森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)
第一部分 背景
1. 背景與挑戰(zhàn)
森林火災(zāi)是世界性的林業(yè)重要災(zāi)害之一，隨著中國造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火工作成為首要任務(wù)。建設(shè)森林防火預(yù)警是實(shí)現(xiàn)森林防火安全和穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，是“預(yù)防森林火災(zāi)”建設(shè)的重要組成部分，更成為保護(hù)森林的重要載體。隨著中國造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火工作成為首要任務(wù)。森林防火必須貫徹“預(yù)防為主，積極撲救”的方針，真正做到早發(fā)現(xiàn)、早解決。隨著監(jiān)控技術(shù)日趨成熟，和普威視的智能熱像防火預(yù)警Scan Detect Alarm Locate(簡稱S.D.A.L)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于森林防火監(jiān)控領(lǐng)域。
如何建設(shè)“早發(fā)現(xiàn)、早解決”的智能森林防火預(yù)警系統(tǒng)，，如何建設(shè)服務(wù)公安業(yè)務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，是新形勢(shì)下森林防 火建設(shè)過程中面臨的難題。
結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，和普威視立足森林防火的需要，圍繞構(gòu)建森林防火的防控圈，和普威視推出了智能熱像防火預(yù)警Scan Detect Alarm Locate方案，為林業(yè)開展治安防控、救護(hù)、指揮決策等綜合應(yīng)用提供核心全局服務(wù)支撐。
2. 解決方案
森林是空氣的凈化物；森林有自然防疫作用；森林是天然制氧廠；森林是天然的消聲器；森林對(duì)氣候有調(diào)節(jié)作用；森林改變低空氣流，有防止風(fēng)沙和減輕洪災(zāi)、養(yǎng)水源、保持水土的作用；森林有除塵和對(duì)污水的過濾作用；森林是多種動(dòng)物的棲息地，也是多類植物的生長地，是地球生物繁衍最為活躍的區(qū)域。
現(xiàn)代高新技術(shù)日益發(fā)展，熱成像在森林防火中的優(yōu)勢(shì)日益明顯。由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場監(jiān)控使用外，還可以作為有效防火報(bào)警設(shè)備，在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。這是毀滅性火災(zāi)的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。
紅外熱成像穿透霧氣與水汽能力非常強(qiáng)，不受惡劣天氣影響。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控采用可見光進(jìn)行監(jiān)控，如果有霧霾天氣，很難發(fā)現(xiàn)隱藏在霧霾之后的火情。熱成像的工作波段為大氣透過率極高的3-5微米以及8-14微米的長波紅外，霧氣及水汽對(duì)熱成像透過率的衰減非常小，在霧霾天氣下，熱成像可穿透霧霾發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處存在的火情。
3. 特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)
“森林防火數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)”避免了原始人工了望觀察火情的局限，實(shí)現(xiàn)了林區(qū)管理數(shù)字化、科學(xué)化，大大減少了林業(yè)部門的費(fèi)用支出和管理成本，提高了林區(qū)企業(yè)的效應(yīng)。
該系統(tǒng)特點(diǎn)有：
1.林火自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)火情自動(dòng)報(bào)警。
2.納米波濾光技術(shù)穿透煙霧，清晰成像。
3.室外高品質(zhì)光纜傳輸，避免傳輸損耗。
4. 實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：
1.監(jiān)控指揮屏幕墻可以實(shí)時(shí)顯示前端采集點(diǎn)的圖像。
2.所有視頻圖像進(jìn)行全程錄像存儲(chǔ)，并可以對(duì)以往的歷史圖像進(jìn)行查詢和回放。
3.采用野外重載數(shù)字回顯云臺(tái)，具有實(shí)時(shí)回顯位置信息功能；同時(shí)配備電動(dòng)長焦距鏡頭和低照度高清晰攝像機(jī)；可以通過專用操作鍵盤或監(jiān)控軟件控制云臺(tái)頭。
4.通過設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)整個(gè)有林面積的監(jiān)視。
5.系統(tǒng)安全性高，采用人員身份認(rèn)證、訪問控制功能和審核功能等方式保證系統(tǒng)安全可靠。
6.查詢簡便性：采用時(shí)間流設(shè)計(jì)，可由時(shí)間、日期、前端采集點(diǎn)完成資料檢索。
7.光纜傳輸模式，降低系統(tǒng)成本。
8.火情識(shí)別報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)撲捉到林火時(shí)，由系統(tǒng)確認(rèn)火點(diǎn)位置，通過聲音報(bào)警信息，通知工作人員。
9.電源系統(tǒng):電源供給在全天候的環(huán)境下,保證系統(tǒng)不間斷供電。
10.防雷接地系統(tǒng):系統(tǒng)要有安全的防雷接地保障措施,確保系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。
第二部分 系統(tǒng)架構(gòu)
第三部分 煙火識(shí)別軟件功能介紹
平臺(tái)介紹
系統(tǒng)軟件平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)多套前端設(shè)備的管理、控制與顯示，煙火識(shí)別及報(bào)警，火點(diǎn)位置精確定位，實(shí)時(shí)氣象信息顯示，報(bào)警錄像查詢等功能。
5.1直觀的告警方式: FR2000軟件采用聲音+光學(xué)雙告警方式，在接收到前端告警后，會(huì)有1秒內(nèi)啟動(dòng)預(yù)置的聲音告警，提醒用戶查看。同時(shí)，彈出懸浮產(chǎn)生告警的熱像和可見光的實(shí)時(shí)視頻圖像，并且會(huì)在視頻圖像中填加火源位置標(biāo)識(shí)框突顯告警點(diǎn)信息，另外，還會(huì)將火點(diǎn)方位角和距離信息同時(shí)顯示，方便用戶觀察。
視頻圖像中標(biāo)識(shí)框突顯告警點(diǎn)信息
? 虛警區(qū)屏蔽：實(shí)際場景中，總會(huì)存在一些非火災(zāi)的高溫?zé)狳c(diǎn)目標(biāo)，如屋頂太陽能設(shè)備、農(nóng)家燒火的煙囪、能反射太陽紅外線形成虛熱源的平面金屬等，如果軟件系統(tǒng)不進(jìn)行處理，這些目標(biāo)就會(huì)被當(dāng)成熱源目標(biāo)產(chǎn)生虛假告警，增加誤報(bào)率。FR2000防火預(yù)警軟件專門針對(duì)這些目標(biāo)，增加了屏蔽虛警功能，可設(shè)置多邊形虛警區(qū)，在掃描過程中可針對(duì)每幀圖像進(jìn)行分析，自動(dòng)適應(yīng)目標(biāo)大小、數(shù)量變化，自動(dòng)屏蔽場景里的太陽能設(shè)備、煙囪、金屬等虛假高溫虛警區(qū)，有效降低誤報(bào)率，提高告警準(zhǔn)確率。
FR2000軟件屏蔽虛警區(qū)功能
基于三維GIS高程數(shù)據(jù)定位： FR2000軟件在接收到前端回傳的告警定位數(shù)據(jù)后，依據(jù)前端設(shè)備的GPS位置、云臺(tái)方位信息、火源像素坐標(biāo)和地圖三維GIS高程數(shù)據(jù)聯(lián)合計(jì)算，快速準(zhǔn)確定位火點(diǎn)的GPS位置，并在電子地圖中標(biāo)示火點(diǎn)位置，定位精度最高可達(dá)幾十米。
FR2000軟件內(nèi)置的數(shù)字高程定位原理
交互式電子地圖與火點(diǎn)定位顯示: FR2000軟件內(nèi)置的交互式電子地圖不僅具有縮放、測(cè)距、定位、打印等功能，還能和前端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，電子地圖可以接收前端設(shè)備的GPS位置、視頻流數(shù)據(jù)和云臺(tái)回傳的角度和方位信息，在地圖上顯示前端設(shè)備的安裝位置和實(shí)時(shí)雷達(dá)式掃描區(qū)域，同時(shí)也可將選定前端設(shè)備的實(shí)時(shí)視頻圖像懸浮在地圖上顯示，用戶能夠同時(shí)看到實(shí)時(shí)的掃描區(qū)域和視頻，直觀易懂。同時(shí)用戶可直接在電子地圖上點(diǎn)擊相應(yīng)區(qū)域，電子地圖即可向相應(yīng)的前端設(shè)備發(fā)送控制命令，使其指向相應(yīng)的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)快速直觀定位。產(chǎn)生告警時(shí)，F(xiàn)R2000接收到前端回傳的告警定位數(shù)據(jù)后，依據(jù)前端設(shè)備的GPS位置、云臺(tái)方位信息、火源像素坐標(biāo)和地圖三維GIS高程數(shù)據(jù)聯(lián)合計(jì)算，快速準(zhǔn)確定位火點(diǎn)的GPS位置，在電子地圖中標(biāo)示火點(diǎn)位置，使用戶可方便直觀看到火源在地圖中的具體方位。
在電子地圖上標(biāo)識(shí)定位的火點(diǎn)信息
電子地圖上可懸浮實(shí)時(shí)視頻圖像
具有PTZ控制功能的360o全景圖:FR2000內(nèi)置的全景拼接功能，能夠以攝像機(jī)為中心作360o全范圍掃描，拼接出一張實(shí)際全景圖片，比電子地圖更真實(shí)直觀。并且自動(dòng)將云臺(tái)的預(yù)置點(diǎn)位置用黃色點(diǎn)標(biāo)記在全景圖上，用戶可以直接在全景圖上點(diǎn)擊預(yù)置點(diǎn)位置，云臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)到這一位置上，比常規(guī)云臺(tái)操作更加直觀簡單。同時(shí)，當(dāng)前攝像機(jī)觀察范圍會(huì)以紅色方框?qū)崟r(shí)顯示在全景圖上，這樣用戶可以非常直觀的把握當(dāng)前攝像機(jī)觀察位置和目標(biāo)在整個(gè)場景中的方位。另外，虛警區(qū)也會(huì)以藍(lán)色多邊形框圖顯示在全景圖上，方便用戶判斷虛警區(qū)的屏蔽。?
熱像全景拼接圖
帶預(yù)置點(diǎn)位置和屏蔽區(qū)域顯示的全景拼接圖
系統(tǒng)與日志管理:系統(tǒng)管理功能，可以對(duì)前端設(shè)備填加刪除、名稱編輯、編碼設(shè)備相關(guān)參數(shù)設(shè)置、用戶填加刪除管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，同時(shí)還有檢測(cè)向?qū)Чδ?，幫助不熟悉用戶一步一步設(shè)置掃描檢測(cè)。日志管理可以記錄設(shè)備操作記錄、系統(tǒng)連接登錄、告警記錄、告警點(diǎn)圖片抓拍和錄相，方便用戶查找、回放。
系統(tǒng)管理界面
第四部分 設(shè)備功能介紹
前端雙波段攝像機(jī)
下表為幾款常用雙波段森林防火設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
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型號(hào)
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TTVC4105-1920
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TTVC4307-1920
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TTVC4515-2050
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探測(cè)距離*
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2000m(對(duì)2mX2m熱源)
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3000m(對(duì)2mX2m熱源)
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6000m(對(duì)2mX2m熱源)
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探測(cè)器
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第五代非制冷焦平面陣列VOx探測(cè)器
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分辨率
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336x256像素
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光譜范圍
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7.5～14μm
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NETD
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50mK（@25℃ F1.0）
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鏡頭焦距
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50mm F1.0定焦
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25-75mm三倍連續(xù)變焦
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31-155mm五倍連續(xù)變焦
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視場角
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6.5°×4.8°
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13°×9.7°～4.3°×3.2°
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11.25°×8.5°～2.25°×1.7°
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鏡頭控制
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電動(dòng)變倍、聚焦（自動(dòng)聚焦可選）
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可見光傳感器
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1/2.8''靶面CMOS ，200萬像素高清機(jī)芯一體化ICR雙濾光片日夜切換彩轉(zhuǎn)黑CMOS
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可見光鏡頭
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20倍光學(xué)變焦,，4.7～94mm焦距
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15～500mm 高清紅外校正鏡頭
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圖像處理
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1、無需TEC穩(wěn)定工作溫度，啟動(dòng)速度小于4秒
2、SDE數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)，提升圖像的細(xì)節(jié)
3、10種偽彩色圖像及熱黑熱白兩種極性的圖像
4、亮度、對(duì)比度、伽瑪值校正
5、2X數(shù)字放大
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熱點(diǎn)目標(biāo)智能檢測(cè)告警
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1、255級(jí)報(bào)警閾值可設(shè)置
2、目標(biāo)大小范圍可設(shè)置，自動(dòng)識(shí)別不同大小目標(biāo)
3、1-16個(gè)報(bào)警目標(biāo)數(shù)量可設(shè)置，自動(dòng)選擇最突出目標(biāo)顯示
4、視頻疊加告警框+數(shù)據(jù)回傳（或開關(guān)量）2種報(bào)警方式，報(bào)警直觀易讀
5、優(yōu)化的前端快速處理算法，基于每幀分析，報(bào)警響應(yīng)0.1S，無延遲，無信息丟失
6、所有報(bào)警參數(shù)和指示均可遠(yuǎn)程通過視頻OSD菜單設(shè)置，無需專用后臺(tái)軟件，可與任意視頻編碼器配合使用，通用性強(qiáng)
7、可選配IP網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸，提供免費(fèi)用后端平臺(tái)和SDK，簡單易用或方便二次開發(fā)
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云臺(tái)
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1、載重,30kg(頂載)
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50kg(頂載)
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2、范圍，水平360°，俯仰-75°～+45°
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水平360°， 俯仰-75°～+45°
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3、轉(zhuǎn)速，水平0.1～60°/S， 俯仰0.1～30°/S，
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水平0.1～30°/S， 俯仰0.1～15°/S
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4、預(yù)置位80個(gè)
5、防風(fēng)，防抖動(dòng)
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控制接口
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1、 RS-485（PELCO-D\P協(xié)議，波特率：2400bps/秒）、RS-232（可選）
2、OSD菜單遠(yuǎn)程調(diào)用操作
3、PAL復(fù)合視頻輸出
4、AC24V電源（DC24V可選）
5、防水航插
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環(huán)境指標(biāo)
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1、超強(qiáng)鋁合金外殼， 外殼密封，避免霉菌的生長和水汽的產(chǎn)生
2、工作溫度：-25°～55°（-45°可選 ）
3、功耗：正常狀態(tài)8W，啟動(dòng)峰值，36W（不含云臺(tái)功耗）
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