林火视频监控系统建设技术要点

森林防火视频监控系统建设技术要点森林防火视频监控系统建设技术要点视频监控技术的发展历程1视频监控系统的构成2视频监控系统的技术要点3视频监控系统设计原则4视频监控系统的维护与管理52一、林火视频监控技术的发展历程单纯视频图像自动定位烟火自动识别可见光热红外双通道2000年以前2003年左右2007年左右2012年以来3光纤加光端机传输前端采集设备信号处理信号传输方式后端控制管理辅助决策应用普通球机或枪机加普通云台基本不作处理直接视频信号传输有线方式传输距离有限CRT电视墙显示主控键盘控制只有人工集中观察没有智能辅助低照度摄像机变焦镜头（透雾功能）重型云台（角度回传）采用视频编码器转换为网络视频信号图像分辨率可达D1无线微波传输方式传输距离远天气情况影响链路质量视频解码器硬解码或监控客户端软解码在拼接大屏幕自由显示云台自动巡航后端视频分析林火识别误报率高结合地理信息林火定位高清网络摄像机红外热成像摄像机高清变焦镜头网络重型云台直接网络视频信号传输图像分辨率可达720p，1080p无线微波传输方式传输距离远天气情况影响链路质量视频解码器硬解码或监控客户端软解码在拼接大屏幕自由显示云台自动巡航前端热成像自动识别报警结合GIS林火定位多级互联,多级管理90年代之前10年代之前近三年来发展时间刻度组成部分变化情况二、林火视频监测系统的主要构成控制平台控制系统图像解码器视频矩阵大屏幕显示系统图存存储查询ＧＩＳ平台防火数据库自动识别系统软件火点定位模块前端设备图像采集系统图像编码系统视频传输系统前端智能识别系统安装塔台承载平台(云台、球台)防护罩/设备箱供电系统防盗系统林火视频监控系统图像传输网络5林火视频监控系统的主要功能林火视频监控主要功能实时视频图像监测（可见光、红外）通过高清晰度摄像机和大倍率镜头实时监控林区图像，集成透雾、防抖功能。配合红外镜头实现双光的实时观测智能识别和火情监测该系统具有智能火情识别功能，可以智能识别疑似火情；对险情发生地点的准确定位；具有自动报警和联动报警录像功能，可以及早发现火情及火点位置；远距离传输、具备多级联网开放式集中管理远距微波IP传输模式，租用光纤等适合林区复杂的地形且不易受干扰和被中断；依据地形和大气透明度等条件，每个监测点的最大监测面积半径可达5—10公里；各监测点设备的网络管理和远程集中控制；GIS联动及辅助决策结合数字云台，实现野外现场采集图像与GIS系统实现联动、火点定位、地图视频嵌入，实时信息查询；为扑救森林火灾提供辅助决策功能。安全及运维运行维护系统应针对整个系统设备及应用进行监控和管理，防盗、防雷、供电。海量信息存储和查询海量数据存储功能，可以对所有数据进行存储；支持多种文件检索方式的查询，便于历史数据查询和回放；存储信息冗余备份6三、林火视频监控系统的关键技术1.高清视频图像的采集2.可见光烟火自动识别3.红外热像仪自动报警4.火点自动定位技术5.高效的图像编码技术6.网络化的图像传输7.多级联动的控制系统、3D的GIS联动9.高清图像显示系统10.稳定的供电系统11.坚固的承载平台12.便捷的存储查询系统13.有效的防雷系统14.实用的防盗系统7科学合理的布点方案、个性化的站点设计林火视频监控系统的关键技术高清摄像机最高解像力可达500万像素；适合林火监控的摄像机均不大于200万像素，1080P；低照度，彩色/黑白自动切换。高清镜头目前最高像素数可达200万像素；变焦范围16.7mm-1080mm,通过扩倍镜可以达到2000毫米以上；具备透雾功能，可消除轻雾、霾的影响；具备光学防抖功能。、高清视频图像的采集8林火视频监控系统的关键技术森林可燃物在燃烧时会具有火焰并产生烟雾、释放热量，目前视频监控系统的林火自动报警系统主要有两种技术：一是基于可见光的烟火自动识别技术，识别火灾所产生的火光、烟云；受云、雾的影响较大，距离较远时只能识别较大的烟。二是基于红外热像仪的红外自动报警技术，识别火灾所散发的能量；缺点是不能有任何遮挡，无法发现山后火、林下火。两种技术各有优劣，互为补充才能发挥最佳效益。、可见光烟火自动识别9林火视频监控系统的关键技术、可见光烟火自动识别10森林烟火分割与识别技术。利用森林监控场景图像中烟和火焰的多重分形线性区间特性和标度不变性，采用Contourlet小波变换和分数布朗运动等分形算法提取图像的多重分形特征来精确分割出图像中的烟和火焰区域；在提取烟火图像的光谱、纹理、运动频率等特征的基础上，采用多分类器融合的分类方法对烟、火焰、树木扰动、雾、阴影等烟火目标和多种典型的干扰进行分类训练和识别，极大地降低了识别过程中的误报率和漏报率，能够很好地适用于南方和北方地区绝大部分森林监控场景。基于多重分形特征的森林烟火图像分割烟火识别技术12森林烟火识别结果14自动报警系统一旦识别到烟火就在中心监控机房响起报警声，同时以文字、图像提示值守人员，并可以通过短信通知相关人员。值守人员查看监控图像确认是否为森林火灾发生，同时可做下一步处理。也可通过安装了定制手机软件的移动手持设备查看并一键确认火灾是否属实，真正实现无人值守。15林火视频监控系统的关键技术红外热成像森林防火监控是借助于先进的红外热成像仪图像采集、智能软件开发技术及数字化视频监控组成的森林防火监控系统，与常规网络视频监控相比，它是一种更高端的视频监控智能化应用。它根据探测到的目标物体辐射能的大小，经系统处理，目标物体的红外辐射转变为热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，进而根据图像及温度数据判断物体所处的状态，自动计算林区温度，及时发现火情，起到防火目的。一旦发生火灾，该系统自动将火灾现场图像实时传回指挥中心，自动报警并全程记录火情的发生、发展、扑灭过程。3、红外热像仪自动报警正常-40-60度火焰400-1200度可见光与红火外识别案例地点：某林场（视野宽阔）可见光：32倍变焦镜头热像仪：50mm定焦镜头氧化钒机芯320*240画面分辨率测试：分别于1、5、10公里处点火进行识别测试公里处点火点火开始时:可见光画面可迅速发现烟雾飘动；热成像画面，火源热量未达到级别，未发现热点;可见光与红火外识别案例分钟后当火源达到一定级别，热成像图像中可清晰观测火源。1公里处点火总结当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时，可见光烟火识别快于红外热成像识别；当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时，可见光视频清晰明了；当画面内无干扰因素，如急速飘动的云、晃动的树叶以及猛烈的风时，可见光烟火识别准确度与红外热成像识别准确度一致。可见光与红火外识别案例公里处点火总结可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时，可见光画面烟雾不易察觉；放大可见光画面（拉近可将光镜头），可清晰观测烟雾，观测效果好于热成像；放大可见光画面后，整个画面抖动，可识别烟雾，但误报率较高；热成像画面在保持视野的同时，稳定识别热源。可见光与红火外识别案例公里处点火总结当可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时，可见光画面无法察觉烟雾，放大可见光画面（拉近可将光镜头），无法发现烟雾，整个画面抖动，易因抖动产生误报。热成像画面在保持视野的同时，可识别热源。可见光与红火外识别案例可见光烟火识别在无风、无干扰物、铁塔基座稳定、云台稳定的前提条件下可正确，并快速识别。可见光视频清晰明确，可通过拉远拉近镜头观测物体，适合日常观察；热成像技术识别稳定、准确，不受白天黑夜等影响，适合日常监测；热成像画面以灰白、热度彩色展示为主，画面单调不明确，不适合长时间观测及识别物体；利用中低端热成像仪（320x240分辨率，50mm定焦镜头，氧化钒机芯），已可覆盖约10公里范围，同时成本相对低廉。可见光与红火外识别案例热成像识别标准（监测范围不超过10公里）漏报率5‰误报率5%告警热源级别•3公里内1x1米•3-5公里内2x2米•5公里-10公里内3x3米巡航周期（360度无视线死角）5分钟23林火视频监控系统的关键技术对发现的火点进行定位是组织扑救最基本的要求；采用高精度的数字云台（转台），采集观测到火点时的云台（转台）的姿态参数，结合高精度数字地面模型，在地理信息系统中进行火点的定位；火点定位的精度主要取决于云台（转台）的机械精度、安装精度，DEM的精度，监控点位置精度，定位的模型精度；定位精度还与火灾所在的位置的地形有关，尤其是距离精度与火点所在地的坡度相关。定位精度不是越高越好，精度的每一点提高，都将以建设成本的提高为代价，通常一两百米的精度条件下，在报告坐标点能看到火点。、火点自动定位技术24火点的自动定位当监测到烟火后，系统锁定目标，提供定位计算功能，统一收集并管理云台校正信息，接收终端提交的定位申请信息（云台设备角度等），计算并返回定位结果；定位结果展示于地图中，支持基于ArcGis平台的地图，GoogleEarth地图，天地图等主流地图；云台垂直夹角云台水平转角镜头焦距基塔高程基塔经度基塔纬度+3DGIS=火点位置25林火视频监控系统的关键技术视频图像信息是一种海量的数据，通常每分钟标清的视频约需10MB的容量，采用2M的通信带宽；1080P高清图像的容量是标清的4倍以上，通常需要8-10M的带宽进行传输，成本极高。早年的压缩编码协议，常用于视频会议系统的图像压缩，而压缩森林背景图像的效果不好；近年来，不少监控系统设备供应商，自主研制了适用于林火监控图像编解码器，编解码效率大幅度提高，能在一定程度上满足高清监控图像的压缩应用需求。但是任何编解码都会对图像信息造成损失，为了取得最佳的林火识别报警效果，建议采用前端识别方式，在进行图像编解码前进行识别、报警。、高效的图像编码技术26林火视频监控系统的关键技术视频图像传输是林火监控系统最主要的组成部分，目前采用的有采用微波扩频技术的无线局域网、光纤（自行铺设或租用）；为确保传输的稳定性，拟采用具有路由的网络化传输，当某一条链路出现故障时，可以经由其他链路将图像传回监控指挥中心；、网络化的图像传输27林火视频监控系统的关键技术基于统一网络的视频监控图像联网按照规划的要求，将实现全国林火视频监控的大联网，任何一个监控点的监控图像均可上传至市、省、国家级森林防火指挥中心，不可按需要进一步传送至党中央、国务院。关