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摘要：森林防火是一个复杂的系统工程。信息技术的发展为森林防火提供的有力的技术支持，一个有效的智能防火系统建立和使用给人民的生命财产的安全提供了保证。。
关键词： 智能森林防火系统的研究
引言
随着林业事业的不断发展,林木蓄积量逐年增加,森林防火工作更为重要。积极建立森林防火信息化、数字化、科学化的综合防范指挥体系,建设数字化森林防火平台,对不断提高森林防护整体综合能力、改善与保障森林资源安全和生态环境,促进并推动林业持续、快速、健康发展,有着特殊的意义和作用。同时,森林防火又是一项复杂、多学科的系统工程,近年来,我国的森林防火工作受到高度重视。然而,国内林火监测现状主要采用地面巡护、瞭望台监测,因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差，适合国情的森林防火技术仍然是一个重大的课题。为提高森林防火救灾监控的管理水平,根据森林面积覆盖的实际地理情况,利用高科技手段,将远端的实时画面传到森林防火监控中心,监控中心人员可通过监视器看到林区现场的实时连续画面,以便及时、有效地监控和预防林火发生的事件。这样,一减少了大量的人力、物力,二可为林区的防火工作提供强有力的保证。
林火自动识别预警技术
应用先进的数字图像处理和模式识别。算法和技术对视频数据流进行分析,在森林背景下,提取烟火目标有效图像特征,使该系统实现了高概率的森林火情的自动识别,并具有较低的火情虚警率。软件可自动实时读取和控制各云台当前状态,在发现火情时,将云台自动停在对应的位置,在实时视频图像中自动用红框标出火情发生的位置,并向值班人员发出报警信号。
3.1远程林火监测系统介绍
“远程林火监测（数字视频监控）系统”解决了传统模拟闭路电视监控系统受地域、距离、无法多级控制和视频图像不能共享等诸多因素的问题。其方便快捷地实现了网络化的远程监控。远程林火监测系统是由监控管理中心系统、传输系统前端控制系统三大部分组成。森林防火自动监控系统也可以分为硬件、软件部分。硬件主要是前端数据采集站、无线网络链路及监控中心的设备;软件系统是森林防火数据库系统,包括地理信息系统(GIS)、监控图像控制软件、火情自动识别系统、火情报警信息发布平台。软件的运行要基于计算机、网络的硬件环境,而系统安全管理包括了硬件安全管理和软件安全管理等诸多方面。
3.2远程林火监测系统工作原理
红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度（-273℃）的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。
基站智能管控系统的主要功能是通过网络方式进行异地操作，实现远程控制视频图像采集部分、红外测温报警系统、智能数字转台等基站设备的各种姿态，同时智能管控系统还可以对设备的动态运行状况、异常事件的发生，系统报警等自动根据规则完成相关操作。
3.3远程林火监测系统特点
远程林火监测系统特点是：（1）、选用国内外先进的设备，支持以太网协议；（2）、无线微波传输可达0～50公里；（3）、系统软件升级方便、多级控制；（4）、保密性好、节省资源；（5）、支持远程维护及管理；（6）、系统界面友好、简单易学；（7）、系统模块式结构，扩展方便；（8）、遵循国际标准、采用MPEG4图像压缩编码方式。
3.3远程林火监测系统功能
远程林火监测系统功能是：（1）、全数字云自，与地理信息系统（GIS）结合，对观察目标精确定；（2）、采用红外滤光技术穿透薄雾清晰成像；（3）、远程设备报警功能防盗、防破坏；4）、可自动识别火情，并通过短信息发布火情到相关人员，及时迅速；（5）、可通过软件切换成黑白模式，增强夜视功能；（6）、远程智能管理，实现远程维护，提高系统稳定性和设备的使用寿命；（7）、实时监控，提供1／4／6／8／9／16多画面的分屏显示；（8）、全数字化录像，可以对录像信息进行查询、回放、数据转存等操作；（9）、多级别控制（基站、副主站、主站、副中0站、中心站），不同的权限设定可根据不同级别用户选装不同的控制系统；（10）、可在局域网、Internet网上进行视频传输，只要经过系统身份认证，可通过互联网实现网上观看图像并完成相应控制；（11）、控制端具有微调功能，可将控制方式设定为手动微调状态，并对目标进行切换、定位、放大、以便于细致观测实况图像；（12）、云台具有角度反馈功能，可将观测目标的位置传回至指挥中心并直观的显示出来；（13）、可设置云自旋转角度，对重点区域进行反复扫描；（14）、可与地理信息系统（GIS系统）结合，内置矢量地图定位功能（两站以上）对两点同时观测到的物体进行定位，可显示出此处的地理位置及距监测基站的距离。
4.1火情自动识别控制软件
火情自動识别控制软件主要功能是将远端图像采集部分的视频内容、红外测温报警系统的报警数据分别输入给图像视觉分析系统，通过图像处理和分析来理解画面中的内容，其实质是“自动分析和抽取视频源中的关键信息”用以产生相对准确的报警信息。
4.2前端监控点分布规划监控分布规划的重点是监控点选择原则:①至高点原则:监控选点要尽量选在至高点上,这样可以最大限度地扩大监测范围,缩小监控点数。②通视原则:尽量达到现场监测点和监控中心之间通视,这样可以减少中继。③复用原则:中继点尽量利用已有监控点。④利用山形地势原则:根据景区山形大多为东西走向的规律,尽可能远距通视。⑤火灾易发地原则:村民祭祀山林地等。
4.3监控管理中心
林区监控管理中心系统是整个系统的图像显示、图像录像控制中心。远程控制功能,能够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。控制中心可通过键盘或硬盘录像机对前端镜头进行长焦、短焦控制,对云台进行上下、左右控制,做到全方位全天候控制和监视。中心设硬盘录像机,满足同时观看画面的需要,并进行硬盘实时录像,录像内容可根据时间或路径进行查询。存储时间为一周以上。主控中心设矩阵主机,保证对画面进行任意切换,控制,并可接入电视墙进行显示和顺序切换。软件系统包括:操作系统软件Microsoft Windows Server、数据库管理软件SQL Server(企业版)、地理信息系统(GIS)、监控图像控制软件、火情识别告警系统等组成。此外,还包括一些二次开发软件,如数字云台角度值回显嵌入模块,定位信息与GIS嵌合模块等。
4.4前端监控系统
前端监控系统包括:视像采集、音频采集、云台控制及数据系统、太阳能、风力供电及防雷、野外供电、铁塔及地线系统以及设备防护。在每个场区监控点架设全天候摄像机各一台,前端指令接收机CR-485R,接收到中心指令信号后输入解码器的通讯端口,解码器来执行中心的指令信号,控制云台进行上下左右转动,及镜头进行长焦、短焦的改变等。通过先进的无线微波方式将图像传回控制中心,保证监控中心能看到清晰高质量的画面。
4.5传输系统
从监控点到控制中心通过无线微波传输可达0～50公里,如需距离更远或有严重遮挡的情况下可使用中继设备来满足传输要求。中心接收前端发射的微波信号,通过低噪声滤波放大器将接收到的信号进行滤波和放大,再将信号输送到微波接收机还原成标准的视频信号。这样就可以在矩阵或监视器或硬盘录像机上对图像进行处理。
5.结束语
智能森林防火系统的建设，需要根据现场勘察情况来制定实施方案,选择相适应的硬件设备和远程网络,建设森林资源GIS数据库,实现远程监控硬件支撑平台,解决森林防火业务的管理信息化系统,最终形成一个有效、实用的森林防火指挥信息系统。
参考文献[1]周发武.环境自动监控系统[J].北京工业大学出版社,2007.
[2]杨世兴.监测监控系统原理与实用设计[J].中国电力出版社,2007.
[3]李式巨.数字无线传输[J].清华大学出版社,2007.
关键词： 智能森林防火系统的研究
引言
随着林业事业的不断发展,林木蓄积量逐年增加,森林防火工作更为重要。积极建立森林防火信息化、数字化、科学化的综合防范指挥体系,建设数字化森林防火平台,对不断提高森林防护整体综合能力、改善与保障森林资源安全和生态环境,促进并推动林业持续、快速、健康发展,有着特殊的意义和作用。同时,森林防火又是一项复杂、多学科的系统工程,近年来,我国的森林防火工作受到高度重视。然而,国内林火监测现状主要采用地面巡护、瞭望台监测,因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差，适合国情的森林防火技术仍然是一个重大的课题。为提高森林防火救灾监控的管理水平,根据森林面积覆盖的实际地理情况,利用高科技手段,将远端的实时画面传到森林防火监控中心,监控中心人员可通过监视器看到林区现场的实时连续画面,以便及时、有效地监控和预防林火发生的事件。这样,一减少了大量的人力、物力,二可为林区的防火工作提供强有力的保证。
林火自动识别预警技术
应用先进的数字图像处理和模式识别。算法和技术对视频数据流进行分析,在森林背景下,提取烟火目标有效图像特征,使该系统实现了高概率的森林火情的自动识别,并具有较低的火情虚警率。软件可自动实时读取和控制各云台当前状态,在发现火情时,将云台自动停在对应的位置,在实时视频图像中自动用红框标出火情发生的位置,并向值班人员发出报警信号。
3.1远程林火监测系统介绍
“远程林火监测（数字视频监控）系统”解决了传统模拟闭路电视监控系统受地域、距离、无法多级控制和视频图像不能共享等诸多因素的问题。其方便快捷地实现了网络化的远程监控。远程林火监测系统是由监控管理中心系统、传输系统前端控制系统三大部分组成。森林防火自动监控系统也可以分为硬件、软件部分。硬件主要是前端数据采集站、无线网络链路及监控中心的设备;软件系统是森林防火数据库系统,包括地理信息系统(GIS)、监控图像控制软件、火情自动识别系统、火情报警信息发布平台。软件的运行要基于计算机、网络的硬件环境,而系统安全管理包括了硬件安全管理和软件安全管理等诸多方面。
3.2远程林火监测系统工作原理
红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度（-273℃）的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。
基站智能管控系统的主要功能是通过网络方式进行异地操作，实现远程控制视频图像采集部分、红外测温报警系统、智能数字转台等基站设备的各种姿态，同时智能管控系统还可以对设备的动态运行状况、异常事件的发生，系统报警等自动根据规则完成相关操作。
3.3远程林火监测系统特点
远程林火监测系统特点是：（1）、选用国内外先进的设备，支持以太网协议；（2）、无线微波传输可达0～50公里；（3）、系统软件升级方便、多级控制；（4）、保密性好、节省资源；（5）、支持远程维护及管理；（6）、系统界面友好、简单易学；（7）、系统模块式结构，扩展方便；（8）、遵循国际标准、采用MPEG4图像压缩编码方式。
3.3远程林火监测系统功能
远程林火监测系统功能是：（1）、全数字云自，与地理信息系统（GIS）结合，对观察目标精确定；（2）、采用红外滤光技术穿透薄雾清晰成像；（3）、远程设备报警功能防盗、防破坏；4）、可自动识别火情，并通过短信息发布火情到相关人员，及时迅速；（5）、可通过软件切换成黑白模式，增强夜视功能；（6）、远程智能管理，实现远程维护，提高系统稳定性和设备的使用寿命；（7）、实时监控，提供1／4／6／8／9／16多画面的分屏显示；（8）、全数字化录像，可以对录像信息进行查询、回放、数据转存等操作；（9）、多级别控制（基站、副主站、主站、副中0站、中心站），不同的权限设定可根据不同级别用户选装不同的控制系统；（10）、可在局域网、Internet网上进行视频传输，只要经过系统身份认证，可通过互联网实现网上观看图像并完成相应控制；（11）、控制端具有微调功能，可将控制方式设定为手动微调状态，并对目标进行切换、定位、放大、以便于细致观测实况图像；（12）、云台具有角度反馈功能，可将观测目标的位置传回至指挥中心并直观的显示出来；（13）、可设置云自旋转角度，对重点区域进行反复扫描；（14）、可与地理信息系统（GIS系统）结合，内置矢量地图定位功能（两站以上）对两点同时观测到的物体进行定位，可显示出此处的地理位置及距监测基站的距离。
4.1火情自动识别控制软件
火情自動识别控制软件主要功能是将远端图像采集部分的视频内容、红外测温报警系统的报警数据分别输入给图像视觉分析系统，通过图像处理和分析来理解画面中的内容，其实质是“自动分析和抽取视频源中的关键信息”用以产生相对准确的报警信息。
4.2前端监控点分布规划监控分布规划的重点是监控点选择原则:①至高点原则:监控选点要尽量选在至高点上,这样可以最大限度地扩大监测范围,缩小监控点数。②通视原则:尽量达到现场监测点和监控中心之间通视,这样可以减少中继。③复用原则:中继点尽量利用已有监控点。④利用山形地势原则:根据景区山形大多为东西走向的规律,尽可能远距通视。⑤火灾易发地原则:村民祭祀山林地等。
4.3监控管理中心
林区监控管理中心系统是整个系统的图像显示、图像录像控制中心。远程控制功能,能够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。控制中心可通过键盘或硬盘录像机对前端镜头进行长焦、短焦控制,对云台进行上下、左右控制,做到全方位全天候控制和监视。中心设硬盘录像机,满足同时观看画面的需要,并进行硬盘实时录像,录像内容可根据时间或路径进行查询。存储时间为一周以上。主控中心设矩阵主机,保证对画面进行任意切换,控制,并可接入电视墙进行显示和顺序切换。软件系统包括:操作系统软件Microsoft Windows Server、数据库管理软件SQL Server(企业版)、地理信息系统(GIS)、监控图像控制软件、火情识别告警系统等组成。此外,还包括一些二次开发软件,如数字云台角度值回显嵌入模块,定位信息与GIS嵌合模块等。
4.4前端监控系统
前端监控系统包括:视像采集、音频采集、云台控制及数据系统、太阳能、风力供电及防雷、野外供电、铁塔及地线系统以及设备防护。在每个场区监控点架设全天候摄像机各一台,前端指令接收机CR-485R,接收到中心指令信号后输入解码器的通讯端口,解码器来执行中心的指令信号,控制云台进行上下左右转动,及镜头进行长焦、短焦的改变等。通过先进的无线微波方式将图像传回控制中心,保证监控中心能看到清晰高质量的画面。
4.5传输系统
从监控点到控制中心通过无线微波传输可达0～50公里,如需距离更远或有严重遮挡的情况下可使用中继设备来满足传输要求。中心接收前端发射的微波信号,通过低噪声滤波放大器将接收到的信号进行滤波和放大,再将信号输送到微波接收机还原成标准的视频信号。这样就可以在矩阵或监视器或硬盘录像机上对图像进行处理。
5.结束语
智能森林防火系统的建设，需要根据现场勘察情况来制定实施方案,选择相适应的硬件设备和远程网络,建设森林资源GIS数据库,实现远程监控硬件支撑平台,解决森林防火业务的管理信息化系统,最终形成一个有效、实用的森林防火指挥信息系统。
参考文献[1]周发武.环境自动监控系统[J].北京工业大学出版社,2007.
[2]杨世兴.监测监控系统原理与实用设计[J].中国电力出版社,2007.
[3]李式巨.数字无线传输[J].清华大学出版社,2007.