林火视频监控系统建设技术要点

1、森林防火视频监控系统建设森林防火视频监控系统建设技术要点技术要点http:/ 1http:/森林防火视频监控系统建设技术要点森林防火视频监控系统建设技术要点视频监控技术的发展历程视频监控技术的发展历程1视频监控系统的构成视频监控系统的构成2视频监控系统的技术要点视频监控系统的技术要点3视频监控系统设计原则视频监控系统设计原则4视频监控系统的维护与管理视频监控系统的维护与管理52http:/ 一、林火视频监控技术的发展历程单纯视频图像多路点对点微波多路点对点微波单纯视频采集单纯视频采集自动定位微波局域网微波局域网火点自动定位火点自动定位烟火自动识别多种方式并举多种方式并举可见光烟火自动识别可见光

2、烟火自动识别可见光热红外双通道租用运行商光纤租用运行商光纤可见光、红外双通道可见光、红外双通道2000年以前2003年左右2007年左右2012年以来3光纤加光端机传输林火监控发展历程林火监控发展历程前端采集设备信号处理信号传输方式后端控制管理辅助决策应用普通球机或普通球机或枪机加普通云台枪机加普通云台基本不作处理基本不作处理直接视频信号传输直接视频信号传输有线方式有线方式传输距离有限传输距离有限CRTCRT电视墙显示电视墙显示主控键盘控制主控键盘控制只有人工集中观察只有人工集中观察没有智能辅助没有智能辅助低照度摄像机低照度摄像机变焦镜头（透雾功变焦镜头（透雾功能）重型云台（角能）重型云台（角

3、度回传）度回传）采用视频编码器采用视频编码器转换为网络视频信转换为网络视频信号图像分辨率可达号图像分辨率可达D1D1无线微波传输方式无线微波传输方式传输距离远传输距离远 天气天气情况影响链路质量情况影响链路质量视频解码器硬解码视频解码器硬解码或监控客户端软解或监控客户端软解码在拼接大屏幕自码在拼接大屏幕自由显示由显示云台自动巡航云台自动巡航后端视频分析林火识后端视频分析林火识别误报率高结合地理别误报率高结合地理信息林火定位信息林火定位高清网络摄像机高清网络摄像机红外热成像摄像机红外热成像摄像机高清变焦镜头高清变焦镜头网络重型云台网络重型云台直接网络视频信号直接网络视频信号传输图像分辨率可传输图

4、像分辨率可达达720p720p，1080p1080p无线微波传输方式无线微波传输方式传输距离远传输距离远 天气天气情况影响链路质量情况影响链路质量视频解码器硬解码视频解码器硬解码或监控客户端软解或监控客户端软解码在拼接大屏幕自码在拼接大屏幕自由显示由显示云台自动巡航前端云台自动巡航前端热成像自动识别报热成像自动识别报警结合警结合GISGIS林火定林火定位多级互联位多级互联, ,多级多级管理管理90年代之前10年代之前近三年来发展时间刻度组成部分变化情况http:/4http:/二、林火视频监测系统的主要构成控制平台控制平台控制系统图像解码器视频矩阵大屏幕显示系统图存存储查询平台防火数据库自动识

5、别系统软件火点定位模块前端设备前端设备图像采集系统图像编码系统视频传输系统前端智能识别系统安装塔台承载平台(云台、球台)防护罩/设备箱供电系统防盗系统林火视频监控系统图像传输网络5林火视频监控系统的主要功能林火视频监控系统的主要功能http:/林火视频监控主要功能实时视频图像监测（可见光、红外）通过高清晰度摄像机和大倍率镜头实时监控林区图像，集成透雾、防抖功能。配合红外镜头实现双光的实时观测智能识别和火情监测该系统具有智能火情识别功能，可以智能识别疑似火情；对险情发生地点的准确定位；具有自动报警和联动报警录像功能，可以及早发现火情及火点位置；远距离传输、具备多级联网开放式集中管理远距微波IP传

6、输模式，租用光纤等适合林区复杂的地形且不易受干扰和被中断；依据地形和大气透明度等条件，每个监测点的最大监测面积半径可达510公里；各监测点设备的网络管理和远程集中控制；GIS联动及辅助决策结合数字云台，实现野外现场采集图像与GIS系统实现联动、火点定位、地图视频嵌入，实时信息查询；为扑救森林火灾提供辅助决策功能。安全及运维运行维护系统应针对整个系统设备及应用进行监控和管理，防盗、防雷、供电。海量信息存储和查询海量数据存储功能，可以对所有数据进行存储；支持多种文件检索方式的查询，便于历史数据查询和回放；存储信息冗余备份6三、林火视频监控系统的关键技术1.高清视频图像的采集2.可见光烟火自动识别3

7、.红外热像仪自动报警4.火点自动定位技术5.高效的图像编码技术6.网络化的图像传输7.多级联动的控制系统http:/8.2D、3D 的GIS联动9.高清图像显示系统10. 稳定的供电系统11. 坚固的承载平台12. 便捷的存储查询系统13. 有效的防雷系统14. 实用的防盗系统7科学合理的布点方案、个性化的站点设计科学合理的布点方案、个性化的站点设计林火视频监控系统的关键技术 高清摄像机 最高解像力可达500万像素； 适合林火监控的摄像机均不大于200万像素，1080P； 低照度，彩色/黑白自动切换。 高清镜头 目前最高像素数可达200万像素； 变焦范围16.7mm-1080mm,通过扩倍镜可

8、以达到2000毫米以上； 具备透雾功能，可消除轻雾、霾的影响； 具备光学防抖功能。http:/1、高清视频图像的采集8林火视频监控系统的关键技术 森林可燃物在燃烧时会具有火焰并产生烟雾、释放热量，目前视频监控系统的林火自动报警系统主要有两种技术： 一是基于可见光的烟火自动识别技术，识别火灾所产生的火光、烟云；受云、雾的影响较大，距离较远时只能识别较大的烟。 二是基于红外热像仪的红外自动报警技术，识别火灾所散发的能量；缺点是不能有任何遮挡，无法发现山后火、林下火。两种技术各有优劣，互为补充才能发挥最佳效益。http:/2、可见光烟火自动识别9林火视频监控系统的关键技术http:/2、可见光烟火自

9、动识别10森林烟火分割与识别技术。森林烟火分割与识别技术。利用森林监控场景图像中烟和火焰的多重分形线性区间特性和标利用森林监控场景图像中烟和火焰的多重分形线性区间特性和标度不变性，采用度不变性，采用ContourletContourlet小波变换和分数布朗运动等分形算法小波变换和分数布朗运动等分形算法提取图像的多重分形特征来精确分割出图像中的烟和火焰区域；提取图像的多重分形特征来精确分割出图像中的烟和火焰区域；在提取烟火图像的光谱、纹理、运动频率等特征的基础上，采用在提取烟火图像的光谱、纹理、运动频率等特征的基础上，采用多分类器融合的分类方法对烟、火焰、树木扰动、雾、阴影等烟多分类器融合的分类

10、方法对烟、火焰、树木扰动、雾、阴影等烟火目标和多种典型的干扰进行分类训练和识别，极大地降低了识火目标和多种典型的干扰进行分类训练和识别，极大地降低了识别过程中的误报率和漏报率，能够很好地适用于南方和北方地区别过程中的误报率和漏报率，能够很好地适用于南方和北方地区绝大部分森林监控场景。绝大部分森林监控场景。http:/11http:/基于多重分形特征的森林烟火图像分割基于多重分形特征的森林烟火图像分割烟火识别技术烟火识别技术12http:/基于多分类器融合的烟火图像识别方法基于多分类器融合的烟火图像识别方法13http:/森林烟火识别结果14http:/l 自动报警自动报警系统一旦识别到烟火就在

11、中心监控机房响起报警声，同时以文字、图像提示值守人员，并可以通过短信通知相关人员。值守人员查看监控图像确认是否为森林火灾发生，同时可做下一步处理。也可通过安装了定制手机软件的移动手持设备查看并一键确认火灾是否属实，真正实现无人值守。15林火视频监控系统的关键技术红外热成像森林防火监控是借助于先进的红外热成像仪图像采集、智能软件开发技术及数字化视频监控组成的森林防火监控系统，与常规网络视频监控相比，它是一种更高端的视频监控智能化应用。它根据探测到的目标物体辐射能的大小，经系统处理，目标物体的红外辐射转变为热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，进而根据图像及温度数据判断物体所处的状态，自动计算林区温度

12、，及时发现火情，起到防火目的。一旦发生火灾，该系统自动将火灾现场图像实时传回指挥中心，自动报警并全程记录火情的发生、发展、扑灭过程。3、红外热像仪自动报警正常-40-60度火焰400-1200度http:/16可见光与红火外识别案例可见光与红火外识别案例地地 点：点：某林场（视野宽阔）可见光：可见光：32倍变焦镜头热像仪：热像仪：50mm定焦镜头 氧化钒机芯 320*240 画面分辨率测测 试：试：分别于1、5、10 公里处点火进行 识别测试http:/171公里处点火点火开始时点火开始时: : 可见光画面可迅速发现烟雾飘动； 热成像画面，火源热量未达到级别，未发现热点;可见光与红火外识别案例

13、可见光与红火外识别案例http:/18点火点火1 1分钟后分钟后当火源达到一定级别，热成像图像中可清晰观测火源。 1 1公里处点火总结公里处点火总结 当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时，可见光烟火识别快于红外热成像识别； 当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时，可见光视频清晰明了； 当画面内无干扰因素，如急速飘动的云、晃动的树叶以及猛烈的风时，可见光烟火识别准确度与红外热成像识别准确度一致。可见光与红火外识别案例可见光与红火外识别案例http:/195 5公里处点火公里处点火点火点火1 1分钟后分钟后可见光画面基本观察不清烟雾飘动热成像画面可清晰看到热源 5 5公里处点火总结公里处点火

14、总结 可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时，可见光画面烟雾不易察觉； 放大可见光画面（拉近可将光镜头），可清晰观测烟雾，观测效果好于热成像； 放大可见光画面后，整个画面抖动，可识别烟雾，但误报率较高； 热成像画面在保持视野的同时，稳定识别热源。可见光与红火外识别案例可见光与红火外识别案例http:/201010公里处点火公里处点火点火点火1 1分钟后分钟后可见光画面观测不到测试点信息热成像画面可观测到热点1010公里处点火总结公里处点火总结 当可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时，可见光画面无法察觉烟雾，放大可见光画面（拉近可将光镜头），无法发现烟雾，整个画面抖动，易因抖动产生误报。

15、热成像画面在保持视野的同时，可识别热源。可见光与红火外识别案例可见光与红火外识别案例http:/21u可见光烟火识别在无风、无干扰物、铁塔基座稳定、云台稳定的前提条件下可正确，并快速识别。u可见光视频清晰明确，可通过拉远拉近镜头观测物体，适合日常观察；u热成像技术识别稳定、准确，不受白天黑夜等影响，适合日常监测；u热成像画面以灰白、热度彩色展示为主，画面单调不明确，不适合长时间观测及识别物体；u利用中低端热成像仪（320 x240分辨率，50mm定焦镜头，氧化钒机芯），已可覆盖约10公里范围，同时成本相对低廉。可见光与红火外识别案例可见光与红火外识别案例http:/22http:/热成像识别标

16、准（监测范围不超过热成像识别标准（监测范围不超过10公里）公里）u漏报率 5 误报率 5%u告警热源级别 3公里内 1x1米3-5公里内 2x2米5公里-10公里内 3x3米u巡航周期（360度无视线死角） 5 分钟23林火视频监控系统的关键技术 对发现的火点进行定位是组织扑救最基本的要求； 采用高精度的数字云台（转台），采集观测到火点时的云台（转台）的姿态参数，结合高精度数字地面模型，在地理信息系统中进行火点的定位； 火点定位的精度主要取决于云台（转台）的机械精度、安装精度，DEM的精度，监控点位置精度，定位的模型精度； 定位精度还与火灾所在的位置的地形有关，尤其是距离精度与火点所在地的坡度

17、相关。 定位精度不是越高越好，精度的每一点提高，都将以建设成本的提高为代价，通常一两百米的精度条件下，在报告坐标点能看到火点。http:/ 4、火点自动定位技术24火点的自动定位火点的自动定位 当监测到烟火后，系统锁定目标，提供定位计算功能，统一收集并管理云台校正信息，接收终端提交的定位申请信息（云台设备角度等），计算并返回定位结果；定位结果展示于地图中，支持基于ArcGis平台的地图，Google Earth地图，天地图等主流地图；http:/云台垂直夹角云台水平转角镜头焦距基塔高程基塔经度基塔纬度+ 3DGIS=火点位置火点位置25林火视频监控系统的关键技术 视频图像信息是一种海量的数据，

18、通常每分钟标清的视频约需10MB的容量，采用2M的通信带宽；1080P高清图像的容量是标清的4倍以上，通常需要8-10M的带宽进行传输，成本极高。 早年的压缩编码协议，常用于视频会议系统的图像压缩，而压缩森林背景图像的效果不好； 近年来，不少监控系统设备供应商，自主研制了适用于林火监控图像编解码器，编解码效率大幅度提高，能在一定程度上满足高清监控图像的压缩应用需求。 但是任何编解码都会对图像信息造成损失，为了取得最佳的林火识别报警效果，建议采用前端识别方式，在进行图像编解码前进行识别、报警。http:/ 5、高效的图像编码技术26林火视频监控系统的关键技术 视频图像传输是林火监控系统最主要的组

19、成部分，目前采用的有采用微波扩频技术的无线局域网、光纤（自行铺设或租用）； 为确保传输的稳定性，拟采用具有路由的网络化传输，当某一条链路出现故障时，可以经由其他链路将图像传回监控指挥中心；http:/ 6、网络化的图像传输27林火视频监控系统的关键技术 基于统一网络的视频监控图像联网 按照规划的要求，将实现全国林火视频监控的大联网，任何一个监控点的监控图像均可上传至市、省、国家级森林防火指挥中心，不可按需要进一步传送至党中央、国务院。 关键技术在于：统一视频格式、统一控制信令；实现互相物理隔离异构网间的视频传输和控制信令的反馈。 采用优化的编解码方式，解决网络带宽的的限制，提高图像传输的效率。

20、http:/ 7、多级联动智能监控管理平台28 一个多层级三元式的联网监控管理平台，在这个平台的统一管理下，所有林业局下属组织结构、设备（监控设备、报警设备、传输存储设备、外部设备）、主机、系统等所有的被管理对象整合为一个有机体，协同一致高效运行。所有视频由下至上按需转发 视频设备有且仅有一路网络连接，将视频、控制信息传递给直连的管理平台（县级），最大程度降低前端设备带宽压力； 多用户查看视频，仅访问管理平台，无需连接前端视频设备，用户与管理平台同属百兆甚至千兆局域网络，观看视频网络压力低； 上级用户（市级、省级）需要查看视频，仅与用户所在管理平台交互，由管理平台负责获取下级平台转发的视频；

21、底层各品牌、各型号设备统一由管理平台接入并管理；http:/29林火视频监控系统的关键技术 实现视频图像与GIS显示的2D、3D场景同步漫游，可是现在夜间视频图像无法正常显示前景的清晰图像时，在可通过GIS所显示的场景，了解目前监控画面所对应的区域的自然环境、森林资源、扑火资源。 在发现火情后，可将火点标注到GIS场景中，依据所显示的左右环境等情况，及时组织扑救火灾。 各林火监控点作为一个图层入库地理信息中，在Gis地图上通过点击随时打开某一林火监控点的视频图像并播放，如有必要可设定Gis二三维视角与前端林火监控镜头的转动同步，在观看视频的同时也能清楚的观测二三维图形、林班等，方便掌握周边情况

22、。http:/ 8、2D、3D 的GIS联动30林火视频监控系统的关键技术 最新的林火监控中心，不需要将所有监控点的图像均显示到屏幕上，系统可以将发现疑似火情的视频显示出来，由值班人员人工判定，并最终发出火情报告。 图像显示由视频矩阵进行调度，可以再任意显示器、一任意大小进行显示。 显示方式由传统的CRT屏幕墙、投影大屏幕等模式发展到了，DLP拼接大屏、液晶拼接大屏等。http:/ 9、高清视频图像显示系统31林火视频监控系统的关键技术 市电、农电直接供电，但农电的电压低、不稳定，长距离架空输电，感应雷的危险性高； 风、光互补发电，发电、供电成本高，持续时间短； 引用市电、农电应采用地埋铠装电

23、缆供电，以便3公里以内，采用这种方式供电的成本优于风、光互补发电。http:/ 10、稳定的供电系统32林火视频监控系统的关键技术 监控塔： 监控塔一般应高于四周林木5米以上，如有必要可对林木进行去顶整形，以降低塔高，减轻晃动、降低成本； 采用钢结构不宜采用不稳定的四角塔，应采用稳定的六角塔。 监控塔不宜过高，即使在静风的情况下，钢塔的晃动幅度也达到1，大风时可达到3-5%，将产生严重影响图像质量。 监控云台： 一般地区，监控半径在3-5公里以内的中、短距离的监控拟采用高精度转台，承重大于设备自重的3-5倍； 风力较大的地区可采用球台，减少风阻，其承重稍大于设备自重即可。http:/11、坚固

24、的承载平台33林火视频监控系统的关键技术http:/12、便捷的存储查询系统 实时存储个监控点的视频图像； 实现按时间、按站点进行查询检索； 按报告火情信息进行查询检索； 实现一场火灾多个监控的图像的关联。34视频传输的带宽需求视频传输的带宽需求http:/网络带宽计算网络带宽计算u CIF视频格式每路摄像头的比特率为512Kbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为512Kbps; u D1视频格式每路摄像头的比特率为1.5Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为1.5Mbps; u 720P(100万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为2Mbps

25、; u 1080P(200万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为4Mbps，即每路摄像头所需的数据传输带宽为4Mbps; 现在一般无线传输方式的有效带宽在15Mpbs以上，可以满足同时3路1080P或7路720P视频传输需求。35视频图像备份的空间需求视频图像备份的空间需求http:/存储空间计算：存储空间计算： 码流大小(单位：kb/s)3600(1小时的秒数)24(一天的时间长)30(保存的天数)5(监控点要保存摄像机录像的总数)0.9(磁盘格式化的损失10%空间)=所需存储空间的大小(注：存储单位换算1TB=1024GB;1GB=1024MB;1MB=1024KB) u 5路存储30天的

26、CIF视频格式录像信息的存储空间所需大小为：643600243050.9=8789.1GB0.9TBu 5路存储30天的D1视频格式录像信息的存储空间所需大小为：1923600243050.9=26367.2GB2.6TBu 5路存储30天的720P(100万像素)视频格式录像信息的存储空间所需大小为：2563600243050.9=35156.3GB3.5TBu 5路存储30天的1080P(200万像素)视频格式录像信息的存储空间所需大小为：5123600243050.9=70312.5GB6.9TB36林火视频监控系统的关键技术 前端设备采用等电位设计，与避雷接地线绝缘。 可靠的避雷接地，确保接地电阻小于4，确保前端设备免受雷击。 前端设备统一置于全天候恒温设备箱，进行电磁屏蔽和防浪涌保护，确保前端设备和指挥中心控制管理、显示系统设备免受感应雷的破坏。http:/13、有效的防雷避雷系统37林火视频监控系统的关键技术 在监控点装置红外探头和防盗摄像机，一旦有盗窃人员入侵，自动启动“三鉴”防盗摄像机，将图像自动切换为防盗图像，并向监控中心告警，监控图像自动