森林防火系统-.pdf

森林防火系统基于物联网应用技术的智能森林防火系统，融合了智能视频监控技术、网络传输技术、云计算技术，是一种新型的智能监控、预警和决策支持系统。我们设计的基于物联网应用技术的智能森林防火系统分为前端数据采集系统、网络传输系统和智能控制系统。前端数据采集系统采集林区现场数据（温度、湿度、大气压力、光亮度、视频信息），通过无线传输网络和互联网相结合的网络传输方式，将数据实时传送到监控中心服务器。监控中心服务器对上述数据进实时处理与分析，从而实现用户对林区状态的实时检测，并在发生火灾的时候，实现实时报警和火点定位，报警给相关的负责人，并在地理信息系统上实现火点标绘。然后结合已获取数据和林火蔓延模型，给出林火的发展趋势，并提取出林火发生地的地理条件、人员、物资储备、水源条件等，为领导制定正确的决策提供客观依据。1.概述成果架构示意图（图1）如上图 1 所示，一个完整的森林防火智能视频监控系统包含了智能数据采集、网络传输、智能数据处理（属于监控中心）和终端用户几个部分。下面分别介绍：1、数据采集系统：根据森林防火监测的具体要求，合理部署传感器节点，实时进行数据采集。这里部署的传感器种类主要包括温度传感器、湿度传感器、大气压力传感器等。并且根据实际的需求，在合适的山头，安装智能摄像机、云台设备。摄像机将在云台的支撑下，可以进行360度的旋转，实时采集森林的视频信息，并且可以将云台的俯角、仰角信息一并回传给中心服务器，用于火点定位。2、传输网络：森林中的组网形式一般是通过无线和专用网络形式完成的，所有的信息经过规整，最终经互联网传回给智能控制中心。传输系统的功能是连接前端监控点和监控中心，将前端监控点的音视频信号传到监控中心，将监控中心的控制信号传输给前端监控点，以实现远程管理。无线传输系统有很多的优点：带宽较高、建设周期短；一次性投资、建设简便、组网灵活、易于维护、管理，设备可重复利用。3、智能控制中心：智能控制中心是整个系统的核心，它承担着灾前预警、灾中决策支持和灾后评估三项重大功能。智能控制中心首先完成传回数据的清洗、转换、抽取和最终入库功能。然后是经L R系统网络传输系统路段烦哥心J I户j沟过智能数据的分析处理，形成一定的图表，用于灾前预警。发生火灾的时候，它提供GIS 地图支撑、趋势预警、人员设备调度等决策支持。在灾后，它提供一些统计数据图表，进行灾后评估。森林防火的预警是根据温度传感器、湿度传感器、大气压传感器等传感器传回的数据，结合森林的植被、地形、气象数据，形成森林火险预警图。而视频设备可以实时传回出森林的图像数据，并且视频设备在检测到森林中有火焰、烟雾等异常信息时，将触发预报警信息，经过再次的分析确认后，将形成正式的报警信息，发送给林业局负责人。同时，智能监控中心在接收到异常报警信息后，将进行森林火点的定位操作，从而算出发生林火的地理经纬度，指导扑火队的扑火方向。，根据当前火势和趋势动态模拟结果，推断出扑火最佳人员配备：调配哪些消防站、多少人、多少消防车、多少设备等。再由多源最优路径分析，使消防人员迅速到达火场施救，最终达到为领导提供林业防火决策支持的功能。2.详细技术说明森林防火智能视频监控系统的详细技术实现主要包括智能视觉处理器和摄像机等组成的前端设备、网络传输、监控中心等组成。系统搭建示意图（图2）整体系统布局如下图：告I且确胁lfill 在哩坐蛙墅里鱼问娼“输些组撞！日口日口ll妇箭入伺也I!”峙1llf防火b 弱同略唯蛐m均消防a动革统.-.I .丰.I.在咎fl；朱1:llllK.：曹眩目氯俭，r.l!队1月内、外防式ilS,气捕、电J街失系统整体布局示意图（图3）前端设备构建：前端基站设备名称主要功能简介备注基塔用于安装前端监控设备供电设备采用太阳能、风能组合供电，UPS电源蓄电，保证 72 小时供电。智能控制箱整合了前端主要控制设备，集成于定制恒温机箱内。视频编码器视频编码设备将模拟视频按照H264或 Done标准编码，编码转换后适合在网上传输。数字云台用于控制摄像机工作状态，可设置云台预置位、也可实现云台精确定位。采用安全电压供电方式（24VDC）摄像机捕获监控区域的图像，相机具有长焦、变焦、夜视等功能。配透雾镜头烟火识别智能处理器烟火智能识别软件嵌入式设计，前置到基站前端，置于基站控制箱内。智能图像处理器根据安保摄像机动态摄像的图像，设置周界保护、物品丢失等报警类型，确保前端基站的设备安全野外防护罩具有自动恒温装置，具有防晒、防雨、防冻、防雾、防腐蚀的特点，可在恶劣的环境下工作。前端设备搭建列表（表1）前端主要由摄像机、大焦距变镜头、智能视觉处理器、太阳能供电系统、以及整个前端的避雷、铁塔和基础设施组成。失括三tt俱！b:1火f占火势分昕.;ttt.网Jg.自面编1al机4旧”能划！.：（处理分;ro!.i 4在in防队伍J 摄像机作为一种视频图像传感器，用于采集监控现场的视频图像信息，然后传送到智能视觉处理器。根据不同的应用场合以及对监控性能的不同需求，可选择相应性能的摄像机、像机镜头。智能视觉处理器具有视频采集，视频分析识别、产生各种动作告警并能自动处理和联动等功能。形象地说：就是给摄像头安装了一个“大脑”。让它自己可以完成“看到、分析、判断、反应、动作、报警”等功能。广泛地应用于森林防火、油田输油管线、飞机场跑道、各类仓库、工厂、电站、公共场所、敏感区域等重要安全场所与其他行业看护，为智能视频综合安防系统提供核心的技术与产品。智能视频监控系统具有视频图像自动识别、分析与处理能力的智能化数字视频监控设备，它内嵌了智能视觉分析技术，支持运动目标检测、人体行为检测、交通检测、物品检测、消防检测等智能视觉功能模块。具有自动视觉监控、自动场景检测和自动报警响应等强大功能。与传统的视频监控和安防系统相比，设备具有可以在室内或室外环境进行7 24 小时全天候自动化无人值守的特点，可以大幅度地减轻保安人员的负担，提高安全水平。智能视频监控设备采用的技术模块是由微处理器、存储器以及其它外设等组成图像处理单元，依据烟火的视频图像特征，利用各种图像处理技术对数字化处理视频信号进行图像处理和分析、判断，实现对监控区域的烟火检测。它提供远程参数设置功能，用户可以根据应用场合对检测参数（如最小检测范围、检测区域、告警级别）进行远程设置，方便灵活。根据应用场合不同，可以选择安装防尘罩、万向云台、太阳能电源等前端辅助设备。传输网络建设：无线图像传输系统组成：l 发送设备：图像发射/数据接收机、发射天线、接收天线。l 接收设备：下变频器、卫星接收机、接收天线。图像通道的描述：各监控点的摄像机输出的视频信号，首先送给智能视频处理器，再传给图像发射机、发射机最后经天线以无线方式指向发射到监控中心。在监控中心首先用天线接收然后下变频最后经卫星接收机解调出视频信号，视频信号经（可选视频分配器直接将另一组视频信号送给硬盘录像机）分配后再送给矩阵控制器，通过主、分控键盘对矩阵控制器的控制，矩阵输出的视频信号可切换到任意指定的显示设备上。如有遮挡可增加图像中继，中继工作原理是用一个频点收，用另外一个频点转发。控制通道的描述：控制通道采用225MHZ 一对多点、码分多址方式。从中心控制矩阵输出的RS232/RS485/RS422控制数据，通过无线数据传发射机经225MHZ 全向天线发射到各监控点，前端各监控点的无线数据传接收机接收到指令后并解调出控制数据，控制数据通过控制电缆送给解码器，解码器根据控制数据中所包含的地址码来判断自己是否解码。如果是则进行同时输出电压去控制摄像机、云台和防护罩的动作；如果否则不执行任何动作。同样如有遮挡可增加数据中继，中继工作原理同上。无线数据传系统可以与INFINOVA、AD、PELCO、PANASONIC 等绝大多数矩阵控制系统兼容，其接口有RS232/RS422/RS485，通讯速率为 1200-9600bps，用户可以根据需要灵活选用。传输拓扑图（图 4）系统监控指挥中心构建：监控指挥中心是整个系统的控制、图像显示、图像录像中心，监控中心。能向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像。中心设备由滤波放大器、卫星接收机、数传发射机、矩阵控制器、监视墙、硬盘录象机、主监视器、主/分控键盘、服务器、应用软件包等组成.监控中心原理图（图5）设备名称主要功能简介计算机网络监控系统管理服务器用于管理整个系统和所有设备管理信息服务器用于林业系统的日常办公、信息发布GIS 服务器用于矢量地图的存储、管理数据库服务器用于用户存储、调用管理信息和数据媒体服务器用于用户存储、调用音视频数据集中控制系统AV矩阵用于指挥中心音视频切换RGB 矩阵用于指挥中心的计算机信号的切换中央控制器主机及触屏用于指挥中心控制外围设备的切换信息输出展示系统数字矩阵将视频信号转换，输出到电视墙电视墙实时动态显示林区监控图像、并可根据显示方案切换显示画面。LED实时动态显示火险等级、林区气象等信息数字会议扩声系统数字会议主机用于指挥中心手拉手话筒控制话筒用于扬声指挥调度系统调度服务器各种调度指挥命令的交换和发布暨J般备由一直ft;J:t:1（；晶、中阴唰绅 I.,调度机电话排队、调度指挥坐席用于指挥人员发布各种指挥信令监控中心搭建列表（表2）系统功能：地图信息查询l历史火情查询历史火情数据库，可以将历史上发生的火情的详细记录输入，以备查询。历史火情查询界面图（图 6）l防火预案查询显示相关的防火预案和方案。在屏幕左侧有防火预案显示区域，双击相关预案名称即可显示。霉，l8 胞.,障剑II11,-y.哩”田，梅A.O Olc,til!咱也l，.睛雪勤、飞、飞J-.J:.:,.,.，A t与飞吃4N句“飞，,.(l(1(OD田，.,r.a la)ti.:.四.f ”的 戳，d哑，s._,.J,1.;,.r I,e Ill 自四”fl.蛐r句，皿，、圃4自-:J Z凰”凰采A”R1-.x,.-It.四”、咀蝇，.，.，.A司a .”.,.；.”睛”0-.院，句F.，.，.，.，.，协圄嗣.，咽而口。恤电，岖属.”H句.，2二二r”！主！蝇，。”田副.,1.,.际眉，.，豆集/IA重.亭卫.哩E.,.M .。u.皿唰阴喃兔.集蝇;IA.佩富集民.量”.虞余凰怠.:a铠鼠，t-r 崎骗.幢,.拿金A,._ 电a”配司2跑回矗略”,.，：A凰”1蛐.ft F.all!)畏，食嘲防火预案查询界面图（图 7）l地名查询输入要查询的地名，即可查询与此地名相关的所有信息，如输入“迎春”则有可能显示：迎春镇、迎春街、迎春桥等。点击定位可以显示地名在地图上的所在位置。林场地点查询界面图（图8）l林场位置查询选中相关林场名称，点击定位，即可在地图上定位林场所在地。c.J.且A牛.D.kU.且.&.mlL皿且.；.工二.工J.!.11二二二;l缸里，.，而“踊.8.4-.句l、.、b,.,.,.,r白飞、：.，龟lO日，.iJ!.:ID r o割，-a 9”l,J ,.;.,.，俨，.r 写g田”缸”？哇，至二旦坠旦旦自哩哇”一 画丽画面冒雨雨.儿真阳.局凶.边g栋业局。OA.:t:flo费牵挂.ft);:k珊案边誓林业局。I？非事撞击l:t也J吃火预Ii量.小，很曲，l,:i!l峙，且盲t借钱匾咽问ti 的.；：；九茸茸茸智哥暨.飞罩而且曹露REi;i:.的事争。何骂民到由岳多ti理串崎:t.-:!.咽.:.l霞，月主.）：.的在抖.t.工1)14t,怜禽地司抽骨kh i.曹古蝇囊，且罩F”町t;,i,.!Ti-，骨筑”因1伍霄，句峙阻晴宵夜T，罩在耳快扣司；，：电J.1f.由目t:.二，.l!I ia!.”E”的a：.哩：tIS 1-10,i,时共t：；句f.t专.羔血宽4工吹蝇，:r碍民E蝇键。咏唱kll i:tlII 胃问i.tf屉.，企匾钊崎a.人坷因咂蜘蝠巳3重4ti:璋的三左”、.五战！，”t吏”显丰E捕、好扑救，由几良”反.，.ui 罐拣，饵圄、气.匈确.晴，Iii.晶 酶“路，E”且，.”汇.”烟，蝇，.，甜”骨.，raoJI”自主兰当旦丐且,圈”自唰王画，.町以帽，.，叶皿.J.J.嚣揭.J.a.缸骂一l.响1O.阳，自Q g,;,;10Clll可，.，.，俨，.，、，.，.，.g，唱庐”I宁J吧Z帽哩1墅，主些主二.:I,.!I _!j 1 1 睛拳u：啪，.”4刷.,.”.酣.亘二3 E 121.lo比l剑”崎，Ill，阳、气，.，目，.筒”“、.,目蝇.，.4 口圃，2兔雪”睛，口凰侃”a阳响“国！），”且，B帽帽口）曹Jiil凰圃，明,r-巳坦时,.”2 瓢民.”.航 a”代”c.咽缸.：.二阳晒e”、“林场位置查询界面图（图9）l防火机构位置查询选中相关防火机构名称，点击定位，即可在地图上定位防火机构所在地，如防火指挥部，防火分指挥部等。防火机构位置查询界面图（图10）l防火了望塔位置查询选中相关防火了望塔名称，点击定位，即可在地图上定位防火了望塔所在地。同时显示了望塔相关信息。l!:i_ 先i:toll在蝠缸噩噩备注幸运11:i呻Ill臼lS刊w11:rn飞54111 I帽”硝l1751,回I52121 s l相隔！1贸；.a-t&C2&IO l I玉A聘竭1-00 4llJ:r,J 111睛1l2伽l.20崎哩Tl宫l.1217 ll!nlCII!东阳硝l1-.v,nw2宫仰面罩将揭1宵12!1711T11 I.111由捻蒋1世弓）uw市11 Iii唱i山再属l1 JJlY.”.-,.,、“、，、飞“,.,.a飞”.飞嘎嘎 oa”.,.,Q c。1 oa ,”，.J.J-.;,J _,I 萨F ,ri 白h筒r血.:I 二.二 z 也.牛牛._ J:J!J.,-u.震，.”.-如曲T置非R蛐.：哩甲也，：阳跑,4”,.1瞌蛐也7匾RI a Jr.YI”白”+主liAl U ,.首席揭-.1.a血，矗t齿，w.,.,.ln且E曲曲,.,.i l”，啤.，”民P占i:I._”.W:11：”，旷J如幅画面”.,”l):JI,._ 111.,.”.”111 .”响，v11.-.-o-.旬，0，阑嗣l.,._.ii岛 恤”嚼，B-愧，.喝晴，口;!.!:I品fio 且:.:i圃圆”l防火阻隔带位置查询选中相关防火阻隔带名称，点击定位，即可在地图上定位阻隔带所在地。同时显示阻隔带相关信息。l林业区划位置查询选中相关林场、林班、小班名称，点击定位，即可在地图上定位林场、林班、小班在地。同时显示相关信息。系统特点GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)在地理信息系统上，可以对扑救林火进行宏观调控，指挥整个扑火的行动，同时在地图上进行扑火行动标绘，对火情态势进行跟踪，为火场扑救提供辅助决策。根据不同需要，GIS 对数据库资料进行统计分析，生成各类专题图，实现资源管理信息化。林火智能识别：火情自动识别依附于前端采集站（林火监控基站）的监控控制软件，火灾自动识别报警系统的业务流程分为数据采集、流媒体解码、图像数据处理、火灾图像识别、监控云台定位、计算机报警和人工交互识别等步骤。林火精确定位：监测到林区出现疑似火情后，根据前端摄像系统的绝对三维（纬度，经度，相对高程），前端摄像系统拍摄该疑似火情时的相对三维（云台的水平转角，云台的垂直夹角，镜头的焦距），结合 GIS 地理信息系统，精确测算出目标的具体位置。云台预置位：使监控范围能覆盖林区，使各区域的视频图像都能达到清晰可辩的水平，我们提供了对云台参数进行预设置。火情蔓延趋势推演：根据火险等级预报和火行为分析模型，结合当前火点的位置、风向、温度、湿度、地表温度、植被等信息动态推演火灾蔓延的方向、面积、速度及强度，操作人员可以将多次标绘的火场态势图按时间顺序排列，能够模拟未来时间段火场蔓延结果，预测火情发展态势，为扑火指挥提供科学的决策依据。无线实时感知：采用智能视频监控与无线网络传输相结合的方式，融合了物联网实时感知的理念，具有投资省，建设快、扩展性强、实时感知的特点。地图定位支持：防火手持系统与导航位置服务、GIS 地图显示功能相结合，实现扑救人员的精确定位与管理调度，并采用图形化化的展示方式，直观便捷！精准火点定位：采用自有研发火点定位算法，定位精度准确、及时智能决策支持分析：通过火势蔓延预测模型与多元路径分析方法相结合的方式，实现与扑救指挥管理的紧密集成，辅助领导实现准确防火决策和人员调度管理。