浩海森林防火紅外熱點(diǎn)檢測(cè)儀干擾熱源屏蔽系統(tǒng)軟件

1、浩海森林防火紅外熱點(diǎn)檢測(cè)儀干擾熱源屏蔽系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄1.引言31.1目的31.2主要設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范32.功能概述43.設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)53.1組成結(jié)構(gòu)53.2數(shù)據(jù)模型63.3流程設(shè)計(jì)73.3流程設(shè)計(jì)84.軟件應(yīng)用實(shí)例95.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則151.引言1.1 目的近年來(lái)，利用紅外熱成像儀進(jìn)行森林火災(zāi)智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)逐漸成為林火視頻監(jiān)測(cè)的研究熱點(diǎn)。這種林火監(jiān)測(cè)方法具有火情自動(dòng)識(shí)別、響應(yīng)速度快、晝夜都可以監(jiān)測(cè)、可有效降低監(jiān)控管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。然而，在利用紅外熱成像儀智能識(shí)別林火過(guò)程中卻經(jīng)常發(fā)生誤報(bào)，這是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境會(huì)對(duì)林火識(shí)別的準(zhǔn)確率造成影響，許多物體都會(huì)發(fā)射或反射過(guò)量紅外線觸發(fā)誤報(bào)。這種類型

2、的誤報(bào)難以依靠調(diào)整軟件算法或監(jiān)測(cè)參數(shù)來(lái)減少，最好的方式是將這些已知的干擾源屏蔽掉，而目前國(guó)內(nèi)紅外或其他光學(xué)林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中尚無(wú)實(shí)現(xiàn)局部屏蔽方法的先例。本設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出和實(shí)現(xiàn)了一種在林火紅外監(jiān)控中能夠利用動(dòng)態(tài)更新屏蔽點(diǎn)來(lái)排除非監(jiān)控區(qū)域以提高監(jiān)控效率的方法。1.2主要設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范安全防范工程程序與要求GA/T 74-94；安全檢查防范系統(tǒng)通用圖形符號(hào)GA/T 74-94；民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T 16-92；工業(yè)企業(yè)通信設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ 46-81；工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ 79-85；建筑電氣安裝工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)GBJ 303-88；施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ

3、46-88；中國(guó)電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GBJ 232-82；系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求GB 14050-932功能概述紅外熱成像儀森林火災(zāi)智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主要運(yùn)用紅外熱成像監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)傳輸、GIS、圖像智能識(shí)別等技術(shù)，通過(guò)安裝在林區(qū)的紅外熱成像儀將林區(qū)的影像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴址阑鹬笓]中心，并通過(guò)智能識(shí)別軟件對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)分析處理，一旦發(fā)現(xiàn)疑似林火警情，則自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。在一些人員活動(dòng)頻率較高的林區(qū)，車輛、鍋爐和反光金屬等都會(huì)發(fā)射或反射紅外線，造成與林火十分類似的影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在紅外熱成像森林火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾熱源的可能性非常大，誤報(bào)率很高。誤報(bào)率高，這在增加監(jiān)測(cè)員工作量的同時(shí)還容易導(dǎo)致人

4、們對(duì)系統(tǒng)的不信任，甚至忽略真正的火災(zāi)警報(bào)，釀成生態(tài)災(zāi)難。這種類型的誤報(bào)無(wú)法通過(guò)軟件參數(shù)或算法調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能通過(guò)屏蔽已知干擾源來(lái)實(shí)現(xiàn)。在其它一些安防系統(tǒng)中，紅外熱成像儀監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指定范圍的屏蔽，但這種屏蔽功能非常有限，不但鏡頭的觀測(cè)方向要固定不變，而且也只能設(shè)定一組屏蔽區(qū)域，這一功能無(wú)法在林火監(jiān)測(cè)這種需要使用云臺(tái)進(jìn)行大范圍動(dòng)態(tài)拍攝的情況下應(yīng)用，因?yàn)楫?dāng)云臺(tái)的角度發(fā)生改變的同時(shí)，需要屏蔽的區(qū)域也隨之變化，原本的一組屏蔽范圍也要隨著這一變化而加以動(dòng)態(tài)更新，傳統(tǒng)的紅外熱成像儀或基于其它光學(xué)鏡頭的林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并沒(méi)有動(dòng)態(tài)更新屏蔽點(diǎn)的功能。為了實(shí)現(xiàn)紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)干擾源的智能屏蔽，可以從軟件方面人手

5、，為攝像拍攝的全景畫(huà)面建立一個(gè)球狀分割模型，并將分割的各個(gè)大小相同的矩形屏蔽單元賦以編號(hào)，建立起以屏蔽單元為地址編碼的數(shù)據(jù)模型并存人數(shù)據(jù)庫(kù)，最終形成干擾源智能屏蔽功能模塊并加以實(shí)現(xiàn)。以這種方法建立的紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)更新屏蔽點(diǎn)，并可全方位排除非監(jiān)控區(qū)域，有效提高監(jiān)控效率。3. 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1組成結(jié)構(gòu)紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)干擾源智能屏蔽功能實(shí)現(xiàn)所依托的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如1所示。與大部分紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類似，其主要組成結(jié)構(gòu)包括前端攝像系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和客戶端，所不同的主要是在服務(wù)器和客戶端增加了處理屏蔽的功能模塊。 前段攝像系統(tǒng) 服務(wù)器 客戶端 圖1 紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)干

6、擾源智能屏蔽系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)前端攝像系統(tǒng)與屏蔽功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠紅外熱成像儀、云臺(tái)、解碼器、傳輸設(shè)備等。紅外熱成像儀用于獲取紅外視頻，云臺(tái)用于控制紅外熱成像儀監(jiān)控方向，解碼器用于解碼操控指令，傳輸設(shè)備用于傳輸視頻圖像及操控指令等。傳輸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線或有線傳輸方式在因特網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)上進(jìn)行信息傳輸。服務(wù)器除了處理視頻信息、發(fā)出警報(bào)及處理云臺(tái)操作指令外，還可進(jìn)行屏蔽處理?？蛻舳藙t接收服務(wù)器圖像服務(wù)，發(fā)送屏蔽及云臺(tái)操作指令。3.2 數(shù)據(jù)模型要實(shí)現(xiàn)對(duì)不斷移動(dòng)的紅外鏡頭獲取的圖像局部區(qū)域進(jìn)行屏蔽，首先要將紅外熱成像儀監(jiān)控區(qū)域的圖像表示出來(lái)，這樣才能使用戶在圖像上選定屏蔽區(qū)域進(jìn)行屏蔽操作。本研究采用球型分割模型作為全

7、景圖生成模型，這是因?yàn)榧t外熱成像儀所能拍攝到的全景畫(huà)面必定可以在一個(gè)圓球上無(wú)縫拼貼形成球形。將紅外熱成像儀采集的移動(dòng)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行球型分割，即采用一個(gè)球形面作為分割數(shù)據(jù)圖像的界面，生成監(jiān)測(cè)全景圖。圖2即紅外熱成像全景圖所采用的球形分割模型。為了實(shí)現(xiàn)林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的干擾源智能屏蔽功能，研究創(chuàng)造了屏蔽單元的概念，即將紅外熱成像儀所監(jiān)控的全景圖分割為一定大小的屏蔽單元，每個(gè)屏蔽單元為包含一定圖像像元的矩形區(qū)域。為每個(gè)屏蔽單元賦予一個(gè)固定的地址編碼和一個(gè)屏蔽標(biāo)識(shí)碼，屏蔽標(biāo)識(shí)碼默認(rèn)為0，即不屏蔽,當(dāng)屏蔽標(biāo)識(shí)碼被修改為1 的時(shí)候,就將這個(gè)屏蔽單元對(duì)應(yīng)的圖像區(qū)域屏蔽掉 ,此后發(fā)生在該屏蔽単元區(qū)域的火警警報(bào)將直接

8、被忽略掉。 圖2 球形分割模型在客戶端每張獲取的實(shí)時(shí)圖像上，需要建立與屏蔽單元相同大小的柵格選框。 由于云臺(tái)的不斷移動(dòng)和攝像頭輕徴抖動(dòng)変化，柵格選框會(huì)隨攝像設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)，此時(shí)柵格選框會(huì)隨攝像設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)，此時(shí)柵格選框會(huì)依據(jù)云臺(tái)位置計(jì)算獲取當(dāng)前地址編，并將之與全景圖上的屏蔽単元地址編碼進(jìn)行匹配?？蛻舳藮鸥襁x框與屏蔽.単元之間關(guān)系如圖3所示。 圖3 客戶端柵格選框與屏蔽單元之間關(guān)系由于這些柵格選框與屏蔽単元并不一定完全重合，要將柵格選框和屏蔽単元一一對(duì)應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生4 種情況：第一種情況是柵格選框和屏蔽單元完全重合，則柵格選框直接對(duì)應(yīng)該屏蔽単元取値；第二種情況是柵格単元與2個(gè)或4個(gè)屏蔽単元交疊，且交疊

9、面積不一樣，則此時(shí)認(rèn)為柵格選框?qū)?yīng)交疊面積最大的屏蔽單元；第三種情況是柵格單元與兩個(gè)屏蔽単元交疊，且交疊面積一樣，此時(shí)認(rèn)為柵格選框?qū)?yīng)左方或上方的那個(gè)屏蔽単元；最后一種情況是柵格単元與4個(gè)屏蔽単元交疊，且交疊面積一樣，則此時(shí)認(rèn)為柵格選框?qū)?yīng)左上方的那個(gè)屏蔽單元。3.3 流程設(shè)計(jì)紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)干擾源智能屏蔽工作流程如圖4所示 。 圖4 紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)干擾源智能屏蔽工作流程當(dāng)紅外熱成像儀安裝完畢后,可在初始階段先將當(dāng)前很明顯的非監(jiān)測(cè)區(qū)域，如樓房、通路、天空等先行在全景圖的屏蔽單元中加以預(yù)屏蔽，在后期使用過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移和地物的變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)疑似火情并報(bào)警，這時(shí)首先要觀察當(dāng)前影像，查

10、看該報(bào)警位置是否已經(jīng)變成非監(jiān)控區(qū),若因?yàn)榈匚镒兓兂煞潜O(jiān)控區(qū)，則通過(guò)客戶端柵格選框?qū)⒂跋裰袩o(wú)需監(jiān)控范圍的屏蔽単元選中屏蔽,并在服務(wù)器端進(jìn)行存儲(chǔ)更新。3.4 研發(fā)實(shí)現(xiàn)研究采用 FLIR60mm鏡頭紅外熱成像儀進(jìn)行監(jiān)測(cè),利用電信專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù),功能實(shí)現(xiàn)所依托的系統(tǒng)采用 python開(kāi)發(fā),sql server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,在軟件模型上采用了NASA全球數(shù)字高程地形圖(ASTDEM)建立3D地形模型,遙感影像數(shù)據(jù)采用 NaturalVue數(shù)據(jù)。最終建立的可進(jìn)行干擾源智能屏蔽的紅外熱成像儀林火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在 windows或 Linux操作系統(tǒng)中應(yīng)用。4.軟件應(yīng)用實(shí)例1、 打開(kāi)森林防

11、火客戶端進(jìn)入森林防火客戶端程序，進(jìn)入登陸界面用戶名：admin密碼：admin登陸成功后進(jìn)入控制面板2、 主預(yù)覽功能打開(kāi)進(jìn)入主預(yù)覽界面。熱成像監(jiān)控可見(jiàn)光監(jiān)控?zé)嶂敌畔⒆鴺?biāo)值云臺(tái)控制攝像機(jī)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備列表設(shè)備搜索框監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)隱藏菜單設(shè)備列表是當(dāng)前項(xiàng)目中所有設(shè)備的信息列表。在右側(cè)選中一個(gè)窗口，雙擊設(shè)備，窗口中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控畫(huà)面，如果一個(gè)窗口已有監(jiān)控畫(huà)面，則雙擊相應(yīng)的設(shè)備，系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉原有的畫(huà)面，并打開(kāi)新設(shè)備的畫(huà)面到監(jiān)控窗口?？刂泼姘彗R頭控制步長(zhǎng)控制云臺(tái)控制隱藏菜單在監(jiān)控窗口中選擇一個(gè)已打開(kāi)監(jiān)控畫(huà)面的窗口，在云臺(tái)控制中選擇相應(yīng)的按鈕，可對(duì)攝像機(jī)的云臺(tái)進(jìn)行上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)控制。轉(zhuǎn)動(dòng)的步長(zhǎng)（每秒走過(guò)的距離）

12、可在步長(zhǎng)控制中設(shè)置（如圖所標(biāo)注）。同樣，在鏡頭控制中讀攝像機(jī)的焦距、遠(yuǎn)近、光圈進(jìn)行控制。其中巡航按鈕中有3個(gè)可選擇，其中“開(kāi)始巡航”是對(duì)云臺(tái)發(fā)送巡航命令，攝像機(jī)的云臺(tái)會(huì)根據(jù)已設(shè)定的軌跡進(jìn)行巡航檢測(cè)?！巴Ｖ寡埠健笔菍?duì)巡航狀態(tài)中的云臺(tái)發(fā)送停止命令使其停止巡航?！袄^續(xù)巡航”是對(duì)停止?fàn)顟B(tài)下的云臺(tái)按照原先的軌跡繼續(xù)進(jìn)行巡航?？蓪?duì)可見(jiàn)光的攝像機(jī)進(jìn)行鏡頭調(diào)整。是針對(duì)熱成像的清晰度進(jìn)行調(diào)整的按鈕。工具欄在工具欄中，有兩欄的信息。分別為火警信息和系統(tǒng)信息當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，火警信息會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前火警，圖像出現(xiàn)紅、黃色閃動(dòng)對(duì)火警的處理分三種：1、 如果當(dāng)前為真實(shí)火警，并且現(xiàn)場(chǎng)人員將火情撲滅，則請(qǐng)選擇“已撲滅”選擇已撲滅2、

13、 如果當(dāng)前為燒紙等誤報(bào)且暫時(shí)性的火警，請(qǐng)選擇“等待撲滅”巡航中會(huì)屏蔽本次誤報(bào)。3、 如果當(dāng)前為誤報(bào)且長(zhǎng)期存在的如煙囪，請(qǐng)選擇“加入忽略區(qū)”，以后的巡航中，此處均不再報(bào)警。忽略區(qū)域的屏蔽操作,被標(biāo)示為灰色區(qū)域的火險(xiǎn)警報(bào)將會(huì)被直接屏蔽。 忽略區(qū)域屏蔽操作效果圖4、 如果詳細(xì)處理，請(qǐng)點(diǎn)“火警處理”，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到火警管理頁(yè)面，向前見(jiàn)“用戶手冊(cè)-火警管理”處理結(jié)束后本次火警處理完畢，可繼續(xù)開(kāi)啟巡航?；鹁幚碓斠?jiàn)“用戶手冊(cè)-火警管理”處理火警的流程：（1）打開(kāi)火警信息（2）選擇處理方式（3）處理完畢 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則先進(jìn)性：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，整個(gè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)符合高新技術(shù)的潮流。在滿足現(xiàn)期功能的前提下，系

14、統(tǒng)設(shè)計(jì)具有前瞻性，在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持一定的技術(shù)先進(jìn)性。安全性：系統(tǒng)采取全面的安全保護(hù)措施，具有防病毒感染、防黑客攻擊措施，同時(shí)在防雷擊、過(guò)載、斷電和人為破壞方面進(jìn)行加強(qiáng)，具有高度的安全性和保密性。對(duì)接入系統(tǒng)的設(shè)備和用戶，進(jìn)行嚴(yán)格的接入認(rèn)證，以保證接入的安全性。系統(tǒng)支持對(duì)關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵數(shù)據(jù)、關(guān)鍵程序模塊采取備份、冗余措施，有較強(qiáng)的容錯(cuò)和系統(tǒng)恢復(fù)能力，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期正常運(yùn)行。合理性：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮系統(tǒng)的容量及功能的擴(kuò)充，方便系統(tǒng)擴(kuò)容及平滑升級(jí)。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境(硬件設(shè)備、軟件操作系統(tǒng)等)具有較好的適應(yīng)性，不依賴于某一特定型號(hào)計(jì)算機(jī)設(shè)備和固定版本的操作系統(tǒng)軟件。經(jīng)濟(jì)性：在滿足系統(tǒng)功能及性能要求的前提下，盡量降低系統(tǒng)建設(shè)成本，采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)和設(shè)備，利用現(xiàn)有設(shè)備和資源，綜合考慮系統(tǒng)的建設(shè)、升級(jí)和維護(hù)費(fèi)用。系統(tǒng)符合向上兼容性、向下兼容性、配套兼容和前后版本轉(zhuǎn)換等功能。實(shí)用性：本系統(tǒng)提供清晰、簡(jiǎn)潔、友好的中文人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)便、靈活、易學(xué)易用，便于管理和維護(hù)。具有公安行業(yè)風(fēng)