森林草原防火視頻監(jiān)控指揮中心設(shè)計方案

森林草原防火視頻監(jiān)控指揮中心設(shè)計方案指揮中心作為森林草原防火監(jiān)控站的指揮調(diào)度中心，它的性能設(shè)計優(yōu)良直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運行，它的建設(shè)不僅要滿足目前的系統(tǒng)需求，而且還要有長遠的發(fā)展目光，在系統(tǒng)設(shè)計的過程中要充分考慮日后系統(tǒng)擴容。森林草原站指揮中心建設(shè)內(nèi)容具體包括應(yīng)用支撐子系統(tǒng)、大屏顯示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)等，本次設(shè)計主要介紹應(yīng)用支撐子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)和大屏顯示子系統(tǒng)。1.1、應(yīng)用支撐系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)整體框架分數(shù)據(jù)、管理、服務(wù)和應(yīng)用四個層次，以及相關(guān)的政策法規(guī)、管理制度、技術(shù)標準規(guī)范和信息安全保障，整體架構(gòu)如下圖所示：平臺支持級聯(lián),平臺級聯(lián)基于聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)，支持信令、視頻流、告警事件的級聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)遵循GB/T28181-2011標準協(xié)議及其補充規(guī)定（支持補充規(guī)定中的TCP協(xié)議，可以大大提高級聯(lián)規(guī)模和處理速度）。平臺級聯(lián)主要功能有組織推送、資源推送、視頻預(yù)覽、錄像回放和下載、轉(zhuǎn)臺控制、告警事件收發(fā)。級聯(lián)網(wǎng)關(guān)支持用戶權(quán)限控制，支持可視化查看平臺聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)和點位統(tǒng)計信息。最多可支持五級平臺級聯(lián)，典型部署為省、市、縣三級級聯(lián)，如下圖所示：硬件環(huán)境平臺配置兩臺服務(wù)器，一臺安裝森林草原防火監(jiān)測視頻監(jiān)控平臺，一臺安裝GIS平臺。平臺的硬件環(huán)境為主流配置的機架式服務(wù)器（CPU：E52620V3）。平臺配置指標推薦配置CPU6核2.4GHz或以上內(nèi)存16G網(wǎng)卡1000M桌面客戶端客戶端的推薦硬件環(huán)境為主流配置的PC機（CPU用i7）：桌面客戶端指標推薦配置CPU4核1.2GHz或以上內(nèi)存16G網(wǎng)卡1000M顯卡獨立顯卡，顯存4G或以上軟件環(huán)境說明：“支持”表示能夠到達要求的功能和性能；“兼容”表示以實現(xiàn)功能為主，可能損失一定的性能，極端情況下會出現(xiàn)請求失敗等情況。配置表軟件環(huán)境支持兼容服務(wù)器操作系統(tǒng)環(huán)境WindowsServer2008R2(x64)WindowsServer2012R2(x64)瀏覽器環(huán)境IE8(x86)、IE11(x86)無桌面客戶端Windows7(x86)Windows7(x64)Windows10(x64)1.1.1、森林草原防火預(yù)警軟件系統(tǒng)設(shè)計作為森林草原防火視頻監(jiān)控預(yù)警平臺的核心，森林草原煙火自動識別與預(yù)警子系統(tǒng)主要應(yīng)用圖像處理技術(shù)、計算機視覺技術(shù)、模式識別技術(shù)等對采集的視頻圖像進行分析，實現(xiàn)對森林草原防火進行準確實時監(jiān)測。森林草原煙火自動識別與預(yù)警子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖：處理模塊處理模塊圖像預(yù)處理圖像光照增強及匹配煙火目標識別平滑濾波、灰度增強等色彩遷移理論等相似性度量等第一層第二層第三層使用方法該子系統(tǒng)主要分為三部分：圖像預(yù)處理、圖像光照增強及匹配、煙火目標識別。森林草原煙火自動識別與預(yù)警子系統(tǒng)應(yīng)用圖像分割和識別技術(shù)，自動區(qū)分并標記出森林草原區(qū)域和天際線，以降低防火虛警率。在自動監(jiān)測狀態(tài)下，轉(zhuǎn)臺自動轉(zhuǎn)動，程序?qū)崟r地抓取基本照片、比較圖片，經(jīng)圖像處理提取煙火特征(如煙火的灰度分布特征、形狀和煙火的運動特征等)，應(yīng)用模式識別技術(shù)進行煙火自動判別。通過相應(yīng)的算法，其他的非煙火目標(如飛行物、車輛等)將被排除。森林草原煙火自動識別算法主要利用色彩遷移理論、計算機視覺、圖像形態(tài)學以及圖像相關(guān)和匹配等處理手段減小時間變化(圖像明暗變化)、早晚霞、樹影晃動、光影、雨雪以及像素偏移等因素造成的影響，降低煙火識別誤報率，提高準確率。另外，對視頻圖像中非防火區(qū)域(如村落，湖泊、田野等)，用戶可以根據(jù)客觀需要決定是否對這些區(qū)域進行檢測(即對此區(qū)域的煙火目標是否識別)。主要功能描述：防火預(yù)警：當前端設(shè)備發(fā)現(xiàn)疑似防火后，平臺彈出報警信息窗口。值班人員根據(jù)圖片和視頻對報警進行確認。如果是防火，支持標記防火的類型；如果不是防火，支持標記誤報并標注的原因。當防火確認后，值班人員可以將防火信息發(fā)送給森林草原站領(lǐng)導及相關(guān)部門，以便進行火災(zāi)撲救。支持通過信息發(fā)布平臺上報防火。設(shè)備管理：支持網(wǎng)絡(luò)攝像機、硬盤錄像機、視頻服務(wù)器的添加、刪除、修改支持網(wǎng)絡(luò)攝像機SDK、GB28181、ONVIF等多種接入配置方式支持遠程配置、同步編碼設(shè)備基本參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，遠程重啟設(shè)備，遠程設(shè)備校時支持各類資源模糊搜索支持批量導入和導出設(shè)備實時監(jiān)控：支持B/S、C/S和移動客戶端瀏覽實時視頻支持全屏顯示模式，并支持一機雙屏(擴展顯示)支持前端攝像機亮度、對比度、色度、飽和度參數(shù)調(diào)節(jié)支持手動抓圖，緊急錄像支持監(jiān)控點信息(分辨率、碼率、幀率等)顯示、語音對講、開/關(guān)聲音、音量控制、主/子碼流切換、第三碼流切換、抓圖、多圖抓拍、3D放大自動調(diào)節(jié)、控制各個監(jiān)視點轉(zhuǎn)臺及鏡頭,自動獲得多角度監(jiān)控圖像。支持實現(xiàn)下述功能：---遠程控制、查詢和切換各個監(jiān)視點的轉(zhuǎn)臺設(shè)備工作狀態(tài)；---實現(xiàn)對各個監(jiān)視點監(jiān)視鏡頭的調(diào)節(jié)控制；---遠程控制、獲取不同角度的圖像；---一旦自動檢測識別判斷出圖像上有疑似火點，立即自動發(fā)出報警、通知監(jiān)測人員，同時，自動跟蹤和鎖定的火點位置；---通過煙火自動識別軟件發(fā)出報警控制信息，遠程控制轉(zhuǎn)臺固定范圍（或定點）掃描。轉(zhuǎn)臺控制區(qū)域，主要完成轉(zhuǎn)臺的上、下、左、右、左上、右上、左下和右下，以及停止按鈕等功能，并能實時返回轉(zhuǎn)臺的方位角和俯仰角，以及利用圖形的方式進行指示，便于觀察和絕對坐標的定義。俯仰速度和水平速度的滾動條可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的速度調(diào)整。為了適應(yīng)不同視場角條件下觀察圖像的需求，在驅(qū)動轉(zhuǎn)臺運動實現(xiàn)場景掃描時，將轉(zhuǎn)臺速度與視場角相關(guān)，使得運動速度由絕對的角度每秒轉(zhuǎn)換為視場每秒。視頻采集模塊：根據(jù)監(jiān)控區(qū)現(xiàn)場情況，調(diào)整和設(shè)置煙火識別的敏感度、掃描時間、掃描范圍等。系統(tǒng)支持1-16路視頻影像在屏幕中間區(qū)域同步實時地顯示。其原理是將主界面中的一個顯示區(qū)域分割為多個邏輯畫面，其中一個畫面可顯示一路視頻源的影像。用戶可根據(jù)需要通過監(jiān)控主界面上的“顯示模式”按鈕實時地選擇1、4、6、9、13和16六種分割模式。采集的視頻數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)位置信息存儲入庫。白天或晚上試驗效果如圖：煙識別火識別火識別檢測數(shù)據(jù)存儲入庫模塊：用錄像、連續(xù)抓圖的方式將采集的視頻數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)位置信息存儲入庫。當打開“錄像控制”按鈕時候，管理軟件自動彈出一個對話框，該界面可以根據(jù)加入進來的視頻數(shù)量，自動枚舉到設(shè)備列表里面，下圖表明，當前只有1路圖像進入，我們通過點擊“打開錄像”按鈕，開始錄像，錄像的路徑，由“系統(tǒng)管理”按鈕進行管理，同時“打開錄像”按鈕變成“關(guān)閉錄像”，也就是說通過這個按鈕，可以控制錄像的開關(guān)。當圖像通道多的時候，我們可以通過界面底下的“全部打開”和“全部關(guān)閉”按鈕，實現(xiàn)總體控制。按“退出”按鈕退出這個界面。轉(zhuǎn)臺碼流采集模塊：自動實時采集和處理轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵控制參數(shù)。煙火自動識別模塊：運用煙火自動識別專利算法，實時動態(tài)地自動識別出森林草原疑似煙火和火點的位置，及時發(fā)出報警提示。通過選中視頻顯示區(qū)域的一個窗口，然后選中，拖入到火災(zāi)監(jiān)測區(qū)域，通過“火災(zāi)算法開啟”和“火災(zāi)報警開啟”按鈕實現(xiàn)對火災(zāi)的監(jiān)測和控制。操作模塊：在基本操作里面，可以對轉(zhuǎn)臺的定位，扇掃，層掃的速度進行設(shè)置，水平速度的范圍（0～45°/S）;俯仰速度的范圍（0～45°/S）。在轉(zhuǎn)臺定位區(qū)域，可以通過設(shè)置方位角(0°～360°)和俯仰角(-45°～45°)，在有效角度方位內(nèi)，可以實現(xiàn)任意角度的定位操作。層掃功能：就是根據(jù)設(shè)置的起始點、終止點、增量角度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的連續(xù)運動，往復循環(huán)，直到按層掃停止。可以實現(xiàn)森林草原監(jiān)控區(qū)域，在一定的角度范圍的無人監(jiān)控。扇掃功能：根據(jù)起始點方位角、俯仰角、終止點的方位角和俯仰角，實現(xiàn)在2個點之間的往復循環(huán)運動，直到按扇掃停止?？梢詫崿F(xiàn)森林草原監(jiān)控區(qū)域，在2個點之間區(qū)域的無人監(jiān)控。驅(qū)動器釋放：當驅(qū)動器出現(xiàn)溫度報警，溫度保護，過流保護，欠壓保護，過壓保護，EEPROM出錯保護，速度失控保護，過載保護，位置跟蹤誤差超限保護的時候進行釋放電機操作。預(yù)置點管理模塊：對于前端監(jiān)控系統(tǒng)，將觀測范圍內(nèi)的各個敏感位置設(shè)置成預(yù)置點，并根據(jù)需要設(shè)置各點的停留時間，使轉(zhuǎn)臺在各個點之間輪流切換，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動監(jiān)控功能。后端顯控系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇多個前端，將多個前端監(jiān)控系統(tǒng)同時設(shè)置為預(yù)置點掃描工作模式，實現(xiàn)區(qū)域性自動監(jiān)控。預(yù)置點掃描的功能可有效地減少搜索的工作量，提高了工作效率。附屬設(shè)備：附屬設(shè)備主要有紅外相機、激光測距、數(shù)字氣象、數(shù)字電表組成。該對話框可以通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)485進行數(shù)據(jù)采集和管理操作，并能夠?qū)t外的電源進行控制。通過對比度、亮度和增強實現(xiàn)圖像增強處理，通過對圖像亮度信息的處理，顯著改善了圖像的顯示效果，提高了目標的作用距離，使操作人員更加容易、舒適地觀察目標。成像控制模塊：通過手動的方式對視場和焦距進行調(diào)節(jié)，管理軟件能實時檢測到焦距和視場的返回數(shù)據(jù)。也能通過手動輸入?yún)?shù)的方式進行遠控直接控制。通過對數(shù)字圖像處理的方式，在一幅圖像中取多個小區(qū)域分別進行評價處理，形成參數(shù)驅(qū)動鏡頭調(diào)焦機構(gòu)運動，實現(xiàn)成像設(shè)備焦距調(diào)節(jié)的自動化。白天能見度較好的情況下利用可見光。能見度較差的白天和夜間利用紅外，以手動方式或是自動方式控制轉(zhuǎn)臺運動，在能見度較低，僅僅是有薄霧的情況、下，利用可見光設(shè)備對不同波段成像的特性，通過對鏡頭、CCD和其它軟硬件的控制，可以實現(xiàn)一定程度的透霧觀測功能，。通過紅外開關(guān)和攝像機開關(guān)，實現(xiàn)相機的遠程電源控制。通過調(diào)節(jié)亮度、對比度、飽和度實現(xiàn)對視頻圖像質(zhì)量的控制。1.1.2、GIS地理信息系統(tǒng)設(shè)計地理信息系統(tǒng)（GIS）的基本功能有：1、數(shù)據(jù)采集與編輯功能：包括圖形數(shù)據(jù)采集與編輯和屬性數(shù)據(jù)編輯與分析。2、數(shù)據(jù)的存儲和管理功能：地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)存儲和管理的高新技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)庫的建立與維護、數(shù)據(jù)庫操作、通訊功能等。3、制圖功能：根據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及繪圖儀的類型，用戶可獲得矢量地圖或柵格地圖。地理信息系統(tǒng)不僅可以為用戶輸出全要素地圖，而且可以根據(jù)用戶需要分層輸出各種專題地圖，如行政區(qū)劃圖、土壤利用圖、道路交通圖、等高城圖等等。還可以通過空間分析得到一些特殊的地學分析用圖，如坡度圖、坡向圖、剖面圖等等。4、空間查詢與空間分析功能：包括拓撲空間查詢、緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間集合分析、地學分析、數(shù)字高程模型的建立、地形分析等。5、二次開發(fā)和編程功能：用戶可以在自己的編程環(huán)境中調(diào)用GIS的命令和函數(shù)，或者GIS系統(tǒng)將某些功能做成專門的控件供用戶開發(fā)使用。主要功能描述：火點定位：支持根據(jù)坐標進行火點定位，支持度分秒、度兩種坐標格式支持根據(jù)一個攝像頭空間坐標、觀測俯仰角、水平角等結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進行火點定位，火點定位誤差不大于100米對于同一疑似火點有兩個視頻監(jiān)控設(shè)備發(fā)現(xiàn)，可以通過雙點定位，定位到疑似火災(zāi)的位置。撲火指揮：支持查詢火點附近的水源地、撲火隊、畜牧局、防火物資庫、防火檢查站等資源蔓延分析：通過輸入蔓延分析的各種主要參數(shù)，如風速、風向、溫度、濕度以及持續(xù)時間，模擬火勢蔓延結(jié)果災(zāi)損評估支持在地圖上繪制一塊多邊形定位區(qū)域，統(tǒng)計該區(qū)域范圍小班受損情況支持導入一組GPS坐標，然后在地圖上繪制一塊多邊形定位區(qū)域，統(tǒng)計該區(qū)域范圍的小班受損情況支持以餅圖和列表的方式顯示受災(zāi)區(qū)域各個草種的數(shù)量及比例1.1.3、信息發(fā)布平臺系統(tǒng)設(shè)計智能信息發(fā)布軟件的主要功能是對防火信息進行發(fā)布，將其通過文字、圖像信息的方式發(fā)送到相關(guān)人員的手機，以便用戶及時知曉防火，及時作出相應(yīng)的撲救決策。在實際應(yīng)用中可將煙火目標的防火信息進行自動發(fā)送給森林草原火災(zāi)撲救部門，使其森林草原煙火目標在未成災(zāi)之前進行撲救，有效地保護森林草原資源。主要功能描述：視頻監(jiān)控：支持查看攝像機的實時視頻支持回放攝像機的歷史視頻支持1、4分屏查看實時視頻和錄像防火下發(fā)：支持接收平臺下發(fā)的防火信息支持在地圖上顯示火點位置1.2、操作臺及綜合布線系統(tǒng)（一）、操作臺設(shè)計“森林草原防火監(jiān)控站指揮監(jiān)控中心”監(jiān)控管理模塊安裝2聯(lián)操作臺上，操作臺設(shè)2個操作席位。控制席位1個、GIS席位1個、詳見監(jiān)控室設(shè)計圖。（二）、綜合布線系統(tǒng)設(shè)計綜合布線系統(tǒng)是為機房內(nèi)的各設(shè)備提供可靠、高速和靈活開放的傳輸平臺及媒介，增強各個應(yīng)用系統(tǒng)組網(wǎng)的有效性，優(yōu)化各個應(yīng)用系統(tǒng)之間的互連。在滿足這些系統(tǒng)要求的同時，適當考慮與具體業(yè)務(wù)有關(guān)系統(tǒng)的布線需求，充分體現(xiàn)綜合布線的優(yōu)點，從而創(chuàng)造一個投資合理有效、功能齊全高效、舒適便利的環(huán)境。①、采用光纖作為網(wǎng)絡(luò)通訊機房的主干網(wǎng)絡(luò)為了滿足指揮監(jiān)控中心將來靈活組網(wǎng)的需要，在房間內(nèi)設(shè)置配線柜。配線柜通過光纖、數(shù)據(jù)/語音線纜分別連接到房間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，把它作為系統(tǒng)的監(jiān)控（指揮）中心總配線柜。房間內(nèi)水平線纜部分采用采用六類8芯非屏蔽雙絞線，外網(wǎng)和電話采用超五類8芯非屏蔽雙絞線。②、采用語音數(shù)據(jù)一體化的布線系統(tǒng)為保證機房內(nèi)的結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)的高速傳輸性能，適應(yīng)未來語音數(shù)字化、圖像數(shù)字化傳輸?shù)男枨?，方便系統(tǒng)的維護，系統(tǒng)設(shè)計把語音和數(shù)據(jù)進行一體化考慮，建立一套完全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)布線。這樣，以后只需通過跳線在配線間內(nèi)進行跳接，就可輕易的把語音點轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)點或把數(shù)據(jù)點轉(zhuǎn)換成語音點。③、設(shè)備間設(shè)計設(shè)備間是一個安放用戶共用的通信裝置的場所，是通信設(shè)施和配線設(shè)備所在地，也是線路管理的集中點。主要安放有MDF機柜、電纜進線配線架、局域網(wǎng)LAN服務(wù)器等設(shè)備。1）、主設(shè)備間的位置根據(jù)綜合布線的設(shè)計原則，理想的主設(shè)備間應(yīng)處于靠近機房的位置，以使設(shè)備盡可能靠近建筑物電纜引入?yún)^(qū)和網(wǎng)絡(luò)接口處，減少布線系統(tǒng)線路浪費。在本方案中，采用數(shù)據(jù)與語音系統(tǒng)統(tǒng)一的方式，選取指揮監(jiān)控中心為網(wǎng)絡(luò)通訊機房作為數(shù)據(jù)系統(tǒng)的主設(shè)備間。2）、設(shè)備間內(nèi)的設(shè)備序號數(shù)據(jù)設(shè)備話音設(shè)備1光纜主配線箱，數(shù)據(jù)主配線架。話音主配線架2交換式交換機SWITCH/ATM（/FDDI）外線進線配線架3局域網(wǎng)LAN、服務(wù)器防雷配線架4路由器其中主配線架MDF應(yīng)盡可能靠近設(shè)備主機，以便于管理，節(jié)省線纜。3）、機柜的布置在本方案中，數(shù)據(jù)主設(shè)備間采用19英寸/42U的國際標準機柜作為數(shù)據(jù)主機柜，而語音主設(shè)備間亦選用標準機柜，用以放置話音主配線架。數(shù)據(jù)主機柜主要放置光纖主配線箱和帶光纖接口的網(wǎng)絡(luò)交換機以。光纖主配線箱置于機柜的上部，其下是網(wǎng)絡(luò)交換機。語音配線架的放置順序非常重要，必須力求有利于語音跳線的管理，并且在明確了機房內(nèi)部交換機及中繼線數(shù)目情況下，把交換機的入中繼線和交換機的出分機線安排在同一排配線架內(nèi)，以方便內(nèi)部分機的管理。4）、設(shè)備間的環(huán)境備件