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森林防火无线监控方案

森林防火监控系统解决方案

作者:深圳市腾远智拓电子有限公司   来源:www.4008075595.com   时间:2016-07-01 17:06:39

一、森林防火行业现状

    森林火灾是世界性的林业重要灾害之一,年年都有一定数量的发生,造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性,灾害发生的随机性,短时间内能造成巨大损失的特点。
    2016年5月3日加拿大西部艾伯塔省迎来最恐怖最有灾难性的一场火灾,小城麦克暮瑞堡遭猛烈野火侵袭,10万居民紧急撤离,加拿大保险和银行金融机构初步认为,火灾可能造成90亿加元(约合455亿元人民币)经济损失,可能成为加拿大史上损失最为惨重的自然灾害。

加拿大森林大火航拍图
    俄罗斯一度表示愿意处理帮助加拿大灭火,可没等加拿大森林火灾熄灭,11日,俄罗斯境内也发生了一宗森林火灾,并且规模更大,烧毁森林面积达100万公顷,是加拿大森林大火烧毁面积的5倍,多个地区已进入森林火灾防控紧急状态。这次森林火灾或为俄罗斯造成3000亿美元(约合20000亿元人民币)的损失。
    据国家林业局统计,我国每年平均发生森林火灾约1万多次,烧毁森林面积约占全国森林面积的5~8%。森林火灾的突发性、随机性、短时间内可造成巨大损失,因此迅速发现和扑灭林火,就成为了森林防火的重中之重。
    因此一旦有火警发生,就必须以极快的速度采取扑救措施,扑救是否及时,决策是否得当,重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时,分析是否准确合理,决策措施是否得当。为此国内外都在为预防,减少和控制森林火灾而努力。为了早日实现森林防火工作的规范化,科学化,信息化,贯彻“预防为主,积极扑救的方针”,真正做到早发现,早解决。

二、森林防火需求

    森林火灾是森林的三大灾害之一,以《森林法》《森林防火条例》《全国森林防火发展规划》等法规为指导,预防森林火灾,是实现森林资源增长的保障,是发展现代林业,建设生态林业的重要举措。
    林业在防火工作方面面临着“五难局面”:
    1、林业火险预警预测科技含量不高。
    2、基层设施薄弱。
    3、及时发现案情难、及时组织扑救难。
    4、现场指挥调度难。
    5、监管部门各设平台,缺乏一体化监管模式,林业资源共享难。

1)发生森林火灾必须具备的条件:
    1、可燃物(包括树木、草灌等植物)是发生森林火灾的物资基础;
    2、火险天气是发生火灾的重要条件;
    3、火源是发生森林火灾的主导因素。

    以上三个条件缺少一个,森林火灾便不会发生。大量的事实说明森林火灾是可以预防的,可燃物和火源可以进行人为控制,而火险天气也可进行预测预报来进行防范,进而减少损失和伤害。

2)预防措施:

    针对以上三个条件,有必要建立智能化的森林火险综合管理系统,弥补人工防范的不足,采取有效的手段能够对林区进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测,能够自动发现林区火源并自动报警,并且能够将火点的位置准确定位和实时观看现场视频。
传统的森林防火及林业资源管理预警系统通常误报很高,而且对一些早期的特殊防火预警监测不到位,比如说地热能的问题,光学幻影和类似烟雾的飞行物等问题。
该方案专为高端森林防火监控系统设计,配备高性能测温型红外热成像模组和高清可见光摄像机模组,搭载360°全方位高速数字云台,内嵌火情识别模块,采用先进算法,对原始测温数据进行分析,仅用75mm镜头,就能监测5公里处1米×2米的木质火源,避免了以往采用纯视频分析算法的缺陷。该产品通过网络输出火警数据、白光图像和热图像等,支持主流图像编码格式。

三、森林火灾视频监控方案

1)设计规范

根据国家有关法规的要求,以及我们多年认真研究、分析设计本系统方案。该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点,而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。为实现森林防火智能监控系统的可视化管理奠定了基础。

依据的相关规范包括:

GB50116-98

火灾自动报警设计规范

GA/T70-1994

安全防范工程费用概预算编制办法

GB4943-2001

信息技术设备的安全

GB8898-2001

音频、视频及类似电子设备安全要求

GB16796-1997

安全防范报警设备安全要求和试验方法

GB17859-1999

计算机信息系统安全保护等级划分准则

GB50057-1994

建筑物防雷设计规范

GB50198-1994

民用闭路监控电视系统工程技术规范

GB50348-2004

安全防范工程技术规范

GA-T670-2006

安全防范系统雷电浪涌防护技术要求

GA308-2001

安全防范系统验收规则

GA/T74-20

安全防范系统通用图形符号

GA/T75-94

安全防范工程程序与要求

GA/T367-2001

视频安防监控系统技术要求

GA/T388-2002

计算机信息系统安全等级保护操作系统技术要求

GA/T388-2002B

计算机信息系统安全等级保护管理要求

GA/T390-2002

计算机信息系统安全等级保护通用技术要求

YD/T1171-2001

IP网络技术要求--网络性能参数与指标

RFC2327

SDP:SessionDescriptionProtocol会话描述协议

ISO/IEC-13818-1

(2000edition)MPEG音视频封装标准

ISO/IEC-14496-2

MPEG4视频编码标准

ISO/IEC-11172-3

MPEG音频编码标准


2)设计原则

1、先进性原则

    系统应充分考虑科学技术的迅猛发展趋势,应用国内外业界较先进和标准的主流技术来保证智能化系统各项功能的实现;采用“现代化计算机网络信息科技”智能化相结合的系统结构,使得系统可以方便灵活地在处理能力、系统容量、功能点等方面进行扩充和升级换代,从而确保系统可以支撑未来一段较长的时间内形势和业务发展的需要。
使用无线传输设备,没有布线的烦恼,不破坏原有环境设施,施工周期短,性价比高,且扩充性强,只要增加或减少被监控点的无线桥接器,就可以完成被监控点的增加或减少。

模拟监控、有线网络数字监控、无线数字监控对比:

监控系统

优点

缺点

模拟监控

设备成本低、视频图像清晰

可监控距离短、大量录像资料存储检索困难。

有线以太网监控

监控距离长、范围广、数字视频质量可调、存储检索方便

网络布线成本高、收地形影响较大。

无线数字监控系统

不受山川、河流、桥梁道路灯复杂地形限制,降低网络布线成本、加快建设周期、满足灵活机动的应用需求

在小区域内的监控项目成本比前两者要高,适合于野外长距离或无法布线的场合,也非常适合于要求机动灵活的特殊场合。


森林防火一般摄像机和高清智能一体化摄像机对比:

前端采集系统

优点

缺点

红外摄像机

监控视场角度较大,设备成本低

可监控距离短无法大范围监控、红暴现象、红外灯板发热较大导致寿命不长

激光夜视摄像机

可监控距离远,可达到几公里的监控目标,使用寿命长,夜视效果清晰

夜视监控视场角度较小,夜视监控识别分析火情较难,设备成本高

高清智能一体化摄像机

具有双光谱监控功能,本身对森林防火有识别功能,降低对传输系统的要求,减少误报率,反应速度及时,降低了项目成本。云台水平360°,垂直-90°~+90°,使监视范围扩大。

本身造价高,属于中型摄像机,使用于野外和灵活特性的监控场合安装


2、实用性原则

系统的设计应遵守实用性原则,人机互通原则。以监控各信息系统作为指挥和通知的主要手段,为其它的各项职能提供所需的信息。系统的输入设备和系统软件还应具有良好的操作性,使一般文化水平的防护人员,在略懂电脑操作的情况下通过基本的培训就能掌握系统的操作要领,达到胜任值班和监控任务的水平。

3、可靠性原则

系统采用“现代化计算机网络信息科技”技术相结合的方式,在关键节点保证系统的可靠性;采用成熟的技术和优质品牌的配套设备,并充分考虑系统实施地点和使用环境进行选择,以提高系统的可靠性和使用寿命;系统设计时还应考虑数据的备份保存和快速恢复,以便在系统出现问题时能以最快的速度恢复正常运作。

4、可扩展维护性

    系统采用的硬件设备及软件系统产品应支持国际工业标准以及行业相关标准,以便能和不同厂家的开放型产品在同一系统中共存。在系统设计中,应选择具有可扩展性的系统结构,特别是通过模块化设计的设备和可升级的系统软件,使系统能灵活增减或更新各个子系统的功能来满足各项职能发展的需要。

5、安全性和保密性

    在系统设计中,既考虑信息资源的充分共享,更要注意信息的保护和隔离,因此系统应分别针对不同的应用和不同的通讯环境,采取不同的措施,包括系统安全机制、数据存取的权限控制等。
由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体,因此与有线线缆不同,任何人都有条件窃听或干扰信息,因此在无线局域网中,网络安全很重要。常见的无线网络安全方法有:物理地址(MAC)过滤、连线对等保密(WEP)等。

3)森林防火及林业资源管理预警系统结构图
4)系统技术特点

1、基于远红外设备的长距离森林火灾分析算法

独特的森林火灾热成像分析算法,最远能监测5公里处1米*2米木质火源,从8公里处能侦测到3米*3米火源。单终端最大覆盖面积超过80km2;能去除车辆等转瞬即逝的热源和日间太阳照在山体没有植披的石层和土层导致的高温干扰。高火情识别率,低误报率;系统能侦测5公里处4平方米木质火源,8公里处9平方米木质火源。
2、基于DEM的全三维地理信息系统建模

    软件平台自带离线的GIS地理信息系统和DEM的全三维地理信息系统高程库实现了监控基站站点周边全区域的三维建模,操作人员可以自由编译路径、地名与周边设施等。精度达到Google地球中国区的9倍。
3、基于DEM库三维建模实现的单站点精确火情定位

    通常火情或事件的标志和地理信息定位需要由2个站点配合才能完成(类似人类的双眼定位原理),但我们的系统可由单个监控基站站点通过DEM的全三维地理信息系统的高程库完成三维模型实现单个监控基站站点精确定位,经实测定位精度小于半径27米,火情精确定位有助于森林防火人员的预防、控制、决策与扑救工作。
4、双光谱火情分析功能

    系统在高清智能一体化摄像机再配合专用智能分析软件,辅助红外分析软件观测山背/山沟火情,同时实现了周边林业资源观测、病虫害观测与其他的观测功能。
5、火情标志和自动定位

    在出现火情预警之后,操作人员可以及时点击地图上多个火情标志中的任意一处火点,系统可自动分析锁定火点情况,自动调整前端监控基站的摄像机云台水平/垂直方位与镜头焦距/视场角,使指挥人员能立即观看现场视频,做到火情的所见即所得。
6、全景图与智能屏蔽功能

    此软件支持360度的全景拼图功能,系统可以实现红外热像图的无缝智能全景拼图,进行对红外热像图分析功能,从而使图像分析的可视角度更广。获得前端现场环境信息,快速实现全方位的火情决策分析功能。
    支持遮挡报警功能通过标识监控区域内的已知热对象,对已知热源进行屏蔽和遮挡,最大程度上减少人为误报和系统识别的误报现象,如建筑物/光伏,太阳能板等。
7、监测覆盖范围仿真功能

    通过三维模型和准确的高度数据库,我们可以在系统的地理信息系统上进行软件仿真所有前端监控基站建设站点,模拟监控基站站点的监控区域覆盖范围,从中选取最优监测站点从而达到最大的覆盖范围,大大减少了勘测成本。
8、系统技术优势

    火灾热成像图像分析算法,单台终端最远能监测5公里处2米*2米木质火源,从8公里处能侦测到3米*3米火源。单终端覆盖面积超过78.5km2,为业界同类产品覆盖面积28.26km2的3倍。
    在GIS地理信息系统的3D站点建模的基础上采集NASA地理观测数据库中的高度数据进行建模,精度达到Google中国地球的9倍以上。
    智能视频分析软件支持在GIS地理信息系统的基础上实现实时的火情地理位置标定,可对火情进行精确的定位,理论误差小于50米,实测误差小于27米。
    支持自动巡检与主动告警功能。监控终端支持全范围的自动扫描,指定范围自动扫描,手动扫描功能,定时设置扫描和闲时设置扫描功能。支持对火情判定的主动告警功能,包括声音告警和短信告警。
    支持数据分析功能。此系统可以进行历史信息检索功能,监控数据、异常数据和报警信息会自动存储在相对应的设备数据栏目中,可以实现快速准确的调用相应数据进行分析。
前端摄像机智能化功能,为了防止传输系统、后端的智能分析服务器、监控主机等设备运行过忙造成卡机和系统的误报与漏报,前端摄像机具有对火情的智能自动判断,减轻后端运行负荷和增强系统的运行性能。
站点软件仿真功能,通过三维模型和准确的高度数据库,我们可以在系统的地理信息系统上进行软件仿真所有建设站点的可视范围,做到系统识别盲区可视化,大大降低了选点与勘测成本。

5)森林防火监控模拟覆盖功能

    软件具有对森林防火监控点的监测区模拟覆盖功能,从而对森林防火进行模拟选点(坐标位置)。如下图1、图2两张模拟监控点监测区覆盖图显示出模拟真实的实际覆盖情况,对监控基站有着很好的针对性选址,方便架设整个系统的规划。
图1
图2
注:林区的山体情况较复杂,实际安装的设备及路线需按现场调研、以及用户的需求制定。

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