響應0.1S,無延遲,無信息丟失
6、所有報警參數和指示均可遠程通過視頻OSD菜單設置,無需專用后臺軟件,可與任意視頻編碼器配合使用,通用性強
7、可選配IP網絡編碼傳輸,提供免費用后端平臺和SDK,簡單易用或方便二次開發
云臺 1、載重,30kg(頂載) 50kg(頂載)
  2、范圍,水平360°,俯仰-75°~+45° 水平360°,  俯仰-75°~+45°
  3、轉速,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、預置位80個
5、防風,防抖動
控制接口 1、 RS-485(PELCO-D\P協議,波特率:2400bps/秒)、RS-232(可選)
2、OSD菜單遠程調用操作
3、PAL復合視頻輸出
4、AC24V電源(DC24V可選)
5、防水航插
環境指標 1、超強鋁合金外殼, 外殼密封,避免霉菌的生長和水汽的產生
2、工作溫度:-25°~55°(-45°可選 )
3、功耗:正常狀態8W,啟動峰值,36W(不含云臺功耗)

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