森林防火视频监控及指挥系统解决方案

Posted 2023-04-02 找方案

1.1 项目主要功能介绍

（1）前端图像采集系统

采用高清视频和热成像相结合的双镜头监控设备。前端视频监控站采用200万高清网络摄像机，和500mm以上长焦变倍透雾镜头，图像更加清晰、细腻，相比传统的监控摄像机，画面清晰度提高了3—5倍。利用数字网络云台，还可以实现左右360度上下45度自动巡航，近的能看清树叶上的虫子种类，远的能看到10公里外燃烧的火灾现场。同时配备热成像夜视仪，热成像视频还可以在热源高于地表温度的情况下看清一切热源，并可进行录像和图像抓拍。彻底解决原先监控夜晚和大雾天气无法观看的弊端，实现真正意义上的24小时不间断监控。

（2）前端基站防盗和广播喊话功能

在前端监控铁塔上安装了功放、喇叭、防盗探测器、警号等，当无关人员进入铁塔警戒区域内时，前端就会发出报警，同时前端镜头就会自动对准相关人员进行拍照留证，值班员在指挥中心可通过远程网络进行实时讲话，劝其离开，避免造成损失。

（3）火情自动识别报警和定位功能

利用智能烟火识别和热成像探火技术相结合，能对火情进行自动分析和报警，不论白天黑夜、晴天或雾霾天气，在监控站10公里监测范围内发现火源，就会在森林防火指挥中心平台发出报警。同时利用前端网络数字云台旋转角度、焦距、位置等，准确测定火点发生的方位和距离，在电子地图上，自动将火点定位，准确标出火点位置。

（4）森林防火指挥调度功能

发生火灾后:

一是在森林防火指挥决策系统里，可及时查询火场周边重点保护资源、森林资源和扑救资源（如储备库、消防队、扑火路径等），实时接入固定监控视频，直接了解火场情况；

二是根据火灾蔓延情况，及时启动扑火预案，落实前置设置、兵力调度、模拟扑火路径等；

三是通过无线对讲设备、便携式单兵、车载设备等，将扑救指令第一时间传达给前线指挥部和扑火人员，为扑救指挥提供科学依据。

（5）信号传输。

本次项目建设受现场环境的局限，采用300M高带宽的电信级微波传输基站将前端监控画面实时传输至中心。在前端微波传输链路设计中，原则上能够采用有线传输的尽量采用有线传输，通过微波设备，根据传输距离及中间遮挡物的情况，设计相应的信号中继塔。

（6）电力供给系统

本次项目建设前端点位的供电，原则上采用就近供电，实在无法通过就近供电的点位，可通过风光互补发电系统解决供电情况。为保证风光互补发电系统的稳定性，风机采用轴向风机，电池组采用耐低温的胶体电池，并且电池组可采用埋地处理或设置牢固的电池房存放。

（7）林业系统扩展功能。

利用森林资源清查数据，为野生动植物保护、林权林地、林木管理、森林病虫害防治、退耕还林、林业资源核查提供便利条件；充分利用互联网资源，通过流媒体服务器对外发布，各级领导和政府部门凭权限对相关视频和数据进行实时访问。

（8）森林病虫害监测预报功能

在林区范围依托前端基站建立森林病虫害监测点，对林区树种病虫害的发生情况进行时时监测。并通过前端监测设备采集时时数据通过该系统传到指挥中心进行研判和分析对外发布和预警。

（9）综合服务功能

除广泛应用于林业工作外，同时为社会治安、国土生态、旅游资源、矿产资源管理、环境监测等提供相关监测信息，还可以预留端口接入其他部门监测设备进入该系统。既节约投资，又实现资源共享

1.2 系统构成

1.2.1 视频采集系统

视频采集系统是重点火险区视频监控系统的眼睛，通过对林区环境的视频采集完成系统判别信号的输入，最终通过系统完成森林火情的判别。视频采集子系统主要由两个部分组成：一部分是全局区域视频采集，另一部分是塔下区域补盲视频采集。

系统由可见光识别系统、红外识别系统、运动补偿模块、电子稳像模块、动力与防护系统组成，完成视频信息采集任务，为后续处理系统提供清晰、稳定的视频图像资料，并且能够实现360度全覆盖，能够精确确定俯仰角、方位角等技术参数，能够实现多种速度的水平、俯仰动作。全局区域视频采集系统主要设备包括：云台、可见光摄像机、红外热像仪、位置编码器和电控板卡等。

云台水平转动机构固定在瞭望塔上，垂直转动机构固定在水平转动机构上。整个云台在运行时通过水平转动机构转动实现水平转动，通过垂直机构的转动实现视频采集设备的俯仰转动。云台可实现360度全方位巡航和多种速度的水平、俯仰动作，并精确确定俯仰角、方位角等技术指标。

红外热像仪用于红外图像的视频信息采集任务，为后续图像处理系统提供清晰、稳定的视频图像资料。利用这个波段成像，一方面可以形成视频供用户观察，另一方面将数据提供给信息融合系统进行火灾告警、数据同步等处理。

1.2.2 火情搜索系统

系统具有较高的图像处理能力，能够实现同步实时跟踪火情搜索；能够控制视频采集系统，拉近图像，对火情发生区域进行全覆盖扫描；能够实现红外与可见光的互补判别，并且具备稳像、去噪、增强等视频处理能力，以提升火情搜索的效率；支持判别阀值等参数的灵活设置，以适应不同环境、季节的需要。

烟火识别引擎分为可见光烟火识别引擎和红外烟火识别引擎二种，采用动态巡航图像智能烟雾识别算法，对视频采集系统采集的可见光和红外图像进行分析，对火情进行报警。

1.2.3 基础设施系统

实现前端系统与后端指挥中心系统的互联互通、安全防护等职能的基础辅助系统。包括智能电控子系统、网络智能化子系统、基站安防子系统、基站供电子系统。

（1）基础铁塔

为使森林防火探测系统获得一个较好的观测视角，建设牢固稳定的永久性铁塔，铁塔高度根据项目地植被情况、探测角度及信号传输需要，一般设计高度与高于周围植被5~8米，并根据观测角度进行适当调整。本项目中铁塔采用运营商铁塔租赁。

（2）网络传输系统

根据项目地实际情况，原则选用光纤进行传输，考虑山区内施工难度，在短距离内可采用光纤传输，长距离选用运营商专线或通过无线微波传输。在本次设计中，采用运营商专线进行传输。

（3）基站安防子系统

采用多重物理隔离入侵监测、可见光实时入侵监测及红外幕帘入侵监测等多重报警联动的方式作为防火基站安防的保障基础，通过与森林防火预警系统平台的整合最终实现了森林防火基站的安全运营。可见光实时入侵监测：在塔上入口处架设监控摄像机，监控摄像机7×24小时启用实时录制功能并将录像远程存储。监控摄像机监控范围包括塔下所有入口的信息状态，并可根据指令信息进行转动和调焦等功能。

（4）基站供电子系统

远程智能视频监控系统的实施，系统供电是关键一环。供电系统的成败直接关系到整个系统的成败。本项目的供电设计采用风光互补系统实现前端设备供电，供电稳定，后续维护成本低。

1.2.4 火情鉴别系统

火情鉴别系统是各前端火情搜索系统的中枢管理系统，对各个前端视频采集系统的巡航模式、火情搜索系统的阀值参数进行调整；维护管理噪点，对前端火情报警信息进行核对，滤出噪点；协调多个前端系统对同一火情进行核对、确认、报警。

（1）搜索模式控制

三种搜索模式：云台匀速转动搜索模式、云台步进搜索模式、重点区域覆盖高精度搜索模式。系统提供前两种搜索模式为日常巡航模式，实际部署时用户可自行人工设定以选用何种工作模式；第三种模式为协同火情搜索模式，当某一前端回馈的视频中可能存在火情时，系统调度对火情可视的前端进行覆盖高精度搜索。

（2）报警策略管理

1）协同报警

红外和可见光联动检测。当红外发现可疑火情时，首先计算得到当前火情发生地点所在的方位角和俯仰角，确定火情的面积大小，并据此计算出足够确认火情的可见光视场大小（分为水平视场和垂直视场）。随后驱动可见光，进行视场变化，将点位置移至可见光视域的中心，并且进行自动对焦，当图像足够清晰之后，通过可见光进一步确认是否发生火情。

当可见光发现可疑火情时，采用同样的原理，驱动红外进行火情确认。

协同报警是红外和可见光都确认发现火情后，系统自动发出报警信号。协同报警是精度比较高的一种报警策略，但是由于需要红外搜索系统和可见光搜索系统同时确认，消耗的时间和系统开销比较大。

2）协同互补报警

与协同报警类似，当红外发现可疑火情时，驱动高清可见光分析是否能排除误报（如烟囱、厨房灶火、太阳等），如确认为非林火则解除报警，不能排除依然报警；反之高清可见光发现可疑火情时，驱动热成像分析是否能排除为误报，如不能排除依然报警；

总之协同互补报警要求在不提高误报率的条件下，尽量降低误报率。

3）可见光报警

可见光报警是指只要可见光搜索系统发现火情，发送结果给红外对火情进行确认。即使红外图形搜索系统检测未发现火情，系统也自动发出报警信号报警。

4）红外报警

红外报警是指只要红外图形搜索系统发现火情，发送结果给可见光搜索系统确认后，可见光搜索系统未发现火情，系统也自动报警。

5）单一报警

任何一种突发火情搜索方式发现火情，无论另外一种方式确认的结果如何，系统都自动进行报警。

6）报警信息上报

报警上报是发送报警信号到本级和上级指控中心监控平台，并发出报警警告，驱动前端监控设备自动对火情发生区域进行录像。

7）工作模式切换

能够实现自动无缝的昼夜检测算法切换。夜间和白天采用不同的工作模式和不同的算法参数，以实现更加精确的火情检测。前端设备在夜间和白天的工作环境发生了很大改变，夜间可见光少，不能清晰地拍摄图片，所以夜间需要更多的侧重红外监控；白天可见光充足，工作模式侧重可见光搜索，用红外搜索辅助。

8）火情精确定位

根据云台的位置和搜索路径进行初步的火情发生地点定位，并获取火情发生点的方位角、俯仰角、水平视场角、垂直视场角、监控点经纬度，同报警一起上报，便于 GIS 平台进行精细的定位。

9）可屏蔽区域管理

这里屏蔽区域既可以在系统安装阶段进行人工标定配置，也可以在系统运行过程中动态添加和删除。特别是系统能够根据报警结果，快速动态添加屏蔽区域。当一个报警火情发生后，系统会把报警信息发送到监控端进行人工确认，人工确认过程中，可以选定报警区域，并选择是否添加为一个报警屏蔽点。如果选择添加，则自动添加到报警屏蔽集合中。

10）图像接收以及解码

接收前端设备发送的图像数据，并进行解码。为了加快图像数据的传输效率，前端设备系统自动将图像数据进行压缩。本级系统不能直接使用接收到的数据，需要对数据进行解码。本系统采用国内领先的图像压缩解码算法，对图像的压缩率明显提高，增强了图像传输率，保证了图形画面的实时性。

11）报警录像

当有报警发生时，需要记录报警发生的信息（包括时间和位置），并和录像文件同步。系统发出报警时前端监控设备开始对火情区域录像，同时系统将报警发生的开始时间、相关地点、用户对报警的反应等记录到录像的基本信息中。

12）GIS通讯

A、定位接口

在火情鉴别系统发现事警后，将报警设备的水平角、俯仰角等信息传给 GIS系统，由GIS计算后得出事警点的经纬度坐标。

B、反向定位接口

火情鉴别系统将地点的经纬度坐标传给GIS系统，GIS系统计算在该坐标范围内，哪些监控台可以看到该地点，得出所有的监控台设备列表。

C、前端安装信息接口

向 GIS 系统开发前端安装信息接口，包括前端名称、经纬度、海拔、正北角度和监控半径。

D、火情处理接口

在鉴别系统确认、取消火情报警时，将火情的确认与取消的信息传给GIS系统，GIS系统在地图上显示地点的坐标，并将地图放大到适当的位置；当火情取消时，GIS系统把地图上的地点取消，恢复成默认状态。

E、GIS联动

鉴别系统发现事警后，将监控点的方位角、俯仰角、水平视场角、垂直视场角等参数传给GIS系统，由GIS系统计算搜索对火情点存在可视的其它监控点，并计算每个可视监控点的俯仰角和方位角，反馈到通信与控制系统，由通信与控制系统调度这些监控点进行重点区域监测。

干货分布式系统应对于指挥中心音视频解决方案

综合指挥中心是一个集预案、视频、图片、语音、地理位置等信息为一体，以信息网络为基础，各系统有机互动为特点的设施。如何建设一套具有现代化智能会议及作战指挥功能的指挥中心，做到数字化、网络化、可视化、集中化呢?

卡莱特分布式系统XD50-A，是一款充分运用视频压缩处理技术、网络技术、可视化技术、集中控制等先进技术，构建以IP网络为纽带，集视频拼接处理、KVM协作管理、音频处理、集中控制等多种功能于一体的设备。

具有分布式、网络化、可视化、去中心服务器等特点。适用于各行业的指挥、控制等应用场景，是可视化协同指挥管理的最佳解决方案。

卡莱特分布式系统

卡莱特XD50-A分布式系统，无需服务器，也无需其他辅助设备，实现完全去中心化的坐席管理。

多路信号处理 一席掌控

坐席人员需要处理的信号包含业务主机信号、多种摄像机信号、视频会议信号、DVD信号、LED大屏、液晶屏等多路设备，整体调度信息繁多。

XD50-A分布式系统设备整合丰富的控制接口，融合外设控制，可就近实现外设的远程控制，配合中控主机。多系统融合管理、使操作更便捷。

超高分辨率的拼接屏幕是指挥中心、控制室中必不可少的配备，也是所有信息汇聚的中心。使用XD50-A分布式系统通过网络完成信号接入、切换与拼接显示，不再需要独立的拼接器、矩阵等设备。

指令下达 风驰电掣

伴随着运维人员管理的设备越来越多，除了设备运维和操作分开管理，指挥中心对传输速率和编译码也有了更高的要求。

XD50-A分布式系统以其单一精简布线方式，具备易于调度，高兼容性，维护方便，组网方便、扩展性好的优点，通过万兆交换机进行组网传输，KVM坐席视频输出与主机平均时延少于80ms，真正做到实时性信号传输。

另外，XD50-A与其他分布式设备有所不同，它集编码器解码器一体，拨码变换模式，不必为分辨编解码终端感到头大。支持H.264和H.265编解码；单屏4画面、漫游、叠加；支持预排版发布，支持字幕、场景、场景轮询；支持音频输入输出。

拥有如此强大的整合功能，才能在面对各种调动时，保证坐席人员下达指令，风驰电掣，刻不容缓。

打破信息孤立

坐席管理一般应用在应急指挥中心，同时使用部门包括了业务的各级部门，中间的沟通协调甚至包括了省市县多级单位，传统的方案各级单位之间很难相通，难以交互，影响工作效率。

信号源接入XD50-A分布式系统后可直接实现上屏与本地同时使用，不再需要额外配备信号分配器，减少故障点，降低系统配套成本。

打破信息孤立，任意一台指挥中心工位随时接入大屏，打造出可视化、扁平化、实时传输指令的实战中心。

应对于指挥中心的音视频问题，卡莱特分布式系统，凭借简单利落的操作设计过程，立竿见影的操作展示成果，以其独特功能性，完善处理项目的各类需求。卡莱特产品在彰显客户的硬件实力的同时，也将持续行业的扩大，继续努力奋斗！

撰稿人

李文列