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第三章系统总体设计

31总体架构

森林防火应急指挥系统意在建立一套科学有效的高科技智能管控系统利用热成像智能识别前端视频综合分析平台等科学技术依托林区移动巡查视频监控无人机等手段以实现对林区的保护和可持续发展

311系统拓扑

系统拓扑图

312系统组成

整个系统由前端系统传输系统指挥中心系统三大部分组成前端系统根据森林的实际情况分别部署双光谱重型云台红外热成像一体化摄像机高清网络摄像机手持移动终端扩音系统供电系统和无线传输系统后端部署中心林火预警监控平台GIS应急指挥平台大屏中心存储等设备

32系统功能

系统通过前端双光谱重型云台红外热成像摄像机对基站附近数公里范围林区进行视频监控图像采集实现方位角360全方位监控通过热成像重型云台的测距功能方位角和俯仰角以及长焦镜头焦距实现火点的精确自动定位火点的智能识别一旦发现疑情后端监控指挥中心将会马上发出报警信号并定位着火点位在GIS地图上显示同时可对火场进行火情分析火势蔓延分析应急调度指挥灾损评估等功能由于森林火灾具有人为性多样性的特点海康无人机系统利用自身的快速部署操纵方便功能多样化等优势可在林区上空快速防火检测和实时巡查在人车无法到达的地区进行林火侦测并能克服复杂的天气和复杂的起降场地等困难不存在人员安全的问题并且覆盖面积广工作效率高便于执行夜航任务能随时执行林火侦察和火场探测任务对重点区域进行防范及时扑灭明火消灭暗火

33系统特色

331火情自动报警

设备利用红外热成像设备实施探测目标环境的温度通过嵌入式DSP温度分析火点探测自动报警模块自动探测环境热源自动报警装置跟随云台扫描过程中检测视场内着火点当检测出有超出设定的热点阈值时发出报警信号同时调用云台进入火点定位扫描模式对可疑火点进行重新判断确认为着火点后立即发出报警信号同时可以驱动内部开关量信号驱动周边其它设备独特的森林火灾热成像分析算法最远能监测5公里处2米2米木质火源能去除车辆等转瞬即逝的热源和日间太阳照在山体没有植披的石层和土层导致的高温干扰DSP集成的可见光烟火识别功能可辅助红外分析软件观测山背山沟火情即对回传的实时视频应用数字图像处理技术进行分析识别烟火最小烟目标1010像素

保证系统的高火情识别率低误报率可实现火源的早期发现蔓延变化同时借助数字云台和GIS地理信息系统实现着火点的准确定位为森林火灾的扑救决策指挥做到森林防火扑救的打早打小打了工作提供了重要的参考依据

10Km可见光图像10Km热成像自动报警图像

10Km可见光图像10Km热成像自动报警图像

热成像与可见光图像展示

332火险预警

森林火险气象预报监测站是为了应对森林火灾易发生而进行预警测报的一套高精度数字气象站防火气象站通过显示记录和气象数据传输等方面进行火险预报森林防火气象站配有一整套高性能的传感器来监视风速风向降水空气温度及相对湿度还可测量土壤体积含水量土壤温度太阳辐射以及其它很多与森林防火相关的气象参数

根据气象台提供的气象信息结合GIS地理信息系统中的森林资源地理信息利用防火预测模型评估各地的森林防火等级计算出火险等级最高的地区并予关注指挥中心通过接入森林火险预报检测数据实现应急指挥处理对不同等级的防火预警执行不同的防火指挥应急处理

333火情指挥处理

指挥中心通过红外热成像仪接收到火情报警可在指挥中心第一时间通过预案显示当前火情片区工作人员联系方式地图显示附近水资源扑火队瞭望塔避险区等信息根据火场情况气象信息火点周围人力资源分布情况调度人员队伍向火场派出人员的指挥调度并在指挥系统的电子地图上详细记录并记录所乘森防工具

334火点自动定位

监控系统发现火点或热点自动报警后利用回传的数字云台俯仰角方位角及站点的地理位置信息经纬度计算出火点的具体位置当前端红外热成像摄像机发现火点时在GIS系统中标记出火点的相应位置并用闪烁的方式给予提示

335无人机林区巡航火点侦察

无人机系统根据航路规划或地面指令控制无人机按照预设的航路飞行同时搭载红外热成像摄像机利用红外热成像设备实施探测林区目标环境的温度通过嵌入式DSP温度分析火点探测自动报警模块自动探测环境热源自动报警装置跟随云台扫描过程中检测视场内着火点当检测出有超出设定的热点阈值时发出报警信号同时调用云台进入火电定位扫描模式对可疑火点进行重新判断确认为着火点后立即发出报警信号

336防破坏盗窃功能

考虑系统能长期稳定运行在红外热成像仪周围部署防破坏报警系统如有警情发生可在指挥中心以声音告警弹出画面等形式通知监控人员注意同时在沿线部署200万高清日夜监控球机通过录像抓拍等形式实现防盗功能

337报警信息统计

系统支持报警统计功能提供对平台报警数据的统计分析分析的结果通过图表方式展示支持报警统计报表时间粒度年月周日统计对象按报警事件报警级别系统支持报警信息统一展示提供专用报警中心集成展示实时报警历史报警数据包括报警相关的视频录像图片信息

338视频联动控制

当前端SmartIPC探测到入侵目标时自动报警并控制进行联动车牌或人脸识别也可通过值班人员手动打开和调节控制相应区域布防的视频摄像头完成对入侵目标的识别判断和跟踪前端监控设备送回图像方位俯仰热点判断信息协同处理系统在GIS三维地图上定位自动增加一个热点针对林火监测监控特别开发了和视频联动定位软件实现沙盘画面和监控画面同步发现热点准确获取坐标通过沙盘反控摄像机镜头等功能

339视频质量诊断

视频质量诊断系统能够对前端设备的图像质量进行智能分析并对视频图像的清晰度图像模糊噪声干扰雪花点条纹滚屏亮度异常过量过暗偏色画面冻结视频丢失云台失控等常见摄像机故障进行检测

3310设备防雷击

系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外对云台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施云台护罩内对所有的信号输入线路例如视频线路控制线路网络线路低压控制线路全部进行了电磁屏蔽和防浪涌保护措施

3311前端防结雾

一些时节容易发生多云多雾现象特别是秋冬时节有恰好属于防火期属于森林火险高发时期为了在这段时间保证图像监控系统运行的完好和图像的清晰所以前端设备的防凝雾功能就显得越发重要了

针对上述现象我们对前端设备采用密封加隔离的防护措施防护等级可达到IP68内部集成加热模块和风扇防护罩内部设备不会发生结雾和凝水现象

3312透雾监控功能

林区可能存在多雾天气结合安防监控领域的视频图像透雾的特殊要求开发了一种实时视频透雾技术该技术基于大气光学原理区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理获得准确自然的透雾图像

3313报警阈值梯度设置

针对森林防火应用过程中红外图像的热值会随着传输距离的加大而衰减为了满足在05Km监控范围内对可疑的火点都进行准确探测我们在云台内部设置个8个梯度功能这样火点探测服务器在监控过程中会根据云台的当前梯度设置适宜的报警热点阀值而且每个梯度之间的角度可以自定义这样就做到可以针对任何地理环境都可以确保了火点自动报警的准确性详见下图所示

报警阈值梯度示意图