黔南州林火视频监测系统设计

左秀兰, 李明雨

(贵州省黔南州森林防火中心，贵州 黔南 558000)



黔南州林火视频监测系统设计

左秀兰, 李明雨

(贵州省黔南州森林防火中心，贵州 黔南 558000)

摘要：指出了林火视频监测系统建设是森林防火工作的重要内容之一，对林火远程视频监控、传输网络系统设计和自动识别与报警系统3方面进行了探讨，以期为黔南州实现森林防火智能化、网络化远程监控提供理论支持。

关键词：林火视频监测；林火远程视频监控；传输网络；自动识别与报警系统

1引言

森林火灾是危害森林的一个重要自然因子，它具有突发性、灾害发生地的随机性、短时间内造成重大损失的特点[1～3]。据统计，“十二五”期间，黔南州共发生森林火情255起，其中，一般火灾196起，较大火灾59起。过火面积达2474 km2，森林受害面积481.82 km2，全州森林防火工作由“季节性防火”向“常年防火”转变，但由于地方财政投入有限，目前黔南州林火视频监控项目建设还处于起步阶段，森林防火主要采用护林员进山巡逻的方式，这不但要消耗大量的人力资源或资金，且对于偏远林区，人工巡护很难到达，整体效果不理想，森林防火工作一直处于被动地位。因此，加强林火视频监控系统的建设，提高监控覆盖率对于黔南州森林防火具有极其重要的意义。

2林火远程视频监控

林火视频监控是整个系统的基础，其主要功能是对前端视频图像的采集。它主要以前端安装的镜头摄像机为监控工具，在监控范围为5 km半径以内的森林火点通过视频编码器将摄像机监控的视频模拟信号转变成数字信号，传递到指挥中心，并通过数字云台获取实时的方位和俯仰角度。

2.1视频编码器

支持数字云台俯仰角度回传功能，视频压缩标准H.264，支持1080p、UXGA、720p等高清分辨率，视频输入路数5路，视频帧率 PAL不小于1/25帧/s，NTSC不小于1/30帧/s；码流类型为视频流/复合流；通讯接口至少具有1个RJ45 10M/100M 自适应以太网口，1个RS232口，1个RS485口。

2.2彩色摄像机

为小型、低耗电HD相机，具透雾功能、日夜两用功能。成像器为1/3 型 RGB Bayer CMOS；像素为大于200200×104像素，最低照度为0.3Lx，白平衡控制为AUTO/PRESET/MANUAL；镜头可变光圈为DC光圈；镜头接口为C/CS接口，电源电压为DC+12V，工作温度为-10～+50 ℃，具备透雾功能。

2.3变焦镜头

具有自动聚焦功能，创新性解决长焦距大变倍镜头，在镜头焦距变量大的情况下，需长时间手动调节寻找物体清晰聚焦图像的问题，同时也解决了因网络延时而清晰聚焦图像的问题。实现自动聚焦迅速、精准，预置位焦距反馈功能。同时具备透雾功能，日夜两用，DC驱动，带预置位。规格：1/2＂；接口：C；焦距：广角焦距≤15 mm，长焦距≥320 mm；光圈值范围：F2.5～360，30倍变倍。

2.4数字云台

重型数字云台通过专用解码器的串口来接收控制命令，并发送当前角度实时数据值，整个系统采用闭环控制。同时为了保证可以在各种野外恶劣环境下正常使用，采用了一体化、全天候、抗强风、超负载等设计。云台按给定的指定角度值旋转，承载方式为顶载，最大负载不小于60 kg，旋转角度不小于水平360+1°俯仰±60°，有效扭矩不小于120 Nm，工作温度在±50 ℃。

2.5室外防护罩

主要起保护作用，护罩主体为铝合金结构，视窗面积(mm2)为134(W)×108(H)，能自动控制机身温度。防护等级为IP66，工作温度为-35 ℃～+65 ℃；带加热器、风扇、雨刷器。

3传输网络系统设计

3.1网络视频传输性能要求

黔南州林火视频监控系统网络视频传输性能要求主要体现在州级森林防火指挥中心与各视频采集点间的视频传输对带宽及稳定性的要求。州、县级视频采集需要实时传输视频监控图像。

3.2视频传输带宽需求

视频采集点传输的视频图像格式最高采取1080P视频格式，1080P是数字电视系统显示格式的标准，分辨率为1920×1080逐行扫描，1080P(200×104像素)的视频格式每路摄像头使用H.264算法传输带宽一般需4M。林火视频监控系统拟共建设30个视频采集点，建议在黔南州地区租用带宽为4M的SDH数字光纤通道来实现野外视频监控图像的实时传输。

3.3网络拓扑方案

黔南州林火视频监控系统网络将依托专网，覆盖整个黔南州，视频采集点的网络接入采取租用当地网络运营商的专网，充分利用黔南州地区运营商的基础通讯条件，对网络拓扑结构进行调整。视频采集点到州级森林防火指挥中心的传输网络采取本地网络运营商的4M SDH光纤专网来传输，能够满足本项目视频数据传输的要求。具体拓扑如图1所示。

图1　黔南州林火视频监控拓扑示意

4森林火灾自动识别与报警系统

森林火灾自动识别与报警系统，是通过从视频监控设备实时采集的视频数据中抽取视频图像帧，运用数字图像处理、模式识别、人工智能等技术，设计可见光视频图像的林火识别方案，对获取的图像数据进行分析和处理。如识别结果为疑似火情，系统则在图像上标示出识别出的火焰位置，并发出声光报警以提醒监测人员，同时将云台当前的参数信息(编号、俯仰角度、水平角度)传送给GIS系统，实现在三维地图上的林火定位。系统的主要功能模块包括图像采集、林火图像识别、林火报警与定位、数据库操作。林火识别系统是利用林火图像的信息，结合数字图像处理和模式识别进行火灾监测的。它在传统火灾识别算法的基础上，引入了火焰的颜色分布特征，提高了系统的正确性，增强了其对干扰现象的抵抗力，减少了误报率。系统除了在算法上的改进外，并利用云台的参数信息(编号、俯仰角度、水平角度)，针对实地的具体情况，对某些恒定的特殊干扰物或特殊方位进人工屏蔽处理和解除屏蔽处理。其工作流程如图2所示。

图2　 森林火灾自动识别与报警系统工作流程示意

5结论

(1)林火视频监测系统以直观、真实、有效而被广泛应用在许多重点防范地区，能在森林发生火灾前及时发现火情，从而起到预防火灾的目的。

(2)能在森林发生火灾时把现场的图像传回指挥中心，指挥中心通过电视监控的画面指挥调度救火，最大限度地减小火灾造成的损失。

(3)能真实记录火灾救火过程中以及救火以后现场的真实情况，从而对火灾进行处理，提供有效真实的资料。

参考文献：

[1]肖云丹,鞠洪波,张乃静,等 黔南州森林春季防火期主要气象因子与林火时空动态[J].林业资源管理,2010(2):26～32.

[2]钟世富,崔永平,钟侨兰.建立森林防火长效机制的思考[J].江西林业科技,2008(4):44～47.

[3]曹轩.贵州森林防火体系建设探讨[J].贵州林业科技,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

作者简介：左秀兰(1975—)，女，助理工程师，主要从事森林防火方面工作。

中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0114-02