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鹰潭森林烟火视频监控预警暨GIS指挥调度系统的方案设计
作者:管理员    发布于:2019-02-25 07:03:21    文字:【】【】【
摘要:鹰潭位于江西省东部偏北,信江中下游,是长江中游城市群重要成员。面向珠江、长江、闽南三个“三角洲”,珠三角经济区和海西经济区在中部的最大最近的共同腹地,是赣东北承接东南沿海产业转移第一城。是内地连接东南沿海的重要通道之一。鹰潭拥有丰富的森林资源和浓厚的风土民情,如何保护好这片“天然别墅”成了当务之急。本文就如何建设一套完善的鹰潭市林业局森林防火及森林资源保护无线数字监控预警系统做一个深入的阐述。

建设目标

鹰潭市林业局森林防火及森林资源保护无线数字监控预警系统,是在监控前端现场安装森林防火专用摄像机对重点区域进行实时监控,通过无线网络将监控视频信号传输至二级监控中心(即鹰潭市林业局监控中心),再由各二级监控中心传输到一级监控中心(即省林业局监控中心)。每个二级监控中心大概建设10个监控点。该部分的录像不仅能在二级监控中心内部可以实现实时监控、显示、存储, 同时又可以上传到一级监控中心实现录像的统一调度管理。并且该系统须具有夜视透雾监控、角度数字回显、烟火报警、火点定位、烟火蔓延分析、三维地图模拟、短信发布、物资调度等功能。

系统功能

激光夜视透雾监控

在森林安防监控中,不仅要求能达到长距离、大范围监控到清晰图像,而且监控时还能不受外界条件的影响。一般的视频监控在白天天气情况良好时,获得效果清晰的视频图像较容易实现,但是在森林有雾或夜间无任何灯光时,即便使用微光夜视摄像机,也不能获得清晰图像,而激光夜视透雾一体机能很好解决此问题。激光透雾夜视一体机由透雾摄像机、透雾镜头、激光照明器、一体防护罩和高精度云台组成。其选用的要求如下:

第一、摄像机的选用。摄像机灵敏度是激光夜视监控的核心部分,灵敏度越好,对激光的感应能力也越强,通常200米以内的激光夜视系统,选用0.01Lux 的摄像机为佳,200米到1000米的监控范围应选用0.001Lux的摄像机;1000米以上的激光夜视监控系统选用0.0001Lux以下的摄像机,还要求摄像机具有透雾功能;

第二、镜头的选用。镜头的相对口径决定了镜头的通光能力,相对孔径为F1.0的镜头的通光量是相对孔径F2.0的镜头的四倍,同样的摄像机、激光照明器,分别搭配上述两种镜头,红外作用距离相差一倍。镜头是否具有透雾功能在森林安防监控中直接影响到雾天效果,在不可见光的范围内,有一部分波长的光可以穿透雾气,但是由于起波长不同,所以需要在镜头上进行处理,以达到对其聚焦的目的,同时还需要在摄像机上对DSP芯片进行特殊处理,目的将不可见光能显示成像,由于这个不可见光没有对应的可见光色彩图,所以在监视器上呈现的图像为黑白颜色;

第三、激光照明器的选用。红外激光夜视仪采用自动光源变焦、光强整形匀化等红外激光夜视技术,通过将高功率半导体激光器和专利化技术的光学系统结合,能够达到最高效率的光输出,使夜视照明距离能达到0-3000米。摄像机对808nm波长红外光的感应能力是915nm波长红外光的2-4倍,所以在远距离监控要求下,808nm波长的激光应当做为激光夜视监控的重点。

第四、高精度数字回显云台的选择。森林安防监控系统前端采集部分建立在高山上,野外条件恶劣,对云台的各项指标有严格的要求。云台本身机械传动部分要求具有良好的抗风性能,山上雷电较多,环境恶劣,要有避雷、抗腐蚀功能。云台担负着定位功能,机械加工精度要求较高。在远距离监控中,云台的最小速度和精度直接影响监控的效果,云台的最小速度和精度直接影响监控的效果,要求云台的最小速度必须达到小于0.1°,否则在3-5千米处,监控就会出现很多盲区。而要结合火点定位功能,云台必须具有数字回显的能力,并结合GIS系统,准确计算出着火点经纬度,并能将云台的方位和镜头自动调到着火点所在预置位。最后,系统的搭配与组合。激光夜视一体机机是由激光照明器、透雾摄像机、透雾镜头、一体防护罩和高精度云台组成。但是在森林安防监控中,环境较恶劣,安装位置多为高塔,施工难度大,单独的某个部分的安装非常麻烦,所以整套设备需要是智能化功能,傻瓜式操作。系统采用LAZ光源自动变焦功能,使镜头、云台、激光同步变焦及同步实现预置位功能,APC光敏自动控制功能,激光开启时自动锁定摄像机至可感应激光的黑白模式,只用控制镜头,激光的开启、跟踪都同步进行,大大地减少了后端操作的复杂性和难度,操作者可以用较少的时间学会;云台、护罩间采用插拔式连接,无需接线。整个激光夜视透雾系统,安装方便,操作简单,适应恶劣环境,专业为森林监控而设计。

烟火报警

通过无线传输系统将视频实时回传,对监控图像和原始图片进行比较,通过画面变化,可自动分析图像;根据烟、火的颜色和形状进行判断并报警,误报率低。

火点定位

云台回显的角度结合GIS系统,可精确测算火点的经度、纬度和海拨高度。

火势蔓延分析

在森林防火监控过程中,一旦着火, 火势蔓延迅速,指挥中心需要实时、精确地了解火势情况,做出调度分析。本系统根据森林资源的分布数据、分布范围、风向、风速、地面温度、湿度以及当前着火面积和范围的动态数据,实时动态估算蔓延火势,对火烧地区的摧毁时间性,预测火势蔓延的方向、火场面积、火场边界、火势蔓延速度。结合现场人员携带的定位终端、林管通或移动单兵等设备发回的图像和数据,动态分析、调整和改进林火蔓延预测的准确度。

应急指挥管理软件

火情发生时,中控中心需了解整个林区概况,针对具体情况做出决策和下达命令,管理由人为操作升级为智能化操作。在GIS灭火指挥管理平台上,接入多个监控视频图像、实现多个监视点视频图像的切换以及实现多个烟火火点的自动定位,动态分析计算灭火指挥中最佳的路径和着火点附近的物质配备,可预先制定各种情形下的应急指挥管理预案和针对现场指挥管理中的特殊情况,制作相应的紧急防火指挥管理预案,并提供多方会商和辅助决策建议。可以实现自动跟踪和显示火点位置、变化轨迹;综合预测并显示火点的变化趋势。正确评估和判断当前形势。

三维地图模拟

森林防火监控指挥管理是针对林区火情、林区地势、林木、人员及设施分布的动态场景进行的分析、判断和组织调动等一系列活动,在森林防火监控指挥管理中,实现“平面”的二维场景与形象、生动和逼真的“立体”三维场景相结合,将有助于森林防火监控指挥管理的动态分析和判断,有利于明显改善和提升森林防火监控指挥管理的整体效果。

短信发布

指挥中心和前端巡山人员或扑火人员之间进行短信编辑、人员编组、通信号码编组、修改和存储等管理功能,随时将最新情况相互了解,达到统一管理的目的。

系统结构

系统前端图像采集专用设备前端视频采集系统采用超远程透雾监控及激光夜视设备,而日夜型长焦透雾镜头的使用,使得监控半径达到10公里左右,能在至少十公里范围内识别烟火。透雾技术的使用,可以使得在薄雾天气依然能够透过雾气,监控到雾水后面的画面,并有深化云烟的功能,有效解决了有雾天气条件下的观测和林火的识别。激光夜视系统的使用,使得在夜晚完全无光照条件下依然可以观测到1.5公里的范围,防止犯罪分子趁夜间进行毁林等违法行为,同时云台的自动巡视功能和高精度定位,有效的保证各个重点观测地区的监控需求。前端图像编码专用设备视频压缩标准:H.264,视频处理芯片:DSP处理器。每路最高支持4CIF的解码输出,同时支持DCIF2CIFCIFQCIF, 视频输入源为网络实时压缩码流专为大型电视墙监控系统部署与管理而设计的网络解码器,具有功能强大的解码引擎,一台设备支持多路解码,减少部署成本。风光互补供电系统风光互补发电机组是回归自然又保护环境最理想和成熟的电源设备,尤其适用于风力和阳光资源丰富的森林、草原、海岛、沙漠、山区、林场等无电或缺电区域。风光互补发电机组是以风力和阳光为能源来源,通过风力发电电机和太阳能电池板将风能、太阳能转化成电能,风光互补发电机组在给储能设备充电的同时,经过电源控制系统输出稳定的DC24V,供给用电设备使用。多余的电能储存在蓄电池组中,保证系统在夜间和阴雨天正常使用。风光互补发电机组采用现代高新技术,实现了全自动与多功能智能化,体现了大功率、高可靠、风光互补,真正实现了24小时不间断供电。

风光互补发电特点

1、绿色环保。全部能量取自大自然,运行过程中无噪音和污染排放。采用高能胶体蓄电池储能,无酸液和酸雾外溢,可在室外安全使用。

2、持续可靠供电。机组配置合理、功率大,高效率的太阳能电池组,新颖的六叶型风力发电机,风光互补发电,真正实现了24小时不间断供电。

3、全自动智能化。逆变控制器采用微电脑芯片、无干扰、高可靠,全自动数字化控制,运行无需管理人员值守。

4、安全可靠。控制器设有过载、短路、风机超速、机器过热、低压放电、高压充电、充电饱和等多重保护功能,一般故障自动恢复,正常使用无需维修。

5、使用寿命长。太阳能电池板设计寿命25年,风力发电机设计寿命20年,胶体蓄电池设计寿命5年,一次性购入,不需再购买其它能源,可长久无费用使用。

发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。一般来说,系统配置应考虑以下几方面因素。

用电负荷:发电系统是为满足用户的用电要求而设计的,要为用户提供可靠的电力,就必须认真分析用户的用电负荷情况,主要是了解用户的最大用电负荷和平均日用电量。 最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据,而平均日发电量则是选择风机及光电板容量和蓄电池组容量的依据;太阳能和风能的资源状况:项目实施地的太阳能和风能的资源状况是系统电池板和风机容量选择的另一个依据,一般根据资源状况来确定光电板和风机的容量系数,再按用户的日用电量确定容量的前提下再考虑光电容量系数,最后决定电池板和风机的容量。前端防雷系统监控系统由前端视频画面采集系统设备、终端控制机显示系统设备以及传输系统组成,该系统大部分都属于弱电系统范畴,对于电荷的感应相当灵敏,如果发生雷击,传输线路感应到雷电磁场产生过电压,可高达几千伏,而高电压会对系统内部的元器件造成严重的损害。此防雷包含微波系统防雷和电源防雷。微波系统防雷主要是在发射机和天线之间串接避雷器,以避免来自天线的雷击,起到保护微波发射机的目的。电源防雷主要是为了避免电源线引入的浪涌袭击。根据我们的经验,电源系统和微波系统是野外监控遭受雷击最为薄弱的环节,如果电源系统遭受损坏,其它设备将都无法工作,因此作好电源防雷是重中之重。电源防雷的关键是做好接地,而森林防火监控的摄像机往往置于高山之上,接地很难作好,所以要根据具体地形,因地制宜。最基本的做法是,在建设安装支架或铁塔时,同时作一个埋地的铁丝网结构,直径约为10米,该铁丝网的形状类似蜘蛛网形式,埋地深度约1米并在四周铺上木炭,以提高导电率,降低电阻值。无线传输系统森林监控点位多选为人迹罕见,无电无线的山头制高点,传输方式采用有线或光纤,线路铺设难度较大,因此最理想的方式就是无线传输。无线传输方式以施工简便、成本低、一次性投入等优势,无疑成为远距离监控系统传输的首选。其图像实时传输、清晰,传输频率可选,并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同,其功率的大小可以按要求配置,在遇障碍物阻挡的情况下,可采用架设中继系统。无线传输的全方位自动扫频功能,可自动检测周围无线环境中通道的干扰情况,快速选择最佳信道。

微型气象站

森林火险气象预报监测站是为了我国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,它以其多功能和可靠性著称,而我们使用的防火气象站具有显示、记录和气象数据传输等性能,才能适用火险预报。此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。

林火识别软件

林火识别系统可通过远程云台摄像, 对所监测到回传的图像数据进行分析,通过图像处理,将所拍摄到的森林背景图像与火灾、烟雾的光谱特征进行比较,分析识别火苗,判断识别信息,如识别为火情,则给系统报警,传回云台所处的状态,将位置信息以水平俯仰角的角度数发送到森林防火指挥决策系统,系统将在电子地图上显示报警位置信息,并把电子地图监测的范围打开。该系统具有云台码流采集、林火图像识别、报警和交互确认、林火定位、云台姿态校正等功能。

视频监控平台及显示系统

后端监控平台管理系统,可实时的录像、回放、切换、调用、观看视频监控画面,所有森林安防监控信号,联网全国林业局。不同网络分控计算机可以同时进行操作,所有操作界面相同,信息一致, 且信息实时通过网络更新,排除因不同分控计算机同时操作大屏幕而引起的误操作。优先级控制和权限控制:在提供网络控制功能、增强系统控制灵活性的同时, 考虑到系统的安全性,防止非法操作和误操作,系统提供完善的优先级和权限控制功能,对于不同级别的操作员,提供不同的控制功能,无法进行越权操作,对于拥有某种控制权限的操作员,可以在网络上的任意一台计算机上输入自己的控制密码,便可以完成相应的控制,不受计算机位置、配置的限制。直观、图形化的全中文集成操作界面:在统一的图形操作界面下,通过简单的鼠标操作,便可以完成对集成系统中各项参数、预案的设置、调用,用户只需要关心最终的显示效果,而无需关心中间的视频切换过程、投影单元切换过程等繁杂的工作。

 综述

鹰潭市森林防火及林业资源保护无线数字化监控预警系统的成功建设,在全国范围内是一个典型案例,此系统不同于普通的森林防火监控系统。在普通监控的基础上,加入烟火识别报警系统,通过监控图像,系统自动识别烟火并进行报警,结合GIS系统可成功将火点定位,进而及时调度扑火分队、线路、救火物资的分配,可及时迅速的进行火灾扑灭,从而减少经济损失。另外,此系统还具有其它一般系统无法比拟的优势,如:林业资源动态管理、资源查询、林地利用变化监测管理、林地资源统计分析、病虫害管理、生态林\公益林监测管理、林业装备管理、巡山系统、单兵系统。这些优势的结合为鹰潭市了解林业资源和旅游管理提供了极佳的平台。

脚注信息
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