1.項(xiàng)目概況
由于城市生態(tài)建設(shè)進(jìn)程加快，森林資源豐富，風(fēng)景旅游區(qū)林草茂密，以森林景觀為主的風(fēng)景旅游區(qū)面積不斷擴(kuò)大，林區(qū)可燃物增多，面臨著林火隱患和森林火災(zāi)威脅，防火任務(wù)日益艱巨。森林防火工作仍存在野外火源管理難度大，林區(qū)火災(zāi)隱患增多等薄弱環(huán)節(jié)，如何提升森林防火現(xiàn)代化水平，及時(shí)掌握了解各個(gè)林區(qū)、風(fēng)景旅游區(qū)的現(xiàn)狀，及早發(fā)現(xiàn)火情，將森林火災(zāi)帶來的損失減少到最小，是目前急需解決的。基于森林防火的實(shí)際情況，我公司設(shè)計(jì)了一套基于紅外熱像儀的防火監(jiān)控平臺(tái)，利用熱成像原理，通過接收物體發(fā)射的紅外線，將被測(cè)目標(biāo)物體表面的紅外輻射轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)，同時(shí)接收被探測(cè)目標(biāo)自身輻射的熱能，并將其轉(zhuǎn)換成反映目標(biāo)特征的實(shí)時(shí)物體表面的熱圖像，來監(jiān)測(cè)火災(zāi)及其他異常事件，是結(jié)合現(xiàn)今行業(yè)發(fā)展水平的集成化，網(wǎng)絡(luò)化的紅外熱成像森林防火圖像監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。

2.設(shè)計(jì)需求
通過紅外熱成像森林防火圖像監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員在監(jiān)控中心可對(duì)監(jiān)控點(diǎn)周邊半徑1公里林區(qū)進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，能在第一時(shí)間偵察到火情，盡早發(fā)現(xiàn)災(zāi)情或隱患，及時(shí)處理可能突發(fā)的火災(zāi)及其他異常事件，并且為災(zāi)情發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)指揮提供依據(jù)。

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，尤其是森林火災(zāi)的情況下，火焰產(chǎn)生的煙霧很大，往往遮蓋了真正的著火點(diǎn)，以及火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)。紅外熱像儀有很強(qiáng)的穿透煙霧的能力，可有效地發(fā)現(xiàn)真正的著火點(diǎn)，以及火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)，因此，可用于指揮救火，盡量減少經(jīng)濟(jì)、人員的損失。

而森林火災(zāi)在地面火被撲滅的情況下，在地下往往還存在地下火的情況，因此，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)死灰復(fù)燃的情況。紅外熱像儀可通過監(jiān)控火災(zāi)后森林地表的溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點(diǎn)。

3.系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)
實(shí)時(shí)監(jiān)控

利用建立分布在各野外監(jiān)控點(diǎn)，獲取覆蓋范圍內(nèi)的監(jiān)控紅外及可見光視頻圖像，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)控。在正常情況下攝像頭工作在自動(dòng)巡航掃描方式，觀測(cè)人員在監(jiān)控中心可觀測(cè)到一定范圍內(nèi)的林木地貌、道路、人員等紅外及可見光視頻圖像，系統(tǒng)可進(jìn)行全程錄像，若遇異常情況，工作人員可及時(shí)將紅外及可見攝像頭從自動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)為手動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)相關(guān)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、定位、放大（可見光），以便仔細(xì)全面地進(jìn)行觀測(cè)分析。

動(dòng)態(tài)監(jiān)控

在有、無線傳輸系統(tǒng)的支持下，將紅外及可見光視頻圖像及其它信息實(shí)時(shí)、同步傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)真實(shí)觀測(cè)森林區(qū)域的動(dòng)態(tài)情況。

超溫自動(dòng)報(bào)警

實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量視場(chǎng)中物體的最高溫度，超過系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警溫度自動(dòng)報(bào)警，并輸出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)森林防火早期預(yù)警。

3.1系統(tǒng)組成
紅外熱成像森林防火圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般由中心監(jiān)控管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、可見光成像系統(tǒng)、云臺(tái)控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)和鐵塔組成。

中心監(jiān)控管理系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的圖像顯示、錄像控制，遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)壓縮處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)控制管理、防火預(yù)警及數(shù)據(jù)庫管理。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(chǎng)實(shí)時(shí)圖像，并提供向上級(jí)部門連網(wǎng)功能。

傳輸系統(tǒng)

提供系統(tǒng)互聯(lián)及信息交互的聯(lián)網(wǎng)能力，監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式主要有電纜傳輸、光纜傳輸和無線傳輸?shù)?。一般來說，當(dāng)攝像頭的安裝位置離監(jiān)控中心較近時(shí)（幾百米以內(nèi)），多采用電纜傳輸方式，當(dāng)攝像頭的位置距離監(jiān)控中心較遠(yuǎn)時(shí)，往往采用光纜傳輸或無線傳輸方式。本系統(tǒng)考慮到各野外監(jiān)控點(diǎn)的具體情況，擬采用光纜傳輸或無線傳輸方式。

紅外熱成像系統(tǒng)

提供森林防火早期預(yù)警信號(hào)，自動(dòng)測(cè)量視場(chǎng)中物體的最高溫度，超過系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警溫升，自動(dòng)報(bào)警。

可見光成像系統(tǒng)

提供直觀準(zhǔn)確地現(xiàn)場(chǎng)情況和定位信息，在無災(zāi)情期間里，可見光成像系統(tǒng)為森林巡檢增加了遠(yuǎn)程視察的能力，在災(zāi)情發(fā)生時(shí)，可見光成像系統(tǒng)能為監(jiān)控中心提供直觀的現(xiàn)場(chǎng)信息，以便及早做出有效的應(yīng)對(duì)方案。

供電系統(tǒng)

提供系統(tǒng)運(yùn)行的基本電力保障及突發(fā)情況下的后備電力供應(yīng)，供電系統(tǒng)根據(jù)各野外監(jiān)控點(diǎn)的具體情況，采用市電及太陽能供電方式滿足常規(guī)使用及極端情況下的電力儲(chǔ)備和供應(yīng)。

避雷系統(tǒng)

為系統(tǒng)提供安全保障。由于設(shè)備安裝在高山上，設(shè)備的避雷與接地對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的，系統(tǒng)的所有設(shè)備都安裝在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)，接地電阻不大于10Ω。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的特點(diǎn)，我們初步考慮在監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心之間采用光纖和無線連接，監(jiān)控中心能對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行巡視、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)進(jìn)行最高點(diǎn)溫度搜索，實(shí)時(shí)防火預(yù)警。實(shí)時(shí)監(jiān)視、調(diào)看各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的紅外、可見光圖像和錄像資料。監(jiān)控中心可自動(dòng)或手動(dòng)切換出各監(jiān)控點(diǎn)該的圖像。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）和監(jiān)控中心。

系統(tǒng)暫設(shè)18個(gè)防火監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）。在各監(jiān)控點(diǎn)制高點(diǎn)架設(shè)紅外熱像儀及低照度長(zhǎng)焦距可見光攝像頭各一臺(tái)，覆蓋半徑為1km，采用市電及太陽能給前端設(shè)備供電，配備室外全天候云臺(tái)及紅外熱像儀專用防護(hù)罩，紅外熱像儀及可見光攝像頭共用一個(gè)云臺(tái)。監(jiān)控前端的任務(wù)就是負(fù)責(zé)各個(gè)林區(qū)視頻信號(hào)采集和控制實(shí)現(xiàn)，包含的其它設(shè)備還有：無線圖像發(fā)送設(shè)備、無線指令接收設(shè)備，數(shù)字光端機(jī)、太陽能供電設(shè)備、避雷設(shè)備等。

監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站、矩陣控制主機(jī)、電視墻、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備組成，監(jiān)控工作站的圖像數(shù)據(jù)接入分局網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均能監(jiān)控各監(jiān)控點(diǎn)的信息，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)充性，可隨時(shí)增加撤減監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)控中心主要的功能就是：預(yù)警、顯示、控制、錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

4.設(shè)計(jì)關(guān)鍵及設(shè)備選型
4.1設(shè)備選擇
系統(tǒng)中各設(shè)備選型時(shí)應(yīng)考慮到監(jiān)控對(duì)象特點(diǎn)，能否實(shí)現(xiàn)大范圍的清晰掃描及傳輸。由于各個(gè)前端設(shè)備安裝在野外，設(shè)備安裝施工要充分考慮到野外設(shè)備工作的要求，并且應(yīng)該盡量減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量。

紅外熱像儀

鑒于監(jiān)控的目的是森林防火，不但對(duì)于明火能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于一些隱患也應(yīng)該能夠進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測(cè)，為此需要用DS系列紅外熱像儀，該紅外熱像儀通過接收物體發(fā)射的紅外線，經(jīng)過一系列的處理，可形成物體表面的熱圖像，并進(jìn)行相關(guān)部位的溫度測(cè)量，這樣將有助于發(fā)現(xiàn)火情隱患。

可見光攝像頭和鏡頭選擇

為了減少安裝、維護(hù)的工作量，安裝的攝像機(jī)應(yīng)該數(shù)量少，這就要求每個(gè)攝像機(jī)負(fù)責(zé)的區(qū)域就較大。要使攝像頭能夠監(jiān)測(cè)的范圍夠大，除了需要選擇合適的安裝地點(diǎn)（無遮擋）和天氣良好（無霧）外，另外就是要選擇大變焦的鏡頭。

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備選擇

采用光纖傳輸?shù)木钟蚓W(wǎng)進(jìn)行通訊。

供電設(shè)備選擇
建議采用有線電纜的220V供電。

設(shè)備安全性及避雷

由于系統(tǒng)安裝在野外，設(shè)備無人值守。在設(shè)備安裝時(shí)除了需考慮設(shè)備安裝在較高的安裝上（需要通過專用梯才能進(jìn)行維護(hù)）外，還需要盡量考慮各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)之間互相可見（進(jìn)行互相監(jiān)控）。

另外，各個(gè)前端設(shè)備安裝在野外，而且安裝在較高處（保證可視范圍需要），發(fā)生雷擊的可能性很大，需要考慮全面的防雷措施，第一是在安裝桿的高處需要安裝避雷針，以防直擊雷的破壞，各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備需要安裝避雷器以防浪涌對(duì)設(shè)備的損壞，接地良好是保證設(shè)備安全的關(guān)鍵。

4.2設(shè)備清單

在線式熱成像儀">紅外熱成像儀、重載云臺(tái)、可見光攝像機(jī)、光端機(jī)、主控服務(wù)器、線纜、機(jī)柜、視頻服務(wù)器、
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、其他安裝配件。

4.3設(shè)備布點(diǎn)
該項(xiàng)目處于山區(qū)，地況復(fù)雜，設(shè)備需盡量安裝在山谷區(qū)域，便于安裝、調(diào)試及維護(hù)。根據(jù)項(xiàng)目情況，考慮完全覆蓋整個(gè)林區(qū)，預(yù)計(jì)需安裝18臺(tái)左右設(shè)備。

5.系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)
目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別管理
對(duì)系統(tǒng)采集的熱圖進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，通過圖像配準(zhǔn)的方法識(shí)別出該有效的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，保證溫度監(jiān)測(cè)的有效性。

防誤報(bào)識(shí)別系統(tǒng)
所有的溫度測(cè)量都基于有效的目標(biāo)識(shí)別，根據(jù)巡查策略可以只監(jiān)測(cè)有效的目標(biāo)，對(duì)于標(biāo)記過的干擾熱源自動(dòng)剔除，有效的防止了誤報(bào)警的產(chǎn)生。

詳細(xì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)狀態(tài)管理
建立所有目標(biāo)溫度狀態(tài)的管理體系，在自動(dòng)巡檢的同時(shí)這些目標(biāo)進(jìn)行溫度分析記錄。

自動(dòng)巡航
采用方位角控制云臺(tái)，可以任意設(shè)置需要定時(shí)檢測(cè)的位置。提供多種方式的自動(dòng)巡航方案，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的對(duì)目標(biāo)溫度狀態(tài)的巡檢、自動(dòng)預(yù)警等功能。減少了人員巡視次數(shù)，提高運(yùn)行人員工作效率。

自動(dòng)預(yù)警
在系統(tǒng)巡航過程中，如發(fā)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備溫度異常自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警信息有文字信息和聲音信息，提示運(yùn)行人員具體的報(bào)警位置狀況信息，以便跟蹤報(bào)警點(diǎn)，確認(rèn)告警情況并排除隱患。

雙視場(chǎng)監(jiān)視，輔助識(shí)別
紅外熱像儀與高倍變焦可見光攝像機(jī)安裝在同一個(gè)云臺(tái)上，既可以保證兩個(gè)攝像頭監(jiān)視的是同一個(gè)設(shè)備位置，也解決了紅外熱像難以識(shí)別目標(biāo)的問題，便于及時(shí)判斷的具體報(bào)警點(diǎn)。