智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要森林資源是地球上最重要的資源之一，是生物多樣性的基礎(chǔ)，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。而森林火災(zāi)是破壞森林資源的主要災(zāi)害之一。我國(guó)對(duì)森林防火高度重視，以往的監(jiān)測(cè)手段自動(dòng)化程度低、技術(shù)落后，時(shí)效差、定位不準(zhǔn)等缺點(diǎn)己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代森林防火的需要。因此，建立一套智能林火視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文通過大量閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，借鑒前人在林火監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)；再結(jié)合多年在森林防火領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從解決實(shí)際問題的角度，提出并設(shè)計(jì)了一套適用于森林防火場(chǎng)景下的智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案；具體研究?jī)?nèi)容如下：通過對(duì)國(guó)內(nèi)外林火監(jiān)測(cè)技術(shù)的調(diào)研，論證了智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)是符合中國(guó)森林特點(diǎn)并順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)；介紹智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)各部分的組成、工作方式及技術(shù)原理；以北京石景山區(qū)園林局森林防火項(xiàng)目為例，對(duì)智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)展示；關(guān)鍵詞：森林防火；煙火識(shí)別算法；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)AbstractForest

resource

is

one

of

the

most

important

resources

on

the

earth,

the

basis

of

biodiversity

and

the

material

basis

for

human

survival,

and

forest

fire

is

one

of

the

major

disasters

that

destroy

forest

resources.

The

shortcomings

of

poor

timeliness

and

inaccurate

positioning

can

no

longer

meet

the

needs

of

modern

forest

fire

prevention.

Therefore,

it

is

imperative

to

establish

an

intelligent

forest

fire

video

monitoring

system.In

this

paper,

through

reading

a

large

number

of

relevant

literature,

drawing

on

the

experience

of

predecessors

in

forest

fire

monitoring,

combined

with

years

of

practical

experience

in

the

field

of

forest

fire

prevention,

combining

theory

with

practice,

from

the

perspective

of

solving

practical

problems,

a

set

of

intelligent

forest

fire

video

surveillance

system

suitable

for

forest

fire

prevention

scenes

is

proposed

and

designed.1.

Through

the

investigation

of

forest

fire

monitoring

technology

at

home

and

abroad,

it

is

demonstrated

that

the

intelligent

forest

fire

video

monitoring

system

is

in

line

with

the

characteristics

of

China's

forests

and

the

development

trend

of

the

times;2.

Introduce

the

composition,

working

mode

and

technical

principle

of

each

part

of

the

intelligent

forest

fire

video

monitoring

system;3.

Taking

the

forest

fire

prevention

project

of

Beijing

Shijingshan

District

Bureau

of

Landscape

Architecture

as

an

example,

the

intelligent

forest

fire

video

surveillance

system

is

designed.And

implementation

presentation:Key

words:

forest

fire

prevention;

smoke

and

fire

recognition

algorithm;

video

surveillance

system;

geographic

information

system

第1章緒論1.1選題背景及意義1.1.1背景作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，森林是地球生命的守護(hù)者，也是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，保護(hù)森林資源刻不容緩。在森林火災(zāi)、病蟲害和亂砍濫伐這三大森林資源破壞者中，森林火災(zāi)是森林資源面臨的最嚴(yán)重危機(jī)，也是森林資源保護(hù)的宿敵。據(jù)第八次全國(guó)森林資源清查結(jié)果，如下表：項(xiàng)目全國(guó)（除港、澳、臺(tái)）森林面積19545.22萬公頃森林覆蓋率20.36%活立木總蓄積149.13億立方米森林蓄積137.21億立方米林地面積-2000-2008年累計(jì)森林火災(zāi)次數(shù)85428年均森林火災(zāi)次數(shù)94922008年森林火災(zāi)次數(shù)141442008年火場(chǎng)面積（公頃）1844952008年傷亡人數(shù)1742008年11月19日的國(guó)務(wù)院第36次常務(wù)會(huì)議上修訂通過的《森林防火條例》[1]于2009年1月1日起開始施行。林火監(jiān)測(cè)是森林防火最重要的環(huán)節(jié)之一，只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，探測(cè)火場(chǎng)的準(zhǔn)確位置，判斷火勢(shì)的大小、方向，監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)發(fā)生的全過程，才能在森林火災(zāi)撲救中做到"打快、打小、打了"。森林火災(zāi)視頻監(jiān)測(cè)是利用地面層的監(jiān)視塔上安裝的視頻監(jiān)視器來監(jiān)測(cè)火情，是一種定點(diǎn)探測(cè)方法，屬于監(jiān)視塔定點(diǎn)觀測(cè)層的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有全天候監(jiān)測(cè)、覆蓋面廣、火情發(fā)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。是我國(guó)監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)的主要方法，對(duì)及時(shí)組織森林火災(zāi)撲救具有重要作用[2]1.1.2意義森林火災(zāi)預(yù)警一直是林區(qū)工作的重中之重，必須早發(fā)現(xiàn)、早撲救?？v觀防火歷史，過去林業(yè)人員保護(hù)森林的方式是在林區(qū)設(shè)立瞭望塔，長(zhǎng)期進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)。火情發(fā)生時(shí)，無法迅速確定火源，防火部門也就無法及時(shí)調(diào)度和組織人員、設(shè)備趕赴火源，延誤了最好的滅火時(shí)機(jī)。所以，森林火災(zāi)的早期預(yù)警對(duì)森林大火非常有意義[3]。隨著信息技術(shù)、技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，使得森林防火的技術(shù)手段出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。5G技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)（熱成像、可見光），地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，這些軟硬件條件的技術(shù)進(jìn)步，使得建立一套具有火情早期預(yù)警、智能識(shí)別煙火信息、精準(zhǔn)定火點(diǎn)位置的智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為可能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)火情發(fā)現(xiàn)早、火險(xiǎn)處理快，火災(zāi)損失小的目標(biāo)。1.2林火監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外林火監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀目前，世界上許多國(guó)家使用三種主要方法來監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)：地面巡邏、瞭望塔和空中巡邏。由于林區(qū)面積大、縱深大等特點(diǎn)，用巡邏的方式來監(jiān)測(cè)火情是非常不夠的。瞭望塔受到諸多限制，而使用飛機(jī)進(jìn)行觀察巡邏不僅耗費(fèi)資金，而且也不是最快捷的解決辦法。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高科技被用于監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)。特別是近年來，紅外監(jiān)測(cè)、電視監(jiān)測(cè)、地面雷達(dá)監(jiān)測(cè)、雷火監(jiān)測(cè)、微波監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等新型林火監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。1.2.2國(guó)內(nèi)林火監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀準(zhǔn)確、及時(shí)地監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)是減少森林火災(zāi)的關(guān)鍵，也是落實(shí)我國(guó)"打早、打小、打了"原則的前提。中國(guó)的林火監(jiān)測(cè)正從單純的地面林火監(jiān)測(cè)向通過地面、空中、太空四個(gè)層次的遙感對(duì)林火進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變：地面巡護(hù)、瞭望塔監(jiān)測(cè)、空中巡邏監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星監(jiān)測(cè)。（一）地面巡護(hù)森林管理員、森警和護(hù)林員在其責(zé)任區(qū)內(nèi)使用不同的交通工具，并根據(jù)火險(xiǎn)情況在一天中的不同時(shí)間進(jìn)行巡邏，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)告火情，檢查和監(jiān)督行人和車輛遵守防火制度的情況，防患于未然。（二）瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)早在50年代，中國(guó)的瞭望臺(tái)覆蓋率達(dá)到85%以上，如今，瞭望臺(tái)已成為中國(guó)監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)的最重要設(shè)施。到1999年，全國(guó)已建成7754個(gè)防火站，配備了高性能望遠(yuǎn)鏡、紅外和激光火災(zāi)探測(cè)器等先進(jìn)技術(shù)和資源。目的是提高火情監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。（三）飛機(jī)巡護(hù)監(jiān)測(cè)50年代起，我國(guó)開始利用飛機(jī)對(duì)東北林區(qū)的野外火情進(jìn)行監(jiān)測(cè)。三十年后，機(jī)載紅外火情探測(cè)器和雙光譜紅外掃描相機(jī)等新技術(shù)產(chǎn)品用于高空監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，為防火部門能夠?qū)崿F(xiàn)指揮撲救火災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)，為了解火情動(dòng)態(tài)和實(shí)現(xiàn)方案提供了依據(jù)。（四）衛(wèi)星監(jiān)測(cè)基于衛(wèi)星的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)新技術(shù)的研究和應(yīng)用在中國(guó)才剛剛起步，但前景廣闊。用極軌氣象衛(wèi)星的遙感器獲取地面林火信息，經(jīng)過特殊處理，形成林火監(jiān)測(cè)圖像，使森林防火機(jī)構(gòu)能夠監(jiān)測(cè)地面林火及其蔓延情況。1.3林火監(jiān)測(cè)特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)1.3.1林火監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)：（一）監(jiān)控范圍大。在典型的森林場(chǎng)景中，監(jiān)測(cè)設(shè)備需要安裝在高處，如自建塔、瞭望塔和自建塔等視野開闊、無遮擋、監(jiān)測(cè)面積大的地方。為了節(jié)約成本，還必須考慮成本效益比，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最少數(shù)量和每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)充分利用的最大林區(qū)范圍。（二）監(jiān)控設(shè)備維護(hù)成本高。監(jiān)控設(shè)備一般布置在深山、密林，維護(hù)極為不便，成本高。（三）全天侯監(jiān)控監(jiān)控設(shè)備要求全天侯24小時(shí)工作，360度巡航。（四）環(huán)境惡劣。中國(guó)四季分明，季節(jié)多樣化，森林場(chǎng)景要求設(shè)備具備抗颶風(fēng)、高寒、高溫、高濕、高海拔等極端天氣情況；1.3.2林火監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)：（一）林火探測(cè)技術(shù)在林區(qū)很難直接識(shí)別火災(zāi)現(xiàn)象的物理信號(hào)，所以采用非接觸式的光學(xué)探測(cè)技術(shù)是新型火災(zāi)探測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。因此，本文采用基于紅外和可見光圖像的火災(zāi)自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測(cè)方案，利用數(shù)字圖像處理對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警。（二）地理信息技術(shù)地理信息系統(tǒng)（GIS）以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)硬件支持，用于收集、管理、處理、分析、模擬和顯示空間數(shù)據(jù)，并利用地理建模和分析方法實(shí)時(shí)提供多空間動(dòng)態(tài)地理信息。為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[5]，地理信息系統(tǒng)被廣泛用于資源調(diào)查、區(qū)域規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境管理和宏觀決策[6]。目前，森林火災(zāi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化是一個(gè)新的發(fā)展方向。這些功能的實(shí)現(xiàn)需要地理信息技術(shù)的幫助[7][8]。地理信息系統(tǒng)在森林火災(zāi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，為解決監(jiān)控區(qū)域內(nèi)視頻監(jiān)控塔的布置、火災(zāi)熱點(diǎn)的定位等實(shí)際問題提供了有效的手段和方法[9]。（三）森林火情煙火識(shí)別技術(shù)識(shí)別森林火災(zāi)的技術(shù)源自計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。這是人工智能研究的一個(gè)分支，它利用數(shù)字圖像處理和分析來建立圖像和圖像描述之間的關(guān)聯(lián)，從而使計(jì)算能夠理解視頻圖像中包含的內(nèi)容[10]。它能高速分析視頻資料中的海量數(shù)據(jù)，過濾掉用戶不感興趣的區(qū)域，只在屏幕上提供有用的信息[11]。目前，很難通過比較監(jiān)控系統(tǒng)拍攝的單張圖像來確定是否存在火災(zāi)[12]。綜合使用圖像處理方法是當(dāng)今一種常見的方法[13]。1.4研究的內(nèi)容本文通過大量閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，借鑒前人在林火監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)；再結(jié)合多年在森林防火領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從解決實(shí)際問題的角度，提出并設(shè)計(jì)了一套適用于森林防火場(chǎng)景下的智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。本文結(jié)構(gòu)如下：第一章，緒論，主要介紹設(shè)計(jì)智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)背景和意義，林火監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀、林火監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)；介紹本文研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排。第二章，智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，包括工作方式、各部分的組成及技術(shù)原理。第三章，以北京石景山區(qū)園林局森林防火項(xiàng)目為例，對(duì)智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)展示。第四章，結(jié)論及展望。

第2章智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)概述智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)依據(jù)《森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[14]，前端監(jiān)控設(shè)備宜采用球形轉(zhuǎn)臺(tái)，具有360°連續(xù)巡航模式，自動(dòng)煙火識(shí)別發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)定位火點(diǎn)并和地理信息系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，誤報(bào)率低，巡航時(shí)間短，壽命長(zhǎng)。系統(tǒng)主要包含視頻采集系統(tǒng)、雙光譜煙火識(shí)別系統(tǒng)、基站安防系統(tǒng)、森林防火地理信息系統(tǒng)等；系統(tǒng)整體示意圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)整體示意圖2.2工作方式及原理前端采集站有一個(gè)獨(dú)立的地址碼，與GIS系統(tǒng)的位置相對(duì)應(yīng)，通過高精度球臺(tái)采集視頻圖像，傳輸?shù)綗熁鹛綔y(cè)機(jī)進(jìn)行分析，并對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶核實(shí)火災(zāi)地點(diǎn)信息后，將火災(zāi)情況報(bào)告給消防安全管理人員和其他相關(guān)人員，并做好滅火準(zhǔn)備。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示：圖2-2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖2.3系統(tǒng)組成及功能2.3.1視頻采集集統(tǒng)該系統(tǒng)由高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、熱成像攝像系統(tǒng)和可見光成像系統(tǒng)組成。前端設(shè)備執(zhí)行探測(cè)任務(wù)，火情識(shí)別系統(tǒng)在視頻整理和處理過程中提取關(guān)鍵火災(zāi)特征，并將報(bào)警信息反饋給后端平臺(tái)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示：圖2-3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖高精度轉(zhuǎn)臺(tái)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)是在普通轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)上采用抗風(fēng)阻球型設(shè)計(jì)理念，同時(shí)使用高精密軸承、高精度測(cè)角系統(tǒng)、同軸傳動(dòng)方式、極高的控制響應(yīng)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其高精度定位及目標(biāo)跟蹤，高精度轉(zhuǎn)臺(tái)適用于定位精度要求較高的遠(yuǎn)距離、超遠(yuǎn)距離圖像監(jiān)測(cè)及低空防御領(lǐng)域。高精度轉(zhuǎn)臺(tái)采用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)巡航工作模式，轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)、識(shí)別精度高、使用壽命長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)無盲點(diǎn)（水平掃描范圍為連續(xù)360°，垂直掃描范圍為-90°至+90°），產(chǎn)品三視圖如圖2-4所示：圖2-4產(chǎn)品三視圖主要技術(shù)特點(diǎn)如下：精準(zhǔn)快速定位轉(zhuǎn)臺(tái)可通過軟件控制系統(tǒng)完成任意速度任意方向的精準(zhǔn)控制，并可讀取當(dāng)前角度和令轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)至指定角度，實(shí)現(xiàn)超低速運(yùn)行的作用是遠(yuǎn)景觀察時(shí)保證畫面清晰不漏細(xì)節(jié)，當(dāng)鏡頭變焦至最小視場(chǎng)并轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備觀察遠(yuǎn)處目標(biāo)時(shí)，只有低速才能保證觀察的畫面平滑移動(dòng)，以獲得最佳監(jiān)控效果；采用慢啟動(dòng)、快轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，提供火情確認(rèn)的時(shí)效性。智能感應(yīng)變速轉(zhuǎn)速自適應(yīng)提升操作體驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)根據(jù)鏡頭的焦距值自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行速度，廣角時(shí)，運(yùn)行速度快，長(zhǎng)焦時(shí)，可輕松控制低速運(yùn)行。定位精度高精確判定火點(diǎn)方位定位精度是火情識(shí)別后確定火點(diǎn)位置的重要指標(biāo)。定位精度達(dá)到0.001°，率先在實(shí)際業(yè)務(wù)中實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位，保障了火情的早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)撲救。溫度控制系統(tǒng)適應(yīng)惡劣環(huán)境前端監(jiān)控設(shè)備工作環(huán)境多變，夏日季節(jié)，強(qiáng)烈的陽(yáng)光會(huì)直射到設(shè)備表面，導(dǎo)致設(shè)備最高溫度可達(dá)七十度左右，反之，冬天環(huán)境寒冷，設(shè)備溫度急劇降低，最低可達(dá)零下四十度左右。兩種環(huán)境條件下，設(shè)備均難以正常工作。為了防止上述情況的發(fā)生，高精度轉(zhuǎn)臺(tái)配備的溫度控制系統(tǒng)可良好的抵御嚴(yán)寒和酷暑。3D查看火情為滿足業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)快速定位查看目標(biāo)，高精度轉(zhuǎn)臺(tái)支持矢量操作，實(shí)現(xiàn)三維定位，大大提升操作體驗(yàn)。提高了可操作性，用戶體驗(yàn)度更高。自動(dòng)定位地理坐標(biāo)和標(biāo)識(shí)地磁北極降低人為標(biāo)定誤差轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)置GPS芯片，自動(dòng)定位地理坐標(biāo)，降低開局現(xiàn)場(chǎng)工作量。轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)置6軸陀螺儀，自動(dòng)標(biāo)識(shí)地磁北極，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)定位火點(diǎn)。軍工級(jí)制造工藝使用壽命更長(zhǎng)對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件采用多種工藝處理，提高其機(jī)械性能和抗腐蝕能力，具有良好的支撐剛度和穩(wěn)定性，負(fù)載能力強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)在各種復(fù)雜森林環(huán)境中應(yīng)用。雙目增透防護(hù)可見光視窗采用納米自潔特種光學(xué)玻璃，鍍膜增透，防水、防油污。由于紅外鏡頭鍺玻璃表面較軟，經(jīng)不起洗擦，容易留下劃痕或損壞，因此，在紅外視窗加裝金剛與增透雙層鍍膜鍺玻璃，提高整機(jī)防護(hù)能力，有效保護(hù)紅外鏡頭。為了有效識(shí)別森林煙火，采用可見光與紅外雙光譜融合識(shí)別，這就要求兩種圖像要具有像素配準(zhǔn)依據(jù)，科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)光軸是像素配準(zhǔn)關(guān)鍵要素，極大提高煙火識(shí)別能力。低功耗設(shè)計(jì)降低供電成本轉(zhuǎn)臺(tái)的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦系數(shù)及風(fēng)阻系數(shù)較小，系統(tǒng)在巡航狀態(tài)下需要較小功耗即可正常工作。模塊化設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程升級(jí)易維護(hù)結(jié)構(gòu)件及電控部分均采用模塊化設(shè)計(jì)，底倉(cāng)和保護(hù)倉(cāng)之間所有電路采用單板連接，可以單獨(dú)拆卸維護(hù)，快速更換。支持設(shè)備控制程序、圖像處理程序、煙火識(shí)別程序遠(yuǎn)程程序升級(jí)與遠(yuǎn)程維護(hù)管理；支持遠(yuǎn)程Web升級(jí)。豐富的接口配置便于第三方集成及擴(kuò)展，接口示意圖如圖2-5所示：圖2-5接口示意圖標(biāo)配接口：48VDC電源接口；RJ45網(wǎng)絡(luò)接口；音頻輸入接口；音頻輸出接口。選配接口：8路繼電器輸出，觸點(diǎn)容量1A@30V；2路開關(guān)量輸入；2路12V對(duì)外供電接口，輸出電流共1A；1路RS232接口，可連接支持該接口的外部設(shè)備，氣象模塊等；1路RS422接口，可連接支持該接口的外部設(shè)備，UPS等；2路RS485接口，可連接支持該接口的外部設(shè)備，紅外幕簾等。轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)：1.外形設(shè)計(jì)：球形設(shè)計(jì)，金屬材質(zhì)2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：采用直流力矩電機(jī)傳動(dòng)+全金屬高精密軸承傳動(dòng)+高精度數(shù)字絕對(duì)位置編碼器，角軸承和推力軸承配合，受力均勻，運(yùn)行平穩(wěn)，預(yù)置位精度優(yōu)于或等于0.001°3.角度測(cè)量裝置：采用高精度編碼器測(cè)角裝置，具有精度高、無接觸無磨損特性4.水平范圍：360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)水平速度：水平鍵控速度：0.001°/s~300°/s水平預(yù)置點(diǎn)速度：120°/s5.垂直范圍：+90～-90°垂直速度：垂直鍵控速度：0.001°/s~90°/s垂直預(yù)置點(diǎn)速度：90°/s6.水平角精度：＜0.0001°7.俯仰角精度：＜0.0001°8.定位精度（控制精度）：＜0.0001°9.3D精確定位：支持10.預(yù)置位：4096個(gè)11.巡航掃描：32條，可訂制增加12.內(nèi)置智能AI平臺(tái)：集成了ARMA55四核處理器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理引擎，支持多種智能算法應(yīng)用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速引擎，算力達(dá)4TopsINT813.雙目（雙視窗設(shè)計(jì)）：可見光護(hù)罩視窗采用特種光學(xué)玻璃，4mm微晶紅外高效增透鍍膜，防水、防油、防劃、防污；寬波長(zhǎng)、高透過率技術(shù)，可見光、近紅外光（400～950nm）范圍均有99%以上透過率14.角度回傳：在可接受系統(tǒng)控制命令，并進(jìn)行水平角、俯仰角實(shí)時(shí)回傳，焦距值可根據(jù)命令回傳；可實(shí)時(shí)查看轉(zhuǎn)臺(tái)水平角度、俯仰角度、視場(chǎng)角和鏡頭焦距，支持控制量的數(shù)值設(shè)定功能15.溫度控制系統(tǒng)：支持，具備溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有加熱器、散熱風(fēng)扇、除霧風(fēng)扇等部件的自動(dòng)、打開及關(guān)閉功能；具備智能溫控組件：包括加熱及散熱模塊，溫度閥值可設(shè)定，支持電動(dòng)加熱循環(huán)風(fēng)道除霧16.自動(dòng)標(biāo)定地理正北：支持17.自動(dòng)標(biāo)定地理坐標(biāo)：支持18.雨刷：可通過手動(dòng)或自動(dòng)方式開啟雨刷，速度可調(diào)19.掉電恢復(fù)：樣機(jī)斷電后應(yīng)能自動(dòng)保存斷電前的配置參數(shù)；軟件升級(jí)過程中斷電,重新加電后可恢復(fù)到升級(jí)前的軟件版本20.斷電記憶：支持?jǐn)嚯姞顟B(tài)記憶功能，上電后自動(dòng)回到斷電前的轉(zhuǎn)臺(tái)和鏡頭狀態(tài)21.參數(shù)恢復(fù)：提供恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)功能，恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)后不會(huì)改變當(dāng)前設(shè)備IP，無需重新設(shè)置設(shè)備IP22.精度校正功能：支持簡(jiǎn)單校準(zhǔn)、精確校準(zhǔn)和天體校準(zhǔn)多種校準(zhǔn)模式23.遠(yuǎn)程升級(jí)：支持在線升級(jí)；支持設(shè)備軟件系統(tǒng)遠(yuǎn)程升級(jí)及參數(shù)更新等功能，在升級(jí)過程中，如發(fā)生掉電、掉線等異常情況，當(dāng)異常情況恢復(fù)后，不影響球機(jī)再次升級(jí)24.設(shè)備定位：支持設(shè)備定位，客戶端軟件可顯示設(shè)備實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)；25.時(shí)鐘同步：可與其他系統(tǒng)或客戶端軟件進(jìn)行NTP時(shí)鐘同步，具有全網(wǎng)設(shè)備時(shí)鐘同步功能，全網(wǎng)設(shè)備時(shí)鐘同步偏差應(yīng)不大于100ms26.單IP雙碼流：?jiǎn)涡酒瑔蜪P雙光譜雙碼流輸出27.報(bào)警輸入/輸出：支持2路報(bào)警輸入,支持4路報(bào)警輸出28.報(bào)警聯(lián)動(dòng)：支持29.音頻輸入：1路音頻輸入(LINE_IN輸入)，音頻峰值:2-2.4V[p-p]，輸出阻抗:1KΩ±10%30.音頻輸出：可驅(qū)動(dòng)8Ω，15～50W/4Ω，30～50W31.網(wǎng)絡(luò)接口：內(nèi)置RJ45網(wǎng)口，支持10M/100M/1000M網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)32.應(yīng)用編程接口：支持GB/T28181協(xié)議33.多級(jí)防雷：集成防雷模塊，具備多級(jí)防雷功能，6KV浪涌34.耐腐蝕、耐鹽霧：整機(jī)采用全金屬精鑄鋁合金材質(zhì)，具有耐腐蝕和耐鹽霧，防鹽霧>3000h，耐侯>5000h35.智能感應(yīng)變速：支持，長(zhǎng)焦限速36.多重保護(hù)功能：具備慢啟動(dòng)及過熱、過流、過壓等多重保護(hù)功能37.電源：DC48V±30%38.工作溫度和濕度：-40℃-60℃，濕度0-93%39.防護(hù)等級(jí)：IP6840.電磁兼容性：靜電放電抗擾度應(yīng)符合GB/T17626.2-2006中等級(jí)3要求，空氣放電15kV，接觸放電9kV；浪涌抗擾度限值應(yīng)符合GB/T17626.5-2008中的要求，按照GB/T17626.5要求,嚴(yán)酷等級(jí)3級(jí)的浪涌(沖擊)干擾下可正常工作。PAGE15硬件實(shí)現(xiàn)原理：數(shù)字圖像采集主要通過FPGA芯片進(jìn)行，有模擬和數(shù)字兩種圖像傳輸方式，主要是壓縮數(shù)字圖像信號(hào)。由于FPGA集成了PHY芯片，因此可以通過以太網(wǎng)傳輸圖像和音頻數(shù)據(jù)[15]。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊OV5640攝像頭驅(qū)動(dòng)程序的硬件主要包括通信模塊、圖像和音頻采集模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊和JTAG模塊。其中一個(gè)電源模塊為整個(gè)OV5640攝像頭驅(qū)動(dòng)器供電[16]。FPGA芯片如今，F(xiàn)PGA芯片越來越多地被用于開發(fā)數(shù)字電路，主要包括邏輯功能、可編程路由通道和可編程輸入/輸出模塊。其配置的邏輯功能模塊和輸入/輸出接口提供了編程和開發(fā)的可能性[17]。當(dāng)t0大于等于0毫秒，從DOVDD穩(wěn)定到AVDD穩(wěn)定之間的時(shí)間。當(dāng)t2大于等于5毫秒，從AVDD穩(wěn)定到傳感器上電穩(wěn)定之間的時(shí)間。當(dāng)t3大于等于1毫秒，傳感器上電穩(wěn)定到ResetB拉高之間的延遲。當(dāng)t4大于等于20毫秒，ResetB拉高到SCCB初始化之間的延遲[18]。圖像存儲(chǔ)模塊FIFO存儲(chǔ)模塊圖像存儲(chǔ)模塊主要存儲(chǔ)圖像音頻數(shù)據(jù)，在硬盤可讀可寫。FIFO的存儲(chǔ)器是一個(gè)環(huán)形的結(jié)構(gòu)，讀地址計(jì)數(shù)器和寫地址計(jì)數(shù)器分別代表下一次讀數(shù)據(jù)操作時(shí)的讀指針和下一次寫數(shù)據(jù)操作時(shí)的寫指針。MIGIP核存儲(chǔ)的顆粒度高，圖像音頻等存儲(chǔ)的質(zhì)量好。使用PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，參看該芯片配備的DDR3設(shè)計(jì)規(guī)范。芯片Spartan6FPGA和DDR3包括FIFO讀寫存儲(chǔ)器，如果單獨(dú)使用FIFO存儲(chǔ)器可以從系統(tǒng)中調(diào)用IP核直接使用[21]。小結(jié)：2021年，中華人民共和國(guó)邊海防委員會(huì)頒布的《邊海防監(jiān)控站通用技術(shù)要求》中將云臺(tái)設(shè)備整體移除，只保留監(jiān)控球臺(tái)的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。這也意味著，在野外惡劣環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域中，云臺(tái)已經(jīng)逐漸成為歷史，球臺(tái)成為該領(lǐng)域的唯一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入了轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)代。高精度球臺(tái)與云臺(tái)/普通轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表名稱分項(xiàng)云臺(tái)普通轉(zhuǎn)臺(tái)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)云臺(tái)/轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)或伺服電機(jī)精密力矩電機(jī)回轉(zhuǎn)指向精度大于0.2°大于0.2°/0.06°0.0038°13.5km定位誤差大于2.5公里大于2.5公里/大于1公里小于100米傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式電機(jī)減速傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)或齒皮帶傳動(dòng)多數(shù)為齒輪減速傳動(dòng)或力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)與傳動(dòng)軸同軸傳動(dòng)測(cè)角設(shè)備位數(shù)低于10位細(xì)分后支持13位20位以上采樣頻率較低低高垂直軸軸承結(jié)構(gòu)形式普通軸承普通軸承高精密軸承支撐結(jié)構(gòu)單臂支撐結(jié)構(gòu)軸承簡(jiǎn)單支撐結(jié)構(gòu)高精密平面回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)水平軸軸承結(jié)構(gòu)形式普通軸承普通軸承高精密軸承支撐結(jié)構(gòu)單臂支撐結(jié)構(gòu)雙臂支撐結(jié)構(gòu)高精密雙臂支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)范圍水平0°～355°俯仰10°-―50°水平0°～360°俯仰-45°～45°水平360°連續(xù)俯仰-90°～90°旋轉(zhuǎn)速度水平10°/s垂直5°/s水平30°/s垂直15°/s水平0.005-90°/s變速可調(diào)垂直0.005-90°/s變速可調(diào)最大載荷20kg50kg75kg加工工藝普通民用級(jí)普通民用級(jí)專業(yè)工業(yè)級(jí)（特制軍用級(jí)）抗風(fēng)等級(jí)5級(jí)9級(jí)10級(jí)抗腐蝕無抗腐蝕功能普通涂層，耐腐蝕差三防設(shè)計(jì)、抗腐蝕、耐鹽霧工作溫度－25℃～55℃（加熱）－30℃～60℃（加熱）-40°C－＋70°C（內(nèi)置恒溫控制系統(tǒng)）使用壽命2-3年左右（不適合森林防火監(jiān)控）5年10年紅外熱成像系統(tǒng)紅外輻射是在可見光紅光之外直至與毫米波相接，處于0.76um-1000um的電磁譜段，自然界中一切溫度高于絕對(duì)零度（即零下273℃）的物體都會(huì)以電磁波的形式時(shí)刻不停地向外傳送熱量（紅外輻射），由于在范圍的紅外波段具有穩(wěn)定的大氣透射率，因此在此波段利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，即使在沒有光線的夜晚或在煙霧彌漫的惡劣環(huán)境中，它也能讓您清楚地辨別眼前的情況。紅外熱成像技術(shù)是一種高科技產(chǎn)品，它能檢測(cè)物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換和電信號(hào)處理將物體的溫度分布可視化。它使用的傳感器能夠識(shí)別非常微小的溫差，并將其轉(zhuǎn)換成視頻圖像，實(shí)時(shí)顯示出來。正是這些特點(diǎn)，紅外熱成像技術(shù)可在森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用，為森林安全提供有效保障。利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行林火監(jiān)測(cè)，可以大大提高林火監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，極大地拓展林火監(jiān)測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域。使森林防火技術(shù)的發(fā)展又向前邁進(jìn)了一大步。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)式的非接觸的檢測(cè)與識(shí)別，它是通過檢測(cè)物體與背景之間微小的溫度差別來探測(cè)目標(biāo)；紅外熱成像儀的探測(cè)能力強(qiáng)，作用距離非常遠(yuǎn)，根據(jù)鏡頭選擇的不同，可以探測(cè)和識(shí)別到幾公里外的目標(biāo)；紅外熱成像儀可以全天候監(jiān)控，智能設(shè)備可隨時(shí)分析信息和背景信息，并及時(shí)報(bào)告和處理任何變化。自動(dòng)對(duì)有關(guān)情況進(jìn)行處理，并隨時(shí)將情況上報(bào)，取得進(jìn)一步的處理意見；紅外熱成像技術(shù)是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，因此能夠?qū)淞种泻筒輩矁?nèi)的隱性火源進(jìn)行智能視頻監(jiān)控與識(shí)別；紅外參數(shù)：熱成像機(jī)芯1、探測(cè)器類型：非制冷氧化釩焦平面探測(cè)器2、像素：384×2883、像元尺寸：17μm4、響應(yīng)波段：8～14μm5、噪聲等效溫差（NETD）/溫度靈敏度：<15mK@300K6、最小可分辨溫差（MRTD）：≤250mk7、圖像幀率：25幀/秒8、圖像輸出格式：支持RAW格式原始圖像文件輸出9、降噪：支持2D/3D數(shù)字降噪10、極性：黑熱/白熱/鐵紅/彩虹等多種偽彩11、紅外熱像儀自動(dòng)保護(hù)功能：支持防太陽(yáng)灼傷功能，具有強(qiáng)光探測(cè)及紅外傳感器遮擋功能。12、自動(dòng)增益控制：支持13、圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)處理功能：支持，通過IE瀏覽器開啟/關(guān)閉圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)，并可設(shè)置增強(qiáng)等級(jí)14、測(cè)溫告警：支持區(qū)域測(cè)溫規(guī)則，最多可設(shè)置64個(gè)區(qū)域；支持干擾熱點(diǎn)屏蔽功能；支持溫度異常報(bào)警功能，報(bào)警閾值可調(diào)，在熱成像視頻圖像探測(cè)溫度區(qū)域中有超過預(yù)設(shè)溫度可進(jìn)行報(bào)警并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；報(bào)警方式：采用視頻疊加告警框的報(bào)警方式。15、測(cè)溫算法：優(yōu)化的前端快速處理算法，基于每幀分析，報(bào)警響應(yīng)0.1S，無延遲，無信息丟失，采用自動(dòng)動(dòng)態(tài)圖像化算法每秒至少8次檢測(cè)，可人為設(shè)定報(bào)警閥值熱成像鏡頭1、焦距：定焦75mm2、聚焦方式：支持電動(dòng)調(diào)焦，一鍵聚焦（快速自動(dòng)聚焦：內(nèi)置精確對(duì)焦功能模塊和自動(dòng)聚焦處理功能模塊，全程一鍵式自動(dòng)聚焦）/手動(dòng)聚焦3、光圈數(shù)：F1.0可見光成像系統(tǒng)可見光成像系統(tǒng)包括一個(gè)精細(xì)可見光透鏡、一個(gè)高分辨率圖像傳感器和一個(gè)圖像編碼與處理單元。要結(jié)合森林防火監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性及建設(shè)防火監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，堅(jiān)持實(shí)用性原則，以量體裁衣的方式做針對(duì)性設(shè)計(jì)。在森林防火視頻監(jiān)控這類特殊的系統(tǒng)中，同時(shí)應(yīng)采用光學(xué)成像有效像數(shù)更高的鏡頭，這是因?yàn)閿z像機(jī)具備200萬以上像素的圖像壓縮能力，如果前端光學(xué)采集源有效像素不夠高的話也就達(dá)不到預(yù)期的效果。鏡頭為了適應(yīng)不同的光線環(huán)境的變化，應(yīng)能自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)整光圈。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：煙霧識(shí)別火情早期發(fā)現(xiàn)在火情發(fā)生的早期先產(chǎn)生煙霧，由于可見光檢測(cè)方式根據(jù)對(duì)煙霧的顏色、顏色分布、形狀、輪廓、模糊、飽和度、紋理擴(kuò)散特性等特征進(jìn)行分析，判定監(jiān)控區(qū)域是否有火情發(fā)生。因此可見光檢測(cè)在林火發(fā)生早期就能發(fā)現(xiàn)，避免火災(zāi)過大對(duì)財(cái)產(chǎn)造成更大的損壞。廣域監(jiān)控非通視識(shí)別林下火發(fā)生前期，林下火由于樹木遮擋的原因，紅外相機(jī)不能采集到火情信息，也就不能進(jìn)行火情識(shí)別；而可見光檢測(cè)由于通過煙霧進(jìn)行識(shí)別，可以對(duì)林下火燃燒飄起的煙霧進(jìn)行識(shí)別。同樣在有山、建筑物等障礙物遮擋，可見光仍能通過飄起的煙霧進(jìn)行識(shí)別。光學(xué)透霧雨霧天氣正常監(jiān)測(cè)運(yùn)行透霧功能可改變通過鏡頭的光線波長(zhǎng)，在近紅外線和可見光之間切換。具有透霧功能的鏡頭具有很強(qiáng)的近紅外光線，可以穿透霧氣，即使在霧天和夜間弱光監(jiān)控時(shí)，也能在任何天氣條件下實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控。ROI（感興趣區(qū)域）編碼降低傳輸帶寬在觀看視頻過程中，人們對(duì)圖像的某個(gè)特定區(qū)域會(huì)更感興趣，觀察重點(diǎn)往往也集中這些特定區(qū)域。ROI（感興趣區(qū)域）編碼可以保證劃定區(qū)域的圖像質(zhì)量。在有限的帶寬情況下可以保證獲取到重點(diǎn)區(qū)域的重要圖像信息?？捎行Ы档蛡鬏攷?。作用距離遠(yuǎn)單點(diǎn)覆蓋面積廣通過配備的高清長(zhǎng)焦鏡頭可實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋林區(qū)的大面積監(jiān)控，極大減少了工程建設(shè)成本。可見光成像系統(tǒng)參數(shù)：全高清攝像機(jī)1、圖像傳感器：1/2.8”CMOS2、有效像素：≥200萬3、最大分辨率：1920×10804、水平解析度：1000TVL5、最低照度：彩色模式：0.0002Lux；黑白模式：0.0001Lux6、聚焦模式：自動(dòng)（自動(dòng)聚焦時(shí)間≤5s）/手動(dòng)/一鍵聚焦7、透霧功能：支持光學(xué)透霧及彩色透霧，多種紅外波長(zhǎng)可選(內(nèi)置式切換結(jié)構(gòu)：紅外波長(zhǎng)808/880/950nm/1100nm可選)8、濾光成像：具有多種濾光片，在白天、夜晚及有霧情況下可切換不同的濾光片進(jìn)行成像，濾光片透光率不小于98%全波段9、區(qū)域增強(qiáng)：ROI感興趣區(qū)域增強(qiáng)10、接口協(xié)議：支持ONVIF,GB28181協(xié)議高清可見光鏡頭1、焦距：7.5-420mm2、變倍：≥563、光圈數(shù)：F1.6-close4、紅外矯正：支持，具備紅外感應(yīng)功能及全焦段紅外校正功能，實(shí)現(xiàn)日夜共焦5、光軸可調(diào)整：支持6、溫差焦點(diǎn)矯正系統(tǒng)：支持，具備不同溫度下的焦點(diǎn)自動(dòng)矯正功能7、光學(xué)透霧：支持8、鏡頭圖像同軸度：同軸度偏差不大于1/59、鏡頭變焦重復(fù)精度：允許誤差在±1%之內(nèi)10、多層鍍膜：使用納米EBC電子鍍膜技術(shù)，能有效減低光線反射，減少散光和重影，增強(qiáng)透光能力11、后焦補(bǔ)償：具有溫度后焦補(bǔ)償功能并配備后焦距調(diào)節(jié)裝置，可遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)，確保鏡頭成像焦點(diǎn)常年不受外界溫差聚變的影響。12、有效識(shí)別半徑：配合煙火識(shí)別算法有效半徑達(dá)7km?2.3.2雙光譜煙火識(shí)別系統(tǒng)該系統(tǒng)結(jié)合了電子靜止圖像技術(shù)、自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速探測(cè)煙火的動(dòng)態(tài)算法。該系統(tǒng)可確保不丟失數(shù)據(jù)、不耽誤時(shí)間，自動(dòng)完成可疑火情的二次識(shí)別，大大降低了智能煙火探測(cè)的漏報(bào)率和誤報(bào)率。亮點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：可見光圖像與紅外圖像使用原始RAW數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，RAW數(shù)據(jù)由于未經(jīng)過圖像處理，更接近真實(shí)信息，而且RAW圖像位數(shù)更高，可見光RAW圖像與紅外RAW圖像圖像位數(shù)為16位，比經(jīng)過編碼的圖像（大多數(shù)為8位圖像）含有的信息量更大，火情判斷識(shí)別率更高。算法為嵌入式前置算法，相機(jī)的圖片信息可以直接在前端進(jìn)行算法識(shí)別沒有帶寬制約，響應(yīng)時(shí)間短；而傳統(tǒng)的后端識(shí)別算法，需要將前端采集的圖像數(shù)據(jù)傳到后端平臺(tái)，由后端算法識(shí)別，這種方式不僅受帶寬影響大，而且響應(yīng)時(shí)間慢，一旦斷網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定就無法使用。首個(gè)使用8核DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），圖像處理速度更快，數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)，算法響應(yīng)速度更快，集成度更高。算法與球臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，在帶寬過窄或直接斷網(wǎng)的情況下，球臺(tái)仍能夠自主巡航，并將火情信息存儲(chǔ)，并在網(wǎng)絡(luò)暢通狀況下將火情信息傳到火情控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)進(jìn)行火情報(bào)警及配合GIS平臺(tái)進(jìn)行火點(diǎn)定位等操作。算法嵌入到前端芯片內(nèi)，簡(jiǎn)化了火情識(shí)別的硬件系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更加緊密，穩(wěn)定性更高，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)設(shè)備功耗更低，同時(shí)精簡(jiǎn)的設(shè)備使維護(hù)更加方便，問題定位更加快捷。采用電子穩(wěn)像、去噪、圖像提取、自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)速度補(bǔ)償、光譜特征與煙霧形狀特征相結(jié)合等識(shí)別技術(shù)，在動(dòng)態(tài)巡航過程中實(shí)現(xiàn)快速圖像識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)：采用動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)過濾兩級(jí)判別，通過提取煙霧的紋理、擴(kuò)散特性等特征進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，提高了對(duì)煙火識(shí)別的準(zhǔn)確度采用前端嵌入式智能檢測(cè)算法，可進(jìn)行高質(zhì)量、無損的前端存儲(chǔ)和圖像識(shí)別，減輕帶寬傳輸壓力算法前置算法后置數(shù)據(jù)源原始數(shù)據(jù)、未經(jīng)壓縮壓縮后數(shù)據(jù)識(shí)別時(shí)間快慢帶寬壓力小、要求低要求高網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)癱瘓仍可獨(dú)立工作無法監(jiān)測(cè)采用紅外和可見光雙識(shí)別，可對(duì)煙火進(jìn)行全天實(shí)時(shí)交叉確認(rèn)識(shí)別，提高了煙火識(shí)別的準(zhǔn)確率和可靠性相對(duì)于單數(shù)據(jù)源檢測(cè)方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：時(shí)空結(jié)合，擴(kuò)大了時(shí)間和空間的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)了全天時(shí)監(jiān)測(cè)增加了測(cè)量維度改善探測(cè)性能容錯(cuò)性好，性能穩(wěn)定提高了空間分辨率降低了對(duì)單個(gè)傳感器的性能要求技術(shù)參數(shù)：發(fā)現(xiàn)火情早：15公里半徑全區(qū)域巡航時(shí)間小于30分鐘識(shí)別能力強(qiáng)：誤報(bào)率小于3次/天萬公頃，漏報(bào)率小于1‰識(shí)別算法快：對(duì)煙、火目標(biāo)精準(zhǔn)識(shí)別（煙最小識(shí)別像素：7×7像素；火最小識(shí)別像素：1×2像素）巡航不間斷：紅外、可見光雙識(shí)別模式，全天24小時(shí)巡航不間斷識(shí)別目標(biāo)：7×7像素；環(huán)境干擾：有效區(qū)分煙和霧識(shí)別目標(biāo)：1×2像素；環(huán)境干擾：有效去除霧、靄等干擾2.3.3基站安防系統(tǒng)采用先進(jìn)的可見光實(shí)時(shí)入侵檢測(cè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)的方式作為視頻監(jiān)控基站安防的保障基礎(chǔ)，通過與森林防火綜合管理系統(tǒng)的整合最終實(shí)現(xiàn)林火視頻監(jiān)控基站的安全運(yùn)營(yíng)。報(bào)警流程：一旦發(fā)生未經(jīng)授權(quán)的入侵，相應(yīng)的安全傳感器就會(huì)向后端服務(wù)器發(fā)送報(bào)警信息：將報(bào)警信息推送至指揮中心監(jiān)控端并聲光報(bào)警提示；立刻調(diào)用入侵監(jiān)控?cái)z像機(jī)針對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)（實(shí)施錄像畫面?zhèn)骰刂笓]中心）并標(biāo)記錄像；立刻啟用前方現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警；可啟用前端對(duì)講系統(tǒng)，可人工執(zhí)行通話功能。詳見圖2-6基站安防設(shè)備連接示意圖圖2-6基站安防設(shè)備連接示意圖2.3.4森林防火地理信息系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)開發(fā)，所有功能模塊都基于統(tǒng)一的森林防火地理信息系統(tǒng)之上開發(fā)，提供大量的空間分析工具，實(shí)現(xiàn)日常防火的人、財(cái)、物管理，實(shí)現(xiàn)精確化、位置化，通過對(duì)林相數(shù)據(jù)的分析計(jì)算出重點(diǎn)防火區(qū)域，利于防火工作從經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)化、量化的方向轉(zhuǎn)變，節(jié)約人力物力。系統(tǒng)包含幾大基礎(chǔ)功能：GIS基礎(chǔ)平臺(tái)信息功能模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它提供通用的基本GIS功能和基本框架。地圖數(shù)據(jù)可以滿足各種公共和私有數(shù)據(jù)源的讀取要求，包括公共數(shù)據(jù)資源以及私有和其他專業(yè)數(shù)據(jù)層，并支持不同縮放級(jí)別的分層視圖。數(shù)據(jù)同步基本數(shù)據(jù)訪問接口與省級(jí)GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口協(xié)議相適應(yīng)，可實(shí)時(shí)接收從省級(jí)GIS系統(tǒng)上傳的最新數(shù)據(jù)，并支持將接收到的省級(jí)數(shù)據(jù)與省級(jí)GIS同步。地圖操作該系統(tǒng)可在全三維觀察環(huán)境中執(zhí)行一系列繪圖工具，如面積測(cè)量、距離測(cè)量、高度測(cè)量、坐標(biāo)變換和高分辨率繪圖。預(yù)警監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警功能模塊由兩部分組成：識(shí)別和報(bào)警模塊以及采集設(shè)備。撲火指揮在三維地圖上進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)繪，在戰(zhàn)時(shí)提供與火災(zāi)相關(guān)的全地圖要素，為應(yīng)急指揮做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

第3章智能林火視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1建設(shè)背景及存在問題3.1.1背景石景山區(qū)是北京的一個(gè)行政區(qū)，位于西山風(fēng)景區(qū)南麓和永定河沖積扇上，地形西北高東南低。北部是山地，有40多座山峰。山區(qū)面積占全區(qū)三分之一。中部和南部是永定河沖積形成的微傾斜平原，有多個(gè)殘丘。最高點(diǎn)海拔797.6米，最低點(diǎn)海拔58.1米。總面積85.74平方千米，包含林地2376.11公頃。3.1.2存在問題隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，森林資源日益成為國(guó)家生態(tài)安全的重要組成部分。森林防火工作在保護(hù)森林資源、維護(hù)生態(tài)平衡方面具有舉足輕重的地位。石景山區(qū)作為城市園林綠化的重要區(qū)域，其森林防火工作更是關(guān)乎區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全和人民群眾切身利益的重大課題。因此，如何高效保護(hù)森林資源免受火災(zāi)侵害，成為了石景山區(qū)園林局管理工作中的重中之重。然而，在當(dāng)前的森林防火信息化建設(shè)過程中，石景山區(qū)仍存在一些亟待解決的問題。前端設(shè)備方面，共設(shè)有35個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位，但在用設(shè)備主要為早期產(chǎn)品，與當(dāng)前主流的先進(jìn)技術(shù)相比存在較大差距。設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，已有6個(gè)點(diǎn)位設(shè)備損壞，這對(duì)森林防火工作的開展造成了不小的困擾?；鹎樽R(shí)別算法方面，當(dāng)前使用的算法版本過低，難以滿足實(shí)際需求。這導(dǎo)致火情監(jiān)控主要依靠手動(dòng)操作和人工識(shí)別，覆蓋面有限且時(shí)效性差，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理火情，加大了森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。在軟件平臺(tái)方面，石景山區(qū)僅配備了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，未能實(shí)現(xiàn)森林防火業(yè)務(wù)的全過程閉環(huán)管理。這意味著從火情預(yù)警、應(yīng)急指揮到后期評(píng)估等環(huán)節(jié)，都缺乏一套統(tǒng)一的信息化管理平臺(tái)，不利于森林防火工作的協(xié)同高效開展。針對(duì)以上問題，石景山區(qū)園林局應(yīng)加大投入，提高防火設(shè)備的技術(shù)水平，更新火情識(shí)別算法，提升火情監(jiān)控的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，構(gòu)建一套全面覆蓋森林防火業(yè)務(wù)的信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從火情預(yù)警到后期評(píng)估的全過程管理，提高防火工作的效率和水平。通過這些措施，為石景山區(qū)的森林資源安全提供有力保障，為建設(shè)美麗綠色家園貢獻(xiàn)力量。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1設(shè)備升級(jí)改造本次項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃對(duì)29個(gè)原有監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行升級(jí)改造，將原有的不能使用的云臺(tái)設(shè)備全部升級(jí)成更適用于森林防火場(chǎng)景下的高精度球形轉(zhuǎn)臺(tái)；包含鐵塔、監(jiān)控設(shè)備、供電、傳輸?shù)?。通過對(duì)原有監(jiān)控點(diǎn)可視范圍內(nèi)的森林資源進(jìn)行分析，在不改變監(jiān)控點(diǎn)位的前提下，以需要監(jiān)控的區(qū)域面積最大化、可視效果最佳化為目標(biāo)，合理選擇設(shè)備類型與規(guī)格參數(shù)，使監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置更加科學(xué)、合理。

3.2.2升級(jí)智能煙火識(shí)別算法本次項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃部署1套智能煙火識(shí)別算法。該算法通過運(yùn)用先進(jìn)的圖像處理、模式識(shí)別和多光譜融合等技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，采用電子穩(wěn)像、去噪、圖像提取、自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)速度補(bǔ)償、光譜特征與煙霧形狀特征相結(jié)合等識(shí)別技術(shù)，在動(dòng)態(tài)巡航過程中實(shí)現(xiàn)快速圖像識(shí)別；采用動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)過濾兩級(jí)判別，通過提取煙霧的紋理、擴(kuò)散特性等特征進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，提高了對(duì)煙火識(shí)別的準(zhǔn)確度；采用紅外和可見光雙識(shí)別，可對(duì)煙火進(jìn)行全天實(shí)時(shí)交叉確認(rèn)識(shí)別，提高了煙火識(shí)別的準(zhǔn)確率和可靠性；采用邊巡航、邊檢測(cè)、邊報(bào)警的工作方式，可在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的火情；支持判別閥值等參數(shù)的靈活設(shè)置，以適應(yīng)不同環(huán)境、季節(jié)的需要。3.2.3升級(jí)森林防火綜合管理平臺(tái)本次項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃部署1套森林防火綜合管理平臺(tái)。該平臺(tái)是專門服務(wù)于森林防火監(jiān)控業(yè)務(wù)的綜合性管理軟件平臺(tái)，基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā)，安全性高，兼容性強(qiáng)，擴(kuò)展性極佳，可以滿足各級(jí)森林防火部門的實(shí)際工作需求，適用于森林防火部門與其他交叉部門的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)交互、傳遞，具有視頻調(diào)用便捷、火情研判清晰、火點(diǎn)定位準(zhǔn)確、處置流程合理、輔助決策可靠等特點(diǎn)。軟件平臺(tái)集數(shù)據(jù)可視化、操作便捷化、功能實(shí)用化于一體，可以協(xié)助業(yè)務(wù)部門處置各類森林防火事件，實(shí)現(xiàn)各級(jí)監(jiān)控指揮中心的互聯(lián)互通，滿足防火值班、信息匯總、綜合協(xié)調(diào)指揮調(diào)度等森林火災(zāi)的應(yīng)急管理業(yè)務(wù)需要，具有火災(zāi)監(jiān)控、綜合預(yù)測(cè)預(yù)警、信息接報(bào)與發(fā)布、綜合研判、輔助決策、指揮調(diào)度、應(yīng)急保障等功能。業(yè)務(wù)應(yīng)用包含火險(xiǎn)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火情信息調(diào)度系統(tǒng)、三員信息管理系統(tǒng)、巡護(hù)系統(tǒng)等。3.3效果展示3.3.1登錄界面3.3.2基礎(chǔ)信息展現(xiàn)調(diào)取防火設(shè)施、危險(xiǎn)源、森林資源、生活資源等信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行可視化展示。用戶點(diǎn)擊相應(yīng)圖標(biāo)即可查看資源所在位置等功能，使管理更直觀，更便捷。3.3.33.3.3監(jiān)控視頻管理通過系統(tǒng)頁(yè)面對(duì)前端球機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)自由查看監(jiān)控視頻畫面?？蓪?shí)現(xiàn)的功能如下：1.光圈調(diào)節(jié)：通過控制光圈大小調(diào)節(jié)視頻的清晰程度；2.調(diào)焦功能：可以實(shí)現(xiàn)縮小視頻中心的景物，調(diào)遠(yuǎn)景物。更方便對(duì)森林和火情進(jìn)行監(jiān)測(cè)；3.聚焦功能：遠(yuǎn)程控制鏡頭進(jìn)行變焦操作，實(shí)現(xiàn)視頻清晰度調(diào)節(jié)；4.透霧功能：開啟/關(guān)閉透霧在大霧天氣等能見度低的條件下，可遠(yuǎn)程控制透霧開關(guān)，增加攝像機(jī)的可視范圍；5.巡航功能：開啟/關(guān)閉巡航在設(shè)定好巡航方案的情況下設(shè)備自動(dòng)開始巡航監(jiān)測(cè)；6.預(yù)置位管理：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)到達(dá)預(yù)先設(shè)置好的位置；7.速度調(diào)節(jié)/控制：可控制調(diào)節(jié)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)速度；8.方向控制：控制球臺(tái)上、下、左、右等八個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)及中間旋轉(zhuǎn)功能，鼠標(biāo)長(zhǎng)按這些按鈕可以實(shí)現(xiàn)球臺(tái)向選中方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。停止按壓鼠標(biāo)球臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。9.定速巡航：可控制轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)向某一指定方向移動(dòng)10.3D精確定位：在視頻窗中，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊或框選指定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位到視頻畫面3.3.4火情關(guān)聯(lián)火情關(guān)聯(lián)：支持在歷史視頻時(shí)間軸顯示火情報(bào)警標(biāo)注功能（歷史錄像以時(shí)間軸形式進(jìn)行回放，定位告警在錄像時(shí)間軸中的位置）3.3.5火點(diǎn)定位當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有告警時(shí)，告警設(shè)備的監(jiān)控畫面變?yōu)榧t色邊框突出顯示，模擬器彈出報(bào)警信息。同時(shí)，最新的告警記錄會(huì)閃爍顯示，提醒用戶有新的告警信息，直到用戶打開告警信息進(jìn)行查看。1.模擬器彈出通知：當(dāng)接收到新的告警后模擬器彈出報(bào)警(光報(bào)警)；2.視頻墻告警提示：當(dāng)接收到新的告警后對(duì)應(yīng)視頻邊框顏色變化為紅色；3.告警列表提示：當(dāng)接收到新的告警后，告警列表將新的報(bào)警行抖動(dòng)；4.告警彈窗提示：當(dāng)接收到新的告警后，可彈出告警彈窗顯示告警信息；5.告警GIS實(shí)時(shí)定位：當(dāng)接收到新的告警后，GIS實(shí)時(shí)定位3.3.6可視域分析在GIS界面，可進(jìn)行可視域分析，用于查看球臺(tái)可視域范圍如圖所示(需要dem數(shù)據(jù)支持)3.3.7資源查詢顯示火場(chǎng)周圍撲火隊(duì)駐地、瞭望塔、水源地、周圍存在醫(yī)院、村屯、機(jī)具庫(kù)、檢查站、輸油氣管等重要目標(biāo)物和重大危險(xiǎn)源信息，輔助進(jìn)行撲火指揮。同時(shí)可顯示各類資源所在地經(jīng)緯度及資源詳情。3.3.8啟動(dòng)預(yù)案啟動(dòng)方案根據(jù)當(dāng)前的受災(zāi)面積、死亡人數(shù)、重傷人數(shù)、尚未撲滅明火時(shí)間選擇預(yù)案等級(jí)啟動(dòng)預(yù)案。預(yù)案根據(jù)當(dāng)前已啟動(dòng)的預(yù)案火險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行升級(jí)，預(yù)