森林草原防火视频监控指挥中心设计方案.doc

森林草原防火视频监控指挥中心设计方案指挥中心作为森林草原防火监控站的指挥调度中心，它的性能设计优良直接关系到整个系统的正常运行，它的建设不仅要满足目前的系统需求，而且还要有长远的发展目光，在系统设计的过程中要充分考虑日后系统扩容。森林草原站指挥中心建设内容具体包括应用支撑子系统、大屏显示子系统、数据存储子系统等，本次设计主要介绍应用支撑子系统、存储子系统和大屏显示子系统。1.1、应用支撑系统设计系统整体框架分数据、管理、服务和应用四个层次，以及相关的政策法规、管理制度、技术标准规范和信息安全保障，整体架构如下图所示：平台支持级联,平台级联基于联网网关实现，支持信令、视频流、告警事件的级联。联网网关遵循GB/T 28181-2011标准协议及其补充规定（支持补充规定中的TCP协议，可以大大提高级联规模和处理速度）。平台级联主要功能有组织推送、资源推送、视频预览、录像回放和下载、转台控制、告警事件收发。级联网关支持用户权限控制，支持可视化查看平台联网状态和点位统计信息。最多可支持五级平台级联，典型部署为省、市、县三级级联，如下图所示：硬件环境1) 平台配置两台服务器，一台安装森林草原防火监测视频监控平台，一台安装GIS平台。平台的硬件环境为主流配置的机架式服务器（CPU：E5 2620 V3）。表1 平台配置指标推荐配置CPU6核2.4GHz或以上内存16G网卡1000M2) 桌面客户端客户端的推荐硬件环境为主流配置的PC机（CPU用i7）：表2 桌面客户端指标推荐配置CPU4核1.2GHz或以上内存16G网卡1000M显卡独立显卡，显存4G或以上软件环境说明：“支持”表示能够到达要求的功能和性能；“兼容”表示以实现功能为主，可能损失一定的性能，极端情况下会出现请求失败等情况。表3 配置表软件环境支持兼容服务器操作系统环境Windows Server 2008R2(x64)Windows Server 2012 R2(x64)浏览器环境IE8(x86)、IE11(x86)无桌面客户端Windows 7(x86)Windows 7(x64)Windows 10 (x64)1.1.1、森林草原防火预警软件系统设计作为森林草原防火视频监控预警平台的核心，森林草原烟火自动识别与预警子系统主要应用图像处理技术、计算机视觉技术、模式识别技术等对采集的视频图像进行分析，实现对森林草原防火进行准确实时监测。森林草原烟火自动识别与预警子系统的结构流程图：处理模块图像预处理图像光照增强及匹配烟火目标识别平滑滤波、灰度增强等色彩迁移理论等相似性度量等第一层第二层第三层使用方法该子系统主要分为三部分：图像预处理、图像光照增强及匹配、烟火目标识别。森林草原烟火自动识别与预警子系统应用图像分割和识别技术，自动区分并标记出森林草原区域和天际线，以降低防火虚警率。在自动监测状态下，转台自动转动，程序实时地抓取基本照片、比较图片，经图像处理提取烟火特征(如烟火的灰度分布特征、形状和烟火的运动特征等)，应用模式识别技术进行烟火自动判别。通过相应的算法，其他的非烟火目标(如飞行物、车辆等)将被排除。森林草原烟火自动识别算法主要利用色彩迁移理论、计算机视觉、图像形态学以及图像相关和匹配等处理手段减小时间变化(图像明暗变化)、早晚霞、树影晃动、光影、雨雪以及像素偏移等因素造成的影响，降低烟火识别误报率，提高准确率。另外，对视频图像中非防火区域(如村落，湖泊、田野等)，用户可以根据客观需要决定是否对这些区域进行检测(即对此区域的烟火目标是否识别)。主要功能描述：防火预警：当前端设备发现疑似防火后，平台弹出报警信息窗口。值班人员根据图片和视频对报警进行确认。如果是防火，支持标记防火的类型；如果不是防火，支持标记误报并标注的原因。当防火确认后，值班人员可以将防火信息发送给森林草原站领导及相关部门，以便进行火灾扑救。支持通过信息发布平台上报防火。设备管理： 支持网络摄像机、硬盘录像机、视频服务器的添加、删除、修改 支持网络摄像机SDK、GB28181、ONVIF等多种接入配置方式 支持远程配置、同步编码设备基本参数、网络参数，远程重启设备，远程设备校时 支持各类资源模糊搜索 支持批量导入和导出设备实时监控： 支持B/S、C/S和移动客户端浏览实时视频 支持全屏显示模式，并支持一机双屏(扩展显示) 支持前端摄像机亮度、对比度、色度、饱和度参数调节 支持手动抓图，紧急录像 支持监控点信息(分辨率、码率、帧率等)显示、语音对讲、开/关声音、音量控制、主/子码流切换、第三码流切换、抓图、多图抓拍、3D放大自动调节、控制各个监视点转台及镜头,自动获得多角度监控图像。支持实现下述功能：- 远程控制、查询和切换各个监视点的转台设备工作状态；- 实现对各个监视点监视镜头的调节控制；- 远程控制、获取不同角度的图像；- 一旦自动检测识别判断出图像上有疑似火点，立即自动发出报警、通知监测人员，同时，自动跟踪和锁定的火点位置；- 通过烟火自动识别软件发出报警控制信息，远程控制转台固定范围（或定点）扫描。转台控制区域，主要完成转台的上、下、左、右、左上、右上、左下和右下，以及停止按钮等功能，并能实时返回转台的方位角和俯仰角，以及利用图形的方式进行指示，便于观察和绝对坐标的定义。俯仰速度和水平速度的滚动条可以实现转台的速度调整。为了适应不同视场角条件下观察图像的需求，在驱动转台运动实现场景扫描时，将转台速度与视场角相关，使得运动速度由绝对的角度每秒转换为视场每秒。 视频采集模块：根据监控区现场情况，调整和设置烟火识别的敏感度、扫描时间、扫描范围等。系统支持1 -16 路视频影像在屏幕中间区域同步实时地显示。其原理是将主界面中的一个显示区域分割为多个逻辑画面，其中一个画面可显示一路视频源的影像。用户可根据需要通过监控主界面上的“显示模式”按钮实时地选择1、4、6、9、13 和16 六种分割模式。采集的视频数据和数据位置信息存储入库。白天或晚上试验效果如图： 烟识别 火识别 火识别 检测数据存储入库模块：用录像、连续抓图的方式将采集的视频数据和数据位置信息存储入库。当打开“录像控制”按钮时候，管理软件自动弹出一个对话框，该界面可以根据加入进来的视频数量，自动枚举到设备列表里面，下图表明，当前只有1路图像进入，我们通过点击“打开录像”按钮，开始录像，录像的路径，由“系统管理”按钮进行管理，同时“打开录像”按钮变成“关闭录像”，也就是说通过这个按钮，可以控制录像的开关。当图像通道多的时候，我们可以通过界面底下的“全部打开”和“全部关闭”按钮，实现总体控制。按“退出”按钮退出这个界面。转台码流采集模块：自动实时采集和处理转台关键控制参数。烟火自动识别模块：运用烟火自动识别专利算法，实时动态地自动识别出森林草原疑似烟火和火点的位置，及时发出报警提示。通过选中视频显示区域的一个窗口，然后选中，拖入到火灾监测区域，通过“火灾算法开启”和“火灾报警开启”按钮实现对火灾的监测和控制。操作模块：在基本操作里面，可以对转台的定位，扇扫，层扫的速度进行设置，水平速度的范围（045/S）;俯仰速度的范围（045/S） 。在转台定位区域，可以通过设置方位角(0360)和俯仰角(-4545)，在有效角度方位内，可以实现任意角度的定位操作。层扫功能：就是根据设置的起始点、终止点、增量角度，实现转台的连续运动，往复循环，直到按层扫停止。可以实现森林草原监控区域，在一定的角度范围的无人监控。扇扫功能：根据起始点方位角、俯仰角、终止点的方位角和俯仰角，实现在2个点之间的往复循环运动，直到按扇扫停止。可以实现森林草原监控区域，在2个点之间区域的无人监控。驱动器释放：当驱动器出现温度报警，温度保护，过流保护，欠压保护，过压保护， EEPROM 出错保护，速度失控保护，过载保护，位置跟踪误差超限保护的时候进行释放电机操作。预置点管理模块：对于前端监控系统，将观测范围内的各个敏感位置设置成预置点，并根据需要设置各点的停留时间，使转台在各个点之间轮流切换，实现系统的自动监控功能。后端显控系统可以根据需要选择多个前端，将多个前端监控系统同时设置为预置点扫描工作模式，实现区域性自动监控。预置点扫描的功能可有效地减少搜索的工作量，提高了工作效率。附属设备：附属设备主要有红外相机、激光测距、数字气象、数字电表组成。该对话框可以通过以太网转485进行数据采集和管理操作，并能够对红外的电源进行控制。通过对比度、亮度和增强实现图像增强处理，通过对图像亮度信息的处理，显著改善了图像的显示效果，提高了目标的作用距离，使操作人员更加容易、舒适地观察目标。成像控制模块：通过手动的方式对视场和焦距进行调节，管理软件能实时检测到焦距和视场的返回数据。也能通过手动输入参数的方式进行远控直接控制。通过对数字图像处理的方式，在一幅图像中取多个小区域分别进行评价处理，形成参数驱动镜头调焦机构运动，实现成像设备焦距调节的自动化。白天能见度较好的情况下利用可见光。能见度较差的白天和夜间利用红外，以手动方式或是自动方式控制转台运动，在能见度较低，仅仅是有薄雾的情况、下，利用可见光设备对不同波段成像的特性，通过对镜头、CCD和其它软硬件的控制，可以实现一定程度的透雾观测功能，。通过红外开关和摄像机开关，实现相机的远程电源控制。通过调节亮度、对比度、饱和度实现对视频图像质量的控制。1.1.2、GIS地理信息系统设计地理信息系统（GIS）的基本功能有： 1、数据采集与编辑功能：包括图形数据采集与编辑和属性数据编辑与分析。 2、数据的存储和管理功能：地理信息数据库管理系统是数据存储和管理的高新技术，包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。 3、制图功能：根据 GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量地图或栅格地图。地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高城图等等。还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图，如坡度图、坡向图、剖面图等等。 4、空间查询与空间分析功能：包括拓扑空间查询、缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析、地学分析、数字高程模型的建立、地形分析等。 5、二次开发和编程功能：用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。主要功能描述：火点定位： 支持根据坐标进行火点定位，支持度分秒、度两种坐标格式 支持根据一个摄像头空间坐标、观测俯仰角、水平角等结合DEM数据进行火点定位，火点定位误差不大于100米 对于同一疑似火点有两个视频监控设备发现，可以通过双点定位，定位到疑似火灾的位置。扑火指挥： 支持查询火点附近的水源地、扑火队、畜牧局、防火物资库、防火检查站等资源蔓延分析： 通过输入蔓延分析的各种主要参数，如风速、风向、温度、湿度以及持续时间，模拟火势蔓延结果灾损评估 支持在地图上绘制一块多边形定位区域，统计该区域范围小班受损情况 支持导入一组GPS坐标，然后在地图上绘制一块多边形定位区域，统计该区域范围的小班受损情况 支持以饼图和列表的方式显示受灾区域各个草种的数量及比例1.1.3、信息发布平台系统设计智能信息发布软件的主要功能是对防火信息进行发布，将其通过文字、图像信息的方式发送到相关人员的手机，以便用户及时知晓防火，及时作出相应的扑救决策。在实际应用中可将烟火目标的防火信息进行自动发送给森林草原火灾扑救部门，使其森林草原烟火目标在未成灾之前进行扑救，有效地保护森林草原资源。主要功能描述：视频监控： 支持查看摄像机的实时视频 支持回放摄像机的历史视频 支持1、4分屏查看实时视频和录像防火下发： 支持接收平台下发的防火信息 支持在地图上显示火点位置1.2、操作台及综合布线系统（一）、操作台设计“森林草原防火监控站指挥监控中心”监控管理模块安装2联操作台上，操作台设2个操作席位。控制席位1个、GIS席位1个、详见监控室设计图。（二）、综合布线系统设计综合布线系统是为机房内的各设备提供可靠、高速和灵活开放的传输平台及媒介，增强各个应用系统组网的有效性，优化各个应用系统之间的互连。在满足这些系统要求的同时，适当考虑与具体业务有关系统的布线需求，充分体现综合布线的优点，从而创造一个投资合理有效、功能齐全高效、舒适便利的环境。、采用光纤作为网络通讯机房的主干网络为了满足指挥监控中心将来灵活组网的需要，在房间内设置配线柜。配线柜通过光纤、数据/语音线缆分别连接到房间内的网络通讯设备，把它作为系统的监控（指挥）中心总配线柜。房间内水平线缆部分采用采用六类8芯非屏蔽双绞线，外网和电话采用超五类8芯非屏蔽双绞线。、采用语音数据一体化的布线系统为保证机房内的结构化综合布线系统的高速传输性能，适应未来语音数字化、图像数字化传输的需求，方便系统的维护，系统设计把语音和数据进行一体化考虑，建立一套完全数字化的网络布线。这样，以后只需通过跳线在配线间内进行跳接，就可轻易的把语音点转换成数据点或把数据点转换成语音点。、设备间设计设备间是一个安放用户共用的通信装置的场所，是通信设施和配线设备所在地，也是线路管理的集中点。主要安放有MDF机柜、电缆进线配线架、局域网LAN服务器等设备。1）、主设备间的位置根据综合布线的设计原则，理想的主设备间应处于靠近机房的位置，以使设备尽可能靠近建筑物电缆引入区和网络接口处，减少布线系统线路浪费。在本方案中，采用数据与语音系统统一的方式，选取指挥监控中心为网络通讯机房作为数据系统的主设备间。2）、设备间内的设备序号数据设备话音设备1光缆主配线箱，数据主配线架。话音主配线架2交换式交换机SWITCH/ATM（/FDDI）外线进线配线架3局域网LAN、服务器防雷配线架4路由器其中主配线架MDF应尽可能靠近设备主机，以便于管理，节省线缆。3）、机柜的布置在本方案中，数据主设备间采用19英寸/42U的国际标准机柜作为数据主机柜，而语音主设备间亦选用标准机柜，用以放置话音主配线架。数据主机柜主要放置光纤主配线箱和带光纤接口的网络交换机以。光纤主配线箱置于机柜的上部，其下是网络交换机。语音配线架的放置顺序非常重要，必须力求有利于语音跳线的管理，并且在明确了机房内部交换机及中继线数目情况下，把交换机的入中继线和交换机的出分机线安排在同一排配线架内，以方便内部分机的管理。4）、设备间的环境备件要求设备间子系统是整个配线系统的中心单元，它的布放、选型及环境条件的考虑是否得当都直接影响到将来信息系统的正常运行及维护和使用的灵活性。建议设备间室内温度1827度；相对湿度3055，室内无尘、通风良好，室内照明度不低于150Lx；远离危险物品场所：远离电磁干扰源（发射机、电动机、变配电室等）；5）、主设备间的安装空间房间有效利用空间不小于2.6米；线路交接的联接设备所安装（或相关）的墙面作耐火或阻燃处理；楼板荷重大于5000N/平方米；门向外开启；消防喷淋头不得对准配线架或网络设备。1.3、终端设备防雷指挥监控中心，监控室的防雷最为重要，应从直击雷防护、雷电波侵入，等电位连接和电涌保护多方面进行。监控中心所在畜牧局综合楼已有防直击雷的避雷针、避雷带，防直击雷措施符合GB5005794建筑物防雷设计规范的规定。进入监控室的各种金属管线应接到共用的接地装置上，宜采用一点法接地。按照YDT5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的规范的要求，通流容量应大于3KA。机房设备除了考虑机房的电源防护，信号部分利用光纤传输的只要求将光纤的加强芯两端接地处理即可，利用同轴传输的则还需对同轴线进机房的连接设备加装视频信号浪涌保护器，同时，做好机房的接地、均压、等电位连接、线路屏蔽等措施。电子设备的接地方式有独立和联合接地。独立接地电阻值除另有规定外，一般不大于10欧姆，并采用单点接地方式。电子设备接地和防雷接地系统共设，但其接地电阻不宜大于10欧姆。