黔南州林火視頻監測系統設計

左秀蘭, 李明雨

(貴州省黔南州森林防火中心，貴州 黔南 558000)

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黔南州林火視頻監測系統設計

左秀蘭, 李明雨

(貴州省黔南州森林防火中心，貴州 黔南 558000)

摘要：指出了林火視頻監測系統建設是森林防火工作的重要內容之一，對林火遠程視頻監控、傳輸網絡系統設計和自動識別與報警系統3方面進行了探討，以期為黔南州實現森林防火智能化、網絡化遠程監控提供理論支持。

關鍵詞：林火視頻監測；林火遠程視頻監控；傳輸網絡；自動識別與報警系統

1引言

森林火災是危害森林的一個重要自然因子，它具有突發性、災害發生地的隨機性、短時間內造成重大損失的特點[1～3]。據統計，“十二五”期間，黔南州共發生森林火情255起，其中，一般火災196起，較大火災59起。過火面積達2474 km2，森林受害面積481.82 km2，全州森林防火工作由“季節性防火”向“常年防火”轉變，但由于地方財政投入有限，目前黔南州林火視頻監控項目建設還處于起步階段，森林防火主要采用護林員進山巡邏的方式，這不但要消耗大量的人力資源或資金，且對于偏遠林區，人工巡護很難到達，整體效果不理想，森林防火工作一直處于被動地位。因此，加強林火視頻監控系統的建設，提高監控覆蓋率對于黔南州森林防火具有極其重要的意義。

2林火遠程視頻監控

林火視頻監控是整個系統的基礎，其主要功能是對前端視頻圖像的采集。它主要以前端安裝的鏡頭攝像機為監控工具，在監控范圍為5 km半徑以內的森林火點通過視頻編碼器將攝像機監控的視頻模擬信號轉變成數字信號，傳遞到指揮中心，并通過數字云臺獲取實時的方位和俯仰角度。

2.1視頻編碼器

支持數字云臺俯仰角度回傳功能，視頻壓縮標準H.264，支持1080p、UXGA、720p等高清分辨率，視頻輸入路數5路，視頻幀率 PAL不小于1/25幀/s，NTSC不小于1/30幀/s；碼流類型為視頻流/復合流；通訊接口至少具有1個RJ45 10M/100M 自適應以太網口，1個RS232口，1個RS485口。

2.2彩色攝像機

為小型、低耗電HD相機，具透霧功能、日夜兩用功能。成像器為1/3 型 RGB Bayer CMOS；像素為大于200200×104像素，最低照度為0.3Lx，白平衡控制為AUTO/PRESET/MANUAL；鏡頭可變光圈為DC光圈；鏡頭接口為C/CS接口，電源電壓為DC+12V，工作溫度為-10～+50 ℃，具備透霧功能。

2.3變焦鏡頭

具有自動聚焦功能，創新性解決長焦距大變倍鏡頭，在鏡頭焦距變量大的情況下，需長時間手動調節尋找物體清晰聚焦圖像的問題，同時也解決了因網絡延時而清晰聚焦圖像的問題。實現自動聚焦迅速、精準，預置位焦距反饋功能。同時具備透霧功能，日夜兩用，DC驅動，帶預置位。規格：1/2＂；接口：C；焦距：廣角焦距≤15 mm，長焦距≥320 mm；光圈值范圍：F2.5～360，30倍變倍。

2.4數字云臺

重型數字云臺通過專用解碼器的串口來接收控制命令，并發送當前角度實時數據值，整個系統采用閉環控制。同時為了保證可以在各種野外惡劣環境下正常使用，采用了一體化、全天候、抗強風、超負載等設計。云臺按給定的指定角度值旋轉，承載方式為頂載，最大負載不小于60 kg，旋轉角度不小于水平360+1°俯仰±60°，有效扭矩不小于120 Nm，工作溫度在±50 ℃。

2.5室外防護罩

主要起保護作用，護罩主體為鋁合金結構，視窗面積(mm2)為134(W)×108(H)，能自動控制機身溫度。防護等級為IP66，工作溫度為-35 ℃～+65 ℃；帶加熱器、風扇、雨刷器。

3傳輸網絡系統設計

3.1網絡視頻傳輸性能要求

黔南州林火視頻監控系統網絡視頻傳輸性能要求主要體現在州級森林防火指揮中心與各視頻采集點間的視頻傳輸對帶寬及穩定性的要求。州、縣級視頻采集需要實時傳輸視頻監控圖像。

3.2視頻傳輸帶寬需求

視頻采集點傳輸的視頻圖像格式最高采取1080P視頻格式，1080P是數字電視系統顯示格式的標準，分辨率為1920×1080逐行掃描，1080P(200×104像素)的視頻格式每路攝像頭使用H.264算法傳輸帶寬一般需4M。林火視頻監控系統擬共建設30個視頻采集點，建議在黔南州地區租用帶寬為4M的SDH數字光纖通道來實現野外視頻監控圖像的實時傳輸。

3.3網絡拓撲方案

黔南州林火視頻監控系統網絡將依托專網，覆蓋整個黔南州，視頻采集點的網絡接入采取租用當地網絡運營商的專網，充分利用黔南州地區運營商的基礎通訊條件，對網絡拓撲結構進行調整。視頻采集點到州級森林防火指揮中心的傳輸網絡采取本地網絡運營商的4M SDH光纖專網來傳輸，能夠滿足本項目視頻數據傳輸的要求。具體拓撲如圖1所示。

圖1　黔南州林火視頻監控拓撲示意

4森林火災自動識別與報警系統

森林火災自動識別與報警系統，是通過從視頻監控設備實時采集的視頻數據中抽取視頻圖像幀，運用數字圖像處理、模式識別、人工智能等技術，設計可見光視頻圖像的林火識別方案，對獲取的圖像數據進行分析和處理。如識別結果為疑似火情，系統則在圖像上標示出識別出的火焰位置，并發出聲光報警以提醒監測人員，同時將云臺當前的參數信息(編號、俯仰角度、水平角度)傳送給GIS系統，實現在三維地圖上的林火定位。系統的主要功能模塊包括圖像采集、林火圖像識別、林火報警與定位、數據庫操作。林火識別系統是利用林火圖像的信息，結合數字圖像處理和模式識別進行火災監測的。它在傳統火災識別算法的基礎上，引入了火焰的顏色分布特征，提高了系統的正確性，增強了其對干擾現象的抵抗力，減少了誤報率。系統除了在算法上的改進外，并利用云臺的參數信息(編號、俯仰角度、水平角度)，針對實地的具體情況，對某些恒定的特殊干擾物或特殊方位進人工屏蔽處理和解除屏蔽處理。其工作流程如圖2所示。

圖2　 森林火災自動識別與報警系統工作流程示意

5結論

(1)林火視頻監測系統以直觀、真實、有效而被廣泛應用在許多重點防范地區，能在森林發生火災前及時發現火情，從而起到預防火災的目的。

(2)能在森林發生火災時把現場的圖像傳回指揮中心，指揮中心通過電視監控的畫面指揮調度救火，最大限度地減小火災造成的損失。

(3)能真實記錄火災救火過程中以及救火以后現場的真實情況，從而對火災進行處理，提供有效真實的資料。

參考文獻：

[1]肖云丹,鞠洪波,張乃靜,等 黔南州森林春季防火期主要氣象因子與林火時空動態[J].林業資源管理,2010(2):26～32.

[2]鐘世富,崔永平,鐘僑蘭.建立森林防火長效機制的思考[J].江西林業科技,2008(4):44～47.

[3]曹軒.貴州森林防火體系建設探討[J].貴州林業科技,2005,40(2):61～64.

The Design of Fire Video Monitoring System in Qiannan Prefecture

Zuo Xiulan, Li Mingyu

(ForestFirePreventionCenterinQiannanPrefecture)

Abstract:Fire video monitoring system construction is an important content of forest fire prevention work.In thisarticle,the forest fire remote video surveillance, transmission network, automatic recognition and alarm system were discussed, so as to provide theoretical supportforforest fire intelligentand networked remote monitoringin Qiannan State.

Key words:fire video monitoring system; fire remote video surveillance; transmission network; automatic recognition and alarm system

收稿日期：2016-04-12

作者簡介：左秀蘭(1975—)，女，助理工程師，主要從事森林防火方面工作。

中圖分類號：

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0114-02