草原防火视频监控预警系统方案

系统概述
草原防火系统采用可见光烟火识别+红外热成像测温识别智能双光谱识别系统、摄像机、长焦镜头及后端监测管理软件实现烟火智能识别并自动报警，运用重型数字云台转动的方位角和俯仰角、长焦镜头的焦距及后端GIS管理软件平台实现火点自动精确定位，通过摄像机和传输链路将视频影像和控制信号传输到指挥中心进行监视、存储、管理的智能型的森林防火视频监控系统。
草原防火预警系统是由前端监测基站、传输网络、后端监控管理平台及输出展示系统构成，系统结构如图所示：


前端监测瞭望塔系统
前端监测基站主要包括：视频采集系统、智能双光谱烟火识别系统、风光互补供电系统、防盗报警及对讲系统、基站控制系统、气象采集系统、防雷接地系统及铁塔基建系统等，是实现前端视频影像采集、草原烟火识别并自动报警和烟火自动定位数据采集的重要站点。
（1）视频采集系统
a 高清透雾摄像机
高清透雾摄像机是视频采集重要的成像设备，通过摄像机将前端图像捕捉进行编码传输到后端进行显示，由于草原防火要求24小时监控，所以要求摄像机应具备日夜模式，考虑雾天观测的要求，摄像机应具备透雾功能。
b 长焦镜头
根据草原防火监控范围的不同，选用不同焦距的长焦电动变倍镜头，以满足草原防火监控大范围大视野监控的需要，一般情况下，3公里的监控范围选用≥300mm的长焦镜头，5公里的监控范围选用≥500mm的长焦镜头，8公里的监控范围选用≥700mm的长焦镜头。
c 野外大型防护罩
由于草原防火系统前端基站在野外，需要采用野外大型防护罩用来保护摄像机和长焦镜头，将摄像机和长焦镜头安装在防护罩内是实现智能监控全天候24小时工作的重要保障，面对野外恶劣的气候条件，大型防护罩达到IP67防护等级，防火、防雨、防风、防潮、温控、防腐性。
d 重型数字云台
前端基站一般都位于林区较高的位置，风力较大，极易导致基站上的摄像机发生晃动从而引起监控图像抖动，为了满足野外林区监控的需要，采用重型数字云台安装摄像机和长焦镜头防止晃动，同时由于基于草原防火的智能监控范围较大，需要重型数字云台能够实现0～360°的全方位角以及－45°～＋45°俯仰角度的大范围监控才能满足草原防火监控的要求。草原防火系统配置的长焦镜头能够监控到数公里的范围，较远的监视距离对重型数字云台的运转精度要求也非常高，越小的运转精度在远距离监控时才能够实现监控画面的平滑过渡，不会造成远端林区监视范围画面不连续的情况。
作为智能化的草原防火预警系统，其重型数字云台必须具备自动巡检和手动巡检功能，日常运转的情况下，通过系统管理员设定重型数字云台预置位后，由系统控制云台进行全天候24小时自动巡检，当出现可疑情况时，可由管理员手动控制云台到达需要的监看位置，对于远距离大范围的草原防火监控，其重型数字云台的预置位越多越好，越多的预置位是实现对于草原防火所需的远距离大范围全面监控的重要保证。
为了实现草原防火预警系统的火点自动定位，需要采用的重型数字云台具有定位功能，配合后端GIS平台软件实现火点自动定位。

（2）智能双光谱火情预警识别系统
智能双光谱识别系统是构成草原防火预警系统最核心的和最重要的功能，是实现传统普通草原防火监控由人工监看向智能型草原防火监控由智能设备自动监看的重要转换，采用智能设备自动监测的草原防火系统能够提高工作效率，减少因人工的疏忽而造成的漏报情况，智能监控系统能够实现全天候24小时监测草原防火，智能设备一旦发现疑似烟火通过系统报警平台及时为用户提供的现场信息，让用户在第一时间通过智能监控系统迅速判断，并作出相关的应急处理措施。
草原防火智能双光谱火情预警识别系统主要由基于草场区视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器和基于草场区热辐射探测通过不同目标温差实现烟火的智能探测的红外热成像识别构成。


基于草场区视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器可以在监控中心通过远程视频监控图像直观、真实的反映草场区的情况，并且能够在能见度较好的环境下有效识别草场区的烟火，且即使草场区内部出现烟火的情况也能有效的识别，但是在雾霾天气由于能见度较低造成视频监控的图像不清晰从而会出现不能够正确识别烟火的情况存在。
红外热成像智能识别系统由于红外热成像探测林区热辐射，通过不同目标温差实时成像，且图像为灰度图像，不能直观、真实的反映草场的情况，但是由于红外热成像是通过探测草场热辐射不受雾霾天气影响，所以能够全天候的探测，但是红外热成像探测的物体之间不能有遮挡，例如林区内部出现林火时，由于有高大的树木遮挡，存在有遮挡的地方不能有效的探测物体表面温度从而造成不能正确探测的情况。
基于以上单个智能识别系统的优缺点分析，采用基于视频影像分析的智能烟火识别+基于物体温差探测的红外热成像构成的双重智能识别系统，可以有效的解决单一智能识别系统存在的缺点，可以极大的提高草场烟火的智能识别能力，从而达到全年全天候的高效智能预警系统。

（3）供电系统
采用市电供电或者风光互补供电，风光互补供电时在连续3天阴雨天的情况下保证设备正常运行3天。

（4）防盗报警及对讲系统
草原防火预警系统前端基站设备大多数安装在无人值守的草场深处，需要考虑设备防盗的问题，对于野外草原防火监测基站的防盗，采用安防摄像机视频移动侦探方式进行自动防盗报警，并采用双向语音对讲方式起到警告和威慑作用。防盗报警系统工作方式为：
在防盗摄像机后端安装一台数字报警主机，根据防盗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。
一旦有人靠近、攀爬基塔，告警系统启动，安保摄像机录像回传至监控中心并实时录像，同时，喇叭现场播放语音警示。监控中心接收到报警信号后，立即通过语音对讲系统对现场喊话。
上级监控指挥中心可通过对讲系统对本地实现单向对讲，本地声音可被上级单向监听。
通过远程控制软件，在监控中心远程控制前端基站的电子监控设备，可控制云台、摄像机、镜头等设备。
可以根据草场的特殊自然环境，采用视频移动侦探。并配合前端报警设备联动智能预警监控管理平台。

（5）基站控制系统
由于前端基站设备都工作在野外，前端基站涉及到烟火识别系统、防盗报警的数字报警主机、功放、控制电路、编码器、交换机等设备，针对野外恶劣的气候条件，这些电子设备都无法正常工作在野外的环境，只有采用一体化设计的集成控制设备，将前端基站的智能监控设备集成到一个恒温控制防水箱内，才能保证野外草原防火预警系统长时间稳定可靠运行。
基于草原防火预警系统特点基站控制系统采用一体化集成设计，有如下功能
1、防护等级IP66
2、数据交换模块：4路RJ45输入，路RJ45输出
3、电源转换模块：AC180V-240V转DC24V
4、远程控制模块：可远程通过软件控制DC24V断电、取电
5、远程温湿度采集模块：采集温湿度数据通过网络传回指挥中心并在软件显示
6、温控模块：高于35度自动启动风扇，低于0度自动启动加热器（高低温度均可设置）
7、防雷模块
8、接口：RJ45、DC24V、DC12V

（6）防雷接地系统
对于野外的草原防火监测基站，防雷接地是保障基站及设备安全必不可少的一项，草原防火监测基站防雷接地系统包含2个部分，第一部分为：基站铁塔的防雷接地，第二部分为：基站设备的防雷接地， 按照防雷接地的国家标准：基站铁塔防雷接地小于10Ω，基站设备的防雷接地小于4Ω。
基站防雷接地主要包括：避雷针、小于10Ω接地系统；
基站设备防雷接地主要包括：电源防雷、信号防雷、无线设备防雷、小于4欧姆接地系统。本次采用共用接地方式，即共用接地系统小于4欧姆，基站避雷针和基站设备都接在该防雷接地系统上，但是基站铁塔防雷接地点和基站设备防雷接地点需要隔开10米的距离，做到共地不共点。

（7）铁塔基建系统
本次采用新立杆的方式进行设备的安装，高度为15米。

（8）传输网络
传输网络采用基于IP网络的有线数字化传输网络，通过本次建设的通信光缆和计算机网络实现草原防火预警的传输承载。草原防火预警前端点位接入附近交换机，通过计算机网络将信号传输到指挥中心。

（9）后端监控管理平台
后端监控中心由网络接入、视频监控管理平台、GIS平台、管理服务器、存储服务器、报警对讲设备、监控及报警客户端、图像工作站、指挥中心拼接大屏等、辅助保障系统等构成，是实现日常在指挥中心对草原防火预警系统进行远程集中监控，通过传输网络实现草原防火监控的数据采集、分析、火点定位、自动报警、指挥调度等功能。中心视频监控管理平台软件主要包含以下管理和服务：
（1）中心管理模块功能
a 身份认证与权限控制
b 机构管理
c 设备的管理与监控
d 控制命令管理
e干线路由管理功能
f 日志管理

（2）流媒体服务模块功能
a 管理各监控中心流媒体转发服务
b分发限制管理策略，包括路数、用户优先级和事件优先级等；
（3）远程管理模块功能
a 远程预览图像
b 远程配置与维护
c远程控制
d 远程回放
e 远程备份
f 远程监控辅助功能
g 支持IE客户端配置界面

（4）报警管理模块功能
a 支持可见光视频监控图像和热成像灰度图像同时显示；
b 支持火点定位坐标与第三方的GIS地理信息数据库交换数据；
c报警源管理：对前端的报警源，关联视频录像通道进行布防、撤防，报警预案设置；
d 智能双光谱识别报警处理
双识别同时发现火点和热点，系统锁定目标，立即发送报警信号；
烟火识别首先发现火点，启动告警信息，系统锁定目标，由热成像定位探测，热成像发现热点，立即发送报警信号，热成像没有发现热点转为人工提醒；
热成像首先探测到热点，启动告警信息，系统锁定目标，由烟火识别系统定位识别，烟火识别发现火点，立即发送报警信号，烟火识别系统没有发现火点转为人工提醒。

（10）防火指挥管理系统
GIS智能监测系统与数字云台与地理信息系统无缝连接，将数字云台所返回角度将送入地理信息系统，并在地理信息系统上进行精确坐标定位，系统根据前端控制系统能实时采集的云台的水平转角、垂直夹角，镜头的焦距这三个参数，根据智能监测点所在位置的经度、纬度、海拔高度，结合GIS系统测算出火点的经度、纬度、海拔高度，并在GIS地图上标注。

烟火蔓延分析系统
1、火势蔓延动态预测软件：支持动态分析和预测火势蔓延的方向、火场面积、火场边界、火势蔓延速度等功能。2、火点定位软件：支持通过烟火自动检测软件、烟火自动识别和报警软件的连动控制，自动跟踪和锁定的火点位置，并能接入、跟踪和显示在 GIS软件平台上。
2、火源分析管理系统
火源影响程度分析软件：支持按不同半径或区域，查询分析火源对周边设备，设施的信息，并显示在地图上。2、统计结果输出软件：支持以excel报表格式或统计图形等方式、输出打印火源分析结果。
3、灭火路径分析系统
1、最佳路径分析软件：支持分析计算灭火指挥管理中的最佳路径。2、路径相关信息查询软件：支持动态查询最佳路径的道路状况、通行状况、沿路设施等信息。3、通过路径时间预测软件：支持动态预测通过最佳路径的时间。
4、灾损评估管理系统
1、火场面积和范围评估软件:支持根据烟火自动识别、检测的实时动态图像，计算和评估火场面积和边界范围等功能。2、灾损评估报表输出软件：支持以报表输出的形式，及时或根据需要输出当前森林资源灾损评估结果数据或预测评估结果数据等功能。