森林防火系統(tǒng)

1、森林防火系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的智能森林防火系統(tǒng)，融合了智能視頻監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、云計算技術(shù)，是一種新型的智能監(jiān)控、預(yù)警和決策支持系統(tǒng)。我們設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的智能森林防火系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集林區(qū)現(xiàn)場數(shù)據(jù)（溫度、濕度、大氣壓力、光亮度、視頻信息），通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，將數(shù)據(jù)實時傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器。監(jiān)控中心服務(wù)器對上述數(shù)據(jù)進實時處理與分析，從而實現(xiàn)用戶對林區(qū)狀態(tài)的實時檢測，并在發(fā)生火災(zāi)的時候，實現(xiàn)實時報警和火點定位，報警給相關(guān)的負(fù)責(zé)人，并在地理信息系統(tǒng)上實現(xiàn)火點標(biāo)繪。然后結(jié)合已獲取數(shù)據(jù)和林火蔓延模型，給

2、出林火的發(fā)展趨勢，并提取出林火發(fā)生地的地理條件、人員、物資儲備、水源條件等，為領(lǐng)導(dǎo)制定正確的決策提供客觀依據(jù)。1.概述成果架構(gòu)示意圖（圖 1）如上圖 1 所示，一個完整的森林防火智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含了智能數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能數(shù)據(jù)處理（屬于監(jiān)控中心）和終端用戶幾個部分。下面分別介紹：1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：根據(jù)森林防火監(jiān)測的具體要求，合理部署傳感器節(jié)點，實時進行數(shù)據(jù)采集。這里部署的傳感器種類主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、大氣壓力傳感器等。并且根據(jù)實際的需求，在合適的山頭，安裝智能攝像機、云臺設(shè)備。攝像機將在云臺的支撐下，可以進行 360 度的旋轉(zhuǎn)

3、，實時采集森林的視頻信息，并且可以將云臺的俯角、仰角信息一并回傳給中心服務(wù)器，用于火點定位。2、傳輸網(wǎng)絡(luò)：森林中的組網(wǎng)形式一般是通過無線和專用網(wǎng)絡(luò)形式完成的，所有的信息經(jīng)過規(guī)整，最終經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳回給智能控制中心。傳輸系統(tǒng)的功能是連接前端監(jiān)控點和監(jiān)控中心，將前端監(jiān)控點的音視頻信號傳到監(jiān)控中心，將監(jiān)控中心的控制信號傳輸給前端監(jiān)控點，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。無線傳輸系統(tǒng)有很多的優(yōu)點：帶寬較高、建設(shè)周期短；一次性投資、建設(shè)簡便、組網(wǎng)靈活、易于維護、管理，設(shè)備可重復(fù)利用。3、智能控制中心：智能控制中心是整個系統(tǒng)的核心，它承擔(dān)著災(zāi)前預(yù)警、災(zāi)中決策支持和災(zāi)后評估三項重大功能。智能控制中心首先完成傳回數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換、

4、抽取和最終入庫功能。然后是經(jīng)1 / 10過智能數(shù)據(jù)的分析處理，形成一定的圖表，用于災(zāi)前預(yù)警。發(fā)生火災(zāi)的時候，它提供 GIS 地圖支撐、趨勢預(yù)警、人員設(shè)備調(diào)度等決策支持。在災(zāi)后，它提供一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖表，進行災(zāi)后評估。森林防火的預(yù)警是根據(jù)溫度傳感器、濕度傳感器、大氣壓傳感器等傳感器傳回的數(shù)據(jù)，結(jié)合森林的植被、地形、氣象數(shù)據(jù)，形成森林火險預(yù)警圖。而視頻設(shè)備可以實時傳回出森林的圖像數(shù)據(jù)，并且視頻設(shè)備在檢測到森林中有火焰、煙霧等異常信息時，將觸發(fā)預(yù)報警信息，經(jīng)過再次的分析確認(rèn)后，將形成正式的報警信息，發(fā)送給林業(yè)局負(fù)責(zé)人。同時，智能監(jiān)控中心在接收到異常報警信息后，將

5、進行森林火點的定位操作，從而算出發(fā)生林火的地理經(jīng)緯度，指導(dǎo)撲火隊的撲火方向。，根據(jù)當(dāng)前火勢和趨勢動態(tài)模擬結(jié)果，推斷出撲火最佳人員配備：調(diào)配哪些消防站、多少人、多少消防車、多少設(shè)備等。再由多源最優(yōu)路徑分析，使消防人員迅速到達(dá)火場施救，最終達(dá)到為領(lǐng)導(dǎo)提供林業(yè)防火決策支持的功能。2.詳細(xì)技術(shù)說明森林防火智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的詳細(xì)技術(shù)實現(xiàn)主要包括智能視覺處理器和攝像機等組成的前端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸、監(jiān)控中心等組成。系統(tǒng)搭建示意圖（圖 2）整體系統(tǒng)布局如下圖：2 / 10系統(tǒng)整體布局示意圖（圖 3）前端設(shè)備構(gòu)建：設(shè)備名稱主要功能簡介備注前端基站基塔供電設(shè)備智能控制箱視頻編

6、碼器數(shù)字云臺攝像機煙火識別智能處理器用于安裝前端監(jiān)控設(shè)備采用太陽能、風(fēng)能組合供電，UPS 電源蓄電，保證 72 小時供電。整合了前端主要控制設(shè)備，集成于定制恒溫機箱內(nèi)。視頻編碼設(shè)備將模擬視頻按照 H264 或 Done標(biāo)準(zhǔn)編碼，編碼轉(zhuǎn)換后適合在網(wǎng)上傳輸。用于控制攝像機工作狀態(tài)，可設(shè)置云臺預(yù)置位、也可實現(xiàn)云臺精確定位。捕獲監(jiān)控區(qū)域的圖像，相機具有長焦、變焦、夜視等功能。煙火智能識別軟件嵌入式設(shè)計，前置到基站前端，置于基站控制箱內(nèi)。采用安全電壓供電方式（24VDC）配透霧鏡頭根據(jù)安保攝像機動態(tài)攝像的圖像，設(shè)置周界智能圖像處理器保護、物品丟

7、失等報警類型，確保前端基站的設(shè)備安全具有自動恒溫裝置，具有防曬、防雨、防凍、野外防護罩防霧、防腐蝕的特點，可在惡劣的環(huán)境下工作。前端設(shè)備搭建列表（表 1）前端主要由攝像機、大焦距變鏡頭、智能視覺處理器、太陽能供電系統(tǒng)、以及整個前端的避雷、鐵塔和基礎(chǔ)設(shè)施組成。3 / 10攝像機作為一種視頻圖像傳感器，用于采集監(jiān)控現(xiàn)場的視頻圖像信息，然后傳送到智能視覺處理器。根據(jù)不同的應(yīng)用場合以及對監(jiān)控性能的不同需求，可選擇相應(yīng)性能的攝像機、像機鏡頭。智能視覺處理器具有視頻采集，視頻分析識別、產(chǎn)生各種動作告警并能自動處理和聯(lián)動等功能。形象地說：就是給攝像頭安裝了一個“大腦”。讓它自己

8、可以完成“看到、分析、判斷、反應(yīng)、動作、報警”等功能。廣泛地應(yīng)用于森林防火、油田輸油管線、飛機場跑道、各類倉庫、工廠、電站、公共場所、敏感區(qū)域等重要安全場所與其他行業(yè)看護，為智能視頻綜合安防系統(tǒng)提供核心的技術(shù)與產(chǎn)品。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有視頻圖像自動識別、分析與處理能力的智能化數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備，它內(nèi)嵌了智能視覺分析技術(shù)，支持運動目標(biāo)檢測、人體行為檢測、交通檢測、物品檢測、消防檢測等智能視覺功能模塊。具有自動視覺監(jiān)控、自動場景檢測和自動報警響應(yīng)等強大功能。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控和安防系統(tǒng)相比，設(shè)備具有可以在室內(nèi)或室外環(huán)境進行 7×24 小時全天候自動化無人值守的特點，可以大

9、幅度地減輕保安人員的負(fù)擔(dān)，提高安全水平。智能視頻監(jiān)控設(shè)備采用的技術(shù)模塊是由微處理器、存儲器以及其它外設(shè)等組成圖像處理單元，依據(jù)煙火的視頻圖像特征，利用各種圖像處理技術(shù)對數(shù)字化處理視頻信號進行圖像處理和分析、判斷，實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域的煙火檢測。它提供遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置功能，用戶可以根據(jù)應(yīng)用場合對檢測參數(shù)（如最小檢測范圍、檢測區(qū)域、告警級別）進行遠(yuǎn)程設(shè)置，方便靈活。根據(jù)應(yīng)用場合不同，可以選擇安裝防塵罩、萬向云臺、太陽能電源等前端輔助設(shè)備。傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：無線圖像傳輸系統(tǒng)組成：l 發(fā)送設(shè)備：圖像發(fā)射 /數(shù)據(jù)接收機、發(fā)射天線、接收天線。l 接收設(shè)備：下變頻器、衛(wèi)星接收機、接收天線。圖

10、像通道的描述：各監(jiān)控點的攝像機輸出的視頻信號，首先送給智能視頻處理器，再傳給圖像發(fā)射機、發(fā)射機最后經(jīng)天線以無線方式指向發(fā)射到監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心首先用天線接收然后下變頻最后經(jīng)衛(wèi)星接收機解調(diào)出視頻信號，視頻信號經(jīng)（可選視頻分配器直接將另一組視頻信號送給硬盤錄像機）分配后再送給矩陣控制器，通過主、分控鍵盤對矩陣控制器的控制，矩陣輸出的視頻信號可切換到任意指定的顯示設(shè)備上。如有遮擋可增加圖像中繼，中繼工作原理是用一個頻點收，用另外一個頻點轉(zhuǎn)發(fā)。控制通道的描述：控制通道采用 225MHZ 一對多點、碼分多址方式。從中心控制矩陣輸出的 RS232/RS485/RS422控制

11、數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)據(jù)傳發(fā)射機經(jīng) 225MHZ 全向天線發(fā)射到各監(jiān)控點，前端各監(jiān)控點的無線數(shù)據(jù)傳接收機接收到指令后并解調(diào)出控制數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)通過控制電纜送給解碼器，解碼器根據(jù)控制數(shù)據(jù)中所包含的地址碼來判斷自己是否解碼。如果是則進行同時輸出電壓去控制攝像機、云臺和防護罩的動作；如果否則不執(zhí)行任何動作。同樣如有遮擋可增加數(shù)據(jù)中繼，中繼工作原理同上。無線數(shù)據(jù)傳系統(tǒng)可以與 INFINOVA、AD、PELCO、PANASONIC 等絕大多數(shù)矩陣控制系統(tǒng)兼容，其接口有 RS232/RS422/RS485，通訊速率為 1200-9600bps，用戶可以

12、根據(jù)需要靈活選用。4 / 10傳輸拓?fù)鋱D（圖 4）系統(tǒng)監(jiān)控指揮中心構(gòu)建 ：監(jiān)控指揮中心是整個系統(tǒng)的控制、圖像顯示、圖像錄像中心，監(jiān)控中心。能向指揮調(diào)度人員提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現(xiàn)場實時圖像。中心設(shè)備由濾波放大器、衛(wèi)星接收機、數(shù)傳發(fā)射機、矩陣控制器、監(jiān)視墻、硬盤錄象機、主監(jiān)視器、主 /分控鍵盤、服務(wù)器、應(yīng)用軟件包等組成.監(jiān)控中心原理圖（圖 5）設(shè)備名稱主要功能簡介計算機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理服務(wù)器用于管理整個系統(tǒng)和所有設(shè)備系統(tǒng)管理信息服務(wù)器  用于林業(yè)系統(tǒng)的日常辦公、信息發(fā)布GIS 服務(wù)器數(shù)據(jù)

13、庫服務(wù)器媒體服務(wù)器集中控制系統(tǒng)AV 矩陣RGB 矩陣中央控制器主機及觸屏用于矢量地圖的存儲、管理用于用戶存儲、調(diào)用管理信息和數(shù)據(jù)用于用戶存儲、調(diào)用音視頻數(shù)據(jù)用于指揮中心音視頻切換用于指揮中心的計算機信號的切換用于指揮中心控制外圍設(shè)備的切換信息輸出展示系統(tǒng)數(shù)字會議擴聲系統(tǒng)指揮調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字矩陣電視墻LED數(shù)字會議主機話筒調(diào)度服務(wù)器將視頻信號轉(zhuǎn)換，輸出到電視墻實時動態(tài)顯示林區(qū)監(jiān)控圖像、并可根據(jù)顯示方案切換顯示畫面。實時動態(tài)顯示火險等級、林區(qū)氣象等信息用于指揮中心手拉手話筒控制用于揚聲各種調(diào)度指揮命令的交換和發(fā)布5 / 10調(diào)度機指揮坐席電話排隊、調(diào)度用于指揮人

14、員發(fā)布各種指揮信令監(jiān)控中心搭建列表（表 2）系統(tǒng)功能：地圖信息查詢l歷史火情查詢歷史火情數(shù)據(jù)庫，可以將歷史上發(fā)生的火情的詳細(xì)記錄輸入，以備查詢。歷史火情查詢界面圖 （圖 6）l防火預(yù)案查詢顯示相關(guān)的防火預(yù)案和方案。在屏幕左側(cè)有防火預(yù)案顯示區(qū)域，雙擊相關(guān)預(yù)案名稱即可顯示。6 / 10防火預(yù)案查詢界面圖（圖 7）l地名查詢輸入要查詢的地名，即可查詢與此地名相關(guān)的所有信息，如輸入“迎春”則有可能顯示：迎春鎮(zhèn)、迎春街、迎春橋等。點擊定位可以顯示地名在地圖上的所在位置。林場地點查詢界面圖（圖 8）l林場位置查詢選中相關(guān)林場名稱，點擊定

15、位，即可在地圖上定位林場所在地。7 / 10林場位置查詢界面圖（圖 9）l防火機構(gòu)位置查詢選中相關(guān)防火機構(gòu)名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火機構(gòu)所在地，如防火指揮部，防火分指揮部等。防火機構(gòu)位置查詢界面圖（圖 10）l防火了望塔位置查詢選中相關(guān)防火了望塔名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火了望塔所在地。同時顯示了望塔相關(guān)信息。8 / 10瞭望塔位置查詢界面圖（圖 11）l防火儲備庫位置查詢選中相關(guān)防火儲備庫名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火儲備庫所在地。同時顯示儲備庫的相關(guān)信息。l撲火力量位置查詢選中相關(guān)撲火力量名稱，點

16、擊定位，即可在地圖上定位撲火力量所在地。同時顯示撲火力量相關(guān)信息。l防火通訊臺站查詢選中相關(guān)通訊臺站名稱，點擊定位，即可在地圖上定位通訊臺站所在地。同時顯示通訊臺的相關(guān)信息。l防火檢查站位置查詢選中相關(guān)防火檢查站名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火檢查站所在地。同時顯示檢查站相關(guān)信息。l管護站、管護區(qū)位置查詢選中相關(guān)管護站、管護區(qū)名稱，點擊定位，即可在地圖上定位管護站、管護區(qū)所在地。同時顯示管護站、管護區(qū)相關(guān)信息。l防火機降點、飛機場位置查詢選中相關(guān)防火機降點、飛機場名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火機降點、飛機場所在地。同時顯示機降點、飛機場相關(guān)信息。l火源控制點位置查詢選中相關(guān)火源控制點

17、名稱，點擊定位，即可在地圖上定位火源控制點所在地。同時顯示火源控制點相關(guān)信息。l氣象站位置查詢選中相關(guān)氣象站名稱，點擊定位，即可在地圖上定位氣象站所在地。同時顯示氣象站相關(guān)信息。l蓄水池位置查詢選中相關(guān)防火蓄水池名稱，點擊定位，即可在地圖上定位防火蓄水池所在地。同時顯示蓄水池相關(guān)信息。9 / 10l防火阻隔帶位置查詢選中相關(guān)防火阻隔帶名稱，點擊定位，即可在地圖上定位阻隔帶所在地。同時顯示阻隔帶相關(guān)信息。l林業(yè)區(qū)劃位置查詢選中相關(guān)林場、林班、小班名稱，點擊定位，即可在地圖上定位林場、林班、小班在地。同時顯示相關(guān)信息。系統(tǒng)特點GIS(Geographic Inform

18、ation Systems,地理信息系統(tǒng))在地理信息系統(tǒng)上，可以對撲救林火進行宏觀調(diào)控，指揮整個撲火的行動，同時在地圖上進行撲火行動標(biāo)繪，對火情態(tài)勢進行跟蹤，為火場撲救提供輔助決策。根據(jù)不同需要，GIS 對數(shù)據(jù)庫資料進行統(tǒng)計分析，生成各類專題圖，實現(xiàn)資源管理信息化。林火智能識別：火情自動識別依附于前端采集站（林火監(jiān)控基站）的監(jiān)控控制軟件，火災(zāi)自動識別報警系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程分為數(shù)據(jù)采集、流媒體解碼、圖像數(shù)據(jù)處理、火災(zāi)圖像識別、監(jiān)控云臺定位、計算機報警和人工交互識別等步驟。林火精確定位：監(jiān)測到林區(qū)出現(xiàn)疑似火情后，根據(jù)前端攝像系統(tǒng)的絕對三維（緯度，經(jīng)度，相對高程），前端攝像系統(tǒng)拍攝該疑似火情時的相對三維（云臺的水平轉(zhuǎn)角，云臺的垂直夾角，鏡頭的焦距），結(jié)合 GIS 地理信息系統(tǒng)，精確測算出目標(biāo)的具體位置。云臺預(yù)置位：使監(jiān)控范圍能覆蓋林區(qū)，使各區(qū)域的視頻圖像都能達(dá)到清晰可辯的水平，我們提供了對云臺參數(shù)進行預(yù)設(shè)置。火情蔓延趨勢推演：根據(jù)火險等級預(yù)報和火行為分析模型，結(jié)合當(dāng)前火點的位置、風(fēng)向、溫度、濕度、地表溫度、植被等信息動態(tài)推演火災(zāi)蔓延的方向、面積、速度及強度，操作人員可以將多次標(biāo)繪的火場態(tài)勢圖按時間順序排列，能