森林防火监控设计技术要求

森林防火监控设计技术要求
1.1.设计背景
随着森林保护和林业建设不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火任务日益艰巨。

森林火灾是林业重要灾害之一。

森林火灾具有突发性、灾害发生随机性、短时间内能造成巨大损失特点。

因此一旦有火警发生，必须以极快速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，大都取决于对林火行为发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。

为此无论国内、国外都在预防、减少和控制森林火灾方面做了大量工作。

为了贯彻“预防为主，积极扑救方针”，真正做到早发现，早解决。

采用先进技术，用高科技手段来加强森林防火工作，在最短时间内作出决策和调度，从而为森林灭火赢得宝贵时间，最大限度地减少损失是森林防火管理发展必然趋势。

1.2.设计目
由于近年来龙口生态建设进程加快，森林资源丰富，风景旅游区林草茂密，以森林景观为主风景旅游区面积不断扩大，林区可燃物增多，面临着林火隐患和森林火灾威胁，防火任务日益艰巨。

森林防火工作仍存在野外火源管理难度大，林区火灾隐患增多等薄弱环节。

如何提升森林防火现代化水平，及时掌握了解各个林区、风景旅游区现状，及早发现火情，将森林火灾带来损失减少到最小，是目前急需解决。

根据龙口森林防火实际情况，设计基于热成像测温报警及可见光烟火识别报警双模式森林防火探测系统。

利用热成像原理，通过接收物体发射红外线，将被测目标物体表面红外辐射转变成视频信号. 它接收被探测目
标自身辐射热能，即长波红外能量，并将其转换成反映目标特征实时物体表面热图像并自动提供辐射能量场最高温度值，来监测火灾及其他异常事件，同时采用烟火识别技术，对隐藏在林下或山背火情进行识别报警。

并结合现今行业发展水平集成化，网络化红外热成像森林防火图像监控系统解决方案。

1.3.设计原则、依据和技术标准
设计原则：技术先进、质量可靠、经济实用、方便管理。

设计依据：
《森林火险监测站技术规范》LY/T 2579-2016
《森林防火通信车通用技术要求》LY/T 2580-2016
《森林防火视频监控系统技术规范》LY/T 2581-2016
《森林防火视频监控图像联网技术规范》LY/T 2582-2016
《森林防火卫星VSAT通信系统建设技术规范》LY/T 2584-2016
《森林防火地理信息系统技术要求》LY/T 2663-2016
《森林防火数字超短波通信系统技术规范》LY/T 2664-2016
《森林防火视频监控系统测试指南》2016-LY-007
《森林防火指挥中心技术要求》2016-LY-033
《入侵报警系统工程设计规范》GB 50394-2007
《入侵报警系统技术要求》GA 368-2001
《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-2013
《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166-2007
《安全防范系统通用图形符号》GA 74-2000
《森林防火工程技术标准》LY/J 127-91
《安全防范工程程序及要求》GA/T75-94
《通用性应用电视设备可靠性试验方法》GB 12322-90
《电工电子产品应用环境条件无气侯防护场所使用》GB 4798.4-90
《保护接地和防雷接地标准》IEC64-4-41
《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》GB 28181-2016
本设计以国家、行业标准作为设计依据，结合我市森林防火具体情况，充分考虑森林防火系统总体协调统一和兼容性，先进性、安全性、可靠性及稳定性等方案设计所依据重要原则。

在八个地域各设立监测点，用以监测各个区域林区，以达到对森林火灾预警和处理快速机动。

1.4.系统应具备技术优势和特点
●目标自动识别管理
对系统采集热图进行自动目标识别，通过图像配准方法识别出该有效监测目标，保证温度监测有效性。

●基于电子地图预警指挥系统
提供基于3D实景地图GIS信息系统，结合天气状态，对火情早发现、早预报、早扑救，变有灾为无灾、变大灾为小灾（配合平台软件）。

●防误报识别系统
所有火情隐患都基于有效目标识别，可对监控范围内干扰源区域进行屏蔽，能有效过滤雾、霾、雪、云、树枝晃动等因素造成环境干扰，能过滤建筑、水体、车辆等热源引起环境变化干扰，能智能识别监控范围内工
矿企业、居民点、农电内烟火等常规火情，避免对上述区域反复报警,有效防治了误报警产生。

●详细监测目标状态管理
建立所有目标温度状态管理体系，在自动巡检同时这些目标进行温度分析记录。

在报警时候可以直接输出告警点GPS坐标（配合平台软件）。

●自动巡航
采用方位角控制云台，可以任意设置需要定时检测位置。

提供多种方式自动巡航方案，实现完全自动化运行，实现实时对目标温度状态巡检、自动预警、自动输出监测记录等功能。

减少了人员巡视次数，提高运行人员工作效率。

●自动预警
在系统巡航过程中，如发现目标设备温度异常自动报警，报警信息有文字信息和声音信息，提示运行人员具体报警位置状况信息，以便跟踪报警点，确认告警情况并排除隐患。

具备灵活多变通知方式，火情发生同时值班室发出声光报警，平台监控画面弹出突出显示，智能手机远程报警，并发送手机短信通知。

●双视场监视，辅助识别
红外热像仪及高倍变焦可见光摄像机安装在同一个云台上，既可以保证两个摄像头监视是同一个设备位置，也解决了红外热像难以识别目标问题，便于及时判断具体报警点
●自动定位：
当发现火情后，系统应具备报警定位功能，并将报警点在GIS地图中
标识，误差应小于100米。

●网络带宽
在保证温度数据、图像数据同时传输情况下带宽不低于3M。

●丰富开发支持
1.5.系统建设目标
实时监控
利用建立分布在龙口八个乡镇监控点，获取覆盖范围内林区监控红外及可见光视频图像，实现全天候不间断监控。

在正常情况下摄像头工作在自动巡航扫描方式，观测人员在监控中心可观测到一定范围内林木地貌、道路、人员等红外及可见光视频图像，系统可进行全程录像，若遇异常情况，发生火情自动停止巡航，并对准火情目标。

云台支持停止后五分钟内自动巡航功能。

工作人员可及时将红外及可见摄像头从自动状态下转为手动状态，并对相关目标进行跟踪、定位、放大（可见光），以便仔细全面地进行观测分析。

动态监控
在有、无线传输系统支持下，将红外及可见光视频图像及其它信息实时、同步传输到监控中心，实现真实观测森林区域动态情况。

超温自动报警
实时自动测量视场中物体最高温度，超过系统设置报警温度自动报警，并输出报警信号，实现森林防火早期预警。

烟火自动报警
实现在巡航过程中，对采集视频图像进行分析报警，发现烟火时，自
动报警，同时系统应具备环境学习能力，可根据安装点位置，进行环境变量调整，提高烟火报警准确率。

1.6.系统组成
森林防火探测预警系统中心监控管理系统、传输系统、信号采集系统、供电系统、基础设施建设系统组成。

根据本项目特殊性质特点，考虑在监控点及监控中心之间采用光缆连接或者无线微波传输，监控中心能对指定区域进行巡视、图像采集和视频分析，实时进行监测区域内火情识别搜索，实时防火预警。

实时监视、调看各个监控点红外、可见光图像和录像资料。

监控中心可自动或手动切换出各监控点该图像。

森林防火探测预警系统由五部分构成：前端信号采集系统、中心监控管理系统、传输系统、供电系统、基础设施建设系统。

系统暂设25个防火监控前端（监控点）。

在各监控点制高点架设红外热成像摄像机及低照度长焦距可见光摄像头各一台，覆盖半径为3-5km，采用市电及太阳能给前端设备供电，配备室外全天候云台及红外热成像仪专用防护罩，红外热成像仪及可见光摄像头共用一个云台。

监控前端任务就是负责各个林区视频信号采集和控制实现，包含其它设备还有：无线图像发送设备、无线指令接收设备，数字光端机、太阳能供电设备；避雷设备等。

中心监控管理系统
监控中心由监控工作站、矩阵控制主机、电视墙、硬盘录像机等设备组成，监控工作站图像数据接入防火监控专用，系统采用TCP/IP协议，
网内经授权任何一台计算机均能监控各监控点信息，系统采用模块化结构，具有良好可扩充性，可随时增加撤减监控点。

监控中心主要功能就是：预警、显示、控制、录像和视频数字化、网络化。

主要实现视频信号图像显示、录像控制，远程控制、数据压缩处理、网络传输、系统控制管理、防火预警及数据库管理。

向指挥调度人员提供全面、清晰、可操作、可录制、可回放现场实时图像，并提供向上级部门连网功能。

传输系统
提供系统互联及信息交互联网能力，监控系统传输方式主要有电缆传输、光缆传输、无线微波传输等。

一般来说，当摄像头安装位置离监控中心较近时（几百米以内），多采用电缆传输方式，当摄像头位置距离监控中心较远时，往往采用无线微波或光缆传输方式。

本系统考虑到各野外监控点具体情况，拟采用光缆和无线微波传输方式。

红外热成像系统
提供森林防火早期预警信号，自动测量视场中物体最高温度，超过系统设定报警温升，自动报警。

可见光成像系统
提供直观准确地现场情况和定位信息，在无灾情期间里，可见光成像系统为森林巡检增加了远程视察能力，在灾情发生时，可见光成像系统能为监控中心提供直观现场信息，以便及早做出有效应对方案。

稳像平台控制系统
对监控主机发出控制信号进行解码，控制稳像平台、镜头动作，操作
人员可用计算机、控制键盘等进行画面操作和稳像平台控制等动作。

供电系统
提供系统运行基本电力保障及突发情况下后备电力供应，供电系统根据各野外监控点具体情况，采用市电及太阳能供电方式满足常规使用及极端情况下电力储备和供应。

避雷系统基础设施建设系统
本系统主要是铁塔建设和防雷接地，为系统提供安全保障。

通过对现场立地条件（植被、土质、交通等）、可监测范围、海拔高度等基础条件进行勘察自行设计。

（1）新建铁塔材质规格要求：四角钢架结构，材质为Q235—A型钢，塔顶加防护栏,设置操作台和避雷针，结构部分全标准联接，防腐处理采用热镀锌。

抗风速：25m/s，抗震：8级以上。

（2）铁塔基础及防雷接地：基础经夯实平整后，铺混凝土垫层，待其安全硬化后，再绑钢筋及浇注混凝土；塔基浇至高出地面200mm止。

防雷接地沿四周放置，保证实测阻值小于10欧姆，
1.7.关键参数要求
通过红外热成像森林防火图像监控系统，工作人员在监控中心可对八个地区周边半径3－5公里左右林区进行24小时实时动态监控，能在第一时间侦察到火情，尽早发现灾情或隐患，及时处理可能突发火灾及其他异常事件，并且为灾情发生时现场指挥提供依据。

报警温升设置
首先，根据上面对森林火灾类型描述，设计报警温度对象为地表火，实际地表火温度为400℃，按环境温度为30℃计算，温升可达到370℃。

但由于距离、相对湿度和风速影响，热像仪最终探测温升将产生衰减。

根据红外线在大气中传输规律，并经过测试，在湿度小于85%，风速小于3级情况下，一般在目标温升在1000米将衰减70%，5000米将衰减90%以上。

因此，考虑到现场情况，目标距离在1000米到5000米之间，相对湿度一般小于85%，同时考虑风影响，报警温升可设置为40℃左右。

报警温升值远远高于现场正常物体温升（正常物体温升一般在10℃以内），可减少误报警率。

红外热像仪镜头参数设置
由于红外能量探测原理，最小报警区域至少要充满红外探测器四个像元，有效报警区域为九个像元。

系统主要技术参数
系统在建成投运后应达到如下基本性能：
1.稳像平台方位角精度：≤0.01度
2.监控中心监控终端（工作站）图像控制切换响应时间< 1秒
3.图像分辨率达到D1格式（640×512）以上（包括CIF格式）
4.计算机显示分辨率≥1024×768
5.系统平均无故障工作时间MTBF > 3000小时
6.系统平均维护时间MTTR<0.5小时
7.计算机CPU负荷率平均<30%
8.监控画面显示及实际事件发生时间差 < 0.5秒
9.事件报警到系统自动记录相应画面时间差 < 1秒
10.提供SDK开发包
1.8.林火监控指挥平台要求
基于“数字林业”思路开发林火监控平台，其业务范围涵盖了森林资源数字化管理、森林防火及应急指挥综合信息管理、林业资源动态监测等不同层级应用软件模块，覆盖了林业工作全业务范围，底层还提供包括林业基础数据库和林业资源数据库在内数据管理和业务支撑平台。

平台采用模块化架构，可以根据用户要求进行“积木式”搭建系统，可迅速提供满足用户要求系统，同时具有良好扩展性。

➢视频监控管理：通过摄像机自动或人员手动控制巡航，能够保证7*24小时不间断对重点地区进行监控，帮助管理人员在第一时间发现火情。

➢火情自动识别：当监控摄像机自动巡视中扑捉到林火时，系统具有火情识别功能，可及时告警并联动报警录像，提醒值班人员察看显示画面，及早发现火情及火点位置。

➢火情报警：一旦火情自动识别模块判断出图像上有疑似火点，立即自动发出报警、通知监测人员。

➢火点定位：发生火警，平台自动接收角度回传数据，并联动GIS电子地图，进行火点位置确认，为决策者提供辅助功能。

➢指挥扑救：利用地理信息平台，火情蔓延、可用资源分析、扑火最佳路径，态势标绘出形象可视化管理和扑救策略。

➢GIS管理：系统提供电子地图管理及服务功能，地图数据和相关信息能在电子地图上进行发布和浏览；可及监控平台、智能分析系统集成在
统一平台；可根据道路、地名、摄像机编号等条件快速查看对应地图信息；提供摄像机数据条件查询、检索查询；能以地图为背景给指定摄像机进行控制和操作；提供地图放大缩小、平移漫游、距离测量等等常用功能。

1.8.1.数字视频解码
采集来自前端监控设备传来视频信息，通过视频采集驱动将视频信息转换成指定视频流和图像，以便进行林火图像识别；
自动接收来自烟火自动检测软件传送来云台码流，根据云台码流采集模块获取云台关键控制参数，解析云台动作以及预制位信息。

1.8.
2.林火图像识别
林火图像识别模块是林火识别报警系统实现火灾探测关键，它充分利用森林背景图像及火灾、烟雾图像在光谱特征、空间几何特征上差异，运用通用图像处理方法，采用自主研发烟火识别算法，对林区图像进行分析，并根据火焰动态、色差相似度等变化来判断林区图像上是否有疑似火点。

1.8.3.云台角度信息回传
根据云台码流采集模块获取云台关键控制参数，实时动态计算并显示当前云台水平旋转角度和垂直旋转角度。

1.8.4.林火定位
利用前端采集系统中数字云台角度回传及镜头焦距信息，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点坐标直接落实
在电子地图上，当自动识别确认火情后，可过根据前端摄像机绝对三维(纬度，经度，相对高程)以及该摄像机疑似火情时三维(云台水平转角，云台垂直夹角，镜头焦距)，结合GIS地理信息系统，精确计算出目标具体经纬度，从而向指挥中心发出报警信息通过建立特定位置转换数学模型，实现定位功能。

1.8.5.应急指挥
开发了“灾情报告-处置方案-态势标绘-辅助决策-指挥调度”等功能模块。

灾情报告向上级及时通报火灾当前状态，处置方案记录了火灾主要应对措施，态势标绘直观精确显示火场及扑救态势，辅助决策为指挥提供各类基于GIS智能分析，指挥调度将系统和通信及调度硬件对接，提供直观实时通信服务。

1.8.6.监视功能
通过综合视频监控系统可实现大容量、分布式实时直播：即在系统中可通过监控管理终端和专用操作设备(如专用控制键盘)方便、快捷对前端监控点进行切换、云台快速转动、镜头缩放操作，从而及时发现违法犯罪行为及各种突发事件，并通过对被监控对象跟踪显示，及时通知相关人员进行围捕或处理。

1.8.7.摄像机控制功能
值班员可手动控制高速球型摄像机、云台摄像机所有可变参数，包括焦距、光圈、监控范围等。

1.8.8.异常状态报警
黑帧检测：摄像头镜头出现故障时候以及有外界物体遮挡摄像机镜头时都会影响监控系统正常工作，系统智能分析这种情况图像特征并进行事件报警。

过饱和度检测：如果摄像头增益控制失败，或者由于强光造成图像饱和度过高，系统智能分析这种情况图像特征并自动报警。

镜头遮挡检测：如果摄像头镜头被完全或者部分遮挡, 系统智能分析这种情况图像特征并自动报警。

模糊报警：由于自动聚焦故障或者维护问题造成画面模糊，算法通过对摄像机当前画面及前面画面进行比较分析，通过两者进行逻辑相减算出变化值大小，并且可以设定比较区域。

系统自动报警。

镜头移位：由于清洁镜头或者人为破坏原因,使摄像头取景范围偏离出了预先设置场景，系统智能分析这种情况图像特征并自动报警。

具有智能检索功能：系统通过设定“Simple Motion”窗口中过滤器噪音和阈值两个参数，定义监控区域掩模区域来完成事件后智能搜索。

通过使用智能搜索技术，用户可以选择性只浏览特定监控区域内有物体移动记录。

对关联事件相关画面进行同步同屏回放。

1.8.9.分组显示及轮询
视频监控系统可根据需要对前端监控点进行分组显示，如按监控区域、管理范围和实际使用情况（如行进路线）等，满足视频监控系统中重大保卫、领导指挥决策等工作需要。

在实时直播显示时，系统还具备视频自动巡视功能，在可设定间隔时间内对全网监控点进行图像巡检，参及轮巡对象可以任意设定，轮巡间隔时间可设置。

1.8.10.预案功能
报警联动预案
系统报警可以来自视频服务器视频丢失、移动侦测或者报警输入，也可以来自其它数据采集设备。

用户可根据报警工作属性任意设定报警启动和关闭时间。

用户手动加载预案
系统自动记忆用户监控模式，当用户成功登录系统后，自动进入该用户退出时监控模式。

同时，当用户切换画面监控模式时，自动进入上一次该画面监控模式。

1.8.11.报警管理功能
根据性质，重要级别对告警进行分类，及处理流程相结合，系统能自动判定报警等级，完成相应处理工作，并进行历史告警记录。

1.8.1
2.配置功能
系统所有前端设备参数（如占用带宽、清晰度及图像参数等）都可以在监控中心由系统管理人员远程配置和修改，在进行系统设备配置时，不会对系统正常运行产生丝毫影响。

可以配置电子地图并且在电子地图上映射这些摄像机位置，在监视时点击电子地图上摄像机图标，即可以查看实时图像，摄像机状态（如正在录像或者发生报警）也可以在电子地图上显示出来。

可以对某些重要摄像机（视频编码器）图像进行冗余备份配置，当这台摄像机所属存储服务器出现故障时自动由其它管理服务器或本地服务器接管该摄像机，从而确保录像和实时图像不会中断。

可以通过系统配置功能可以任意调整或者建立新虚拟矩阵，如可以增加虚拟矩阵输入或者输出端口数量，也可以改变输入摄像机及输出监视
器。

注：室外设备应提供可靠有效防盗方案。

1.8.13.智能分析子系统
系统应用先进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，根据不同视频源选择不同分析模块，提取烟火目标有效图像特征，使该软件系统实现了高概率森林火情自动识别，并具有较低火情虚警率。

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位置，在实时视频图像中自动用红框标出火情发生位置，并向值班人员发出报警信号。

实时识别烟火目标：
该软件系统应用图像分割和识别技术，自动区分并标记出森林区域和天际线，这样做目是为了降低火情虚警率。

对视频图像中非火情区域（如村落，湖泊、田野等）烟火目标不进行报警（这一部分也可按用户需要改为报警）。

在自动监测状态下，云台自动转动，对一定俯仰角，每隔10度云台停止，程序实时地抓取基本照片、比较图片，经图像处理提取烟火特征（如烟火灰度分布特征、形状和烟火运动特征等）后，应用模式识别技术进行烟火自动判别。

通过相应算法，其他非烟火目标（如飞行物、车辆等）将被排除。

另外，在该系统中，通过相应算法消除其他一些因素（如风，光照和虚像等）对烟火自动识别影响。

显示出了烟火自动目标识别及其轮廓信息。

1.9.地理信息应急指挥系统
森林防火应急指挥决策系统包括火情动态监测、扑救指挥管理、远程指挥调度、防火预案管理等功能模块，传统视频监控方式及林火自动检测、识别和报警软件监测相结合，实现大面积无人值守。

通过GIS地理信息系统，展现及林业应急指挥相关所有资源，资源内容包括：事件类型、地点、周边通道、人员物资分布等，根据事件周边情况研判、现场信息研判、次生事件预测研判、决策支持。

1.9.1.火情动态监测
1、云台控制
远程控制各个监视点云台设备工作状态；
实现对各个监视点监视镜头调节控制；
远程控制获取不同角度图像；
通过烟火自动识别软件发出报警控制信息，远程控制云台固定范围（或定点）扫描。

自动调节、控制各个监视点云台及镜头,自动获得多角度监控图像.
支持实现下述功能：
远程控制、查询和切换各个监视点云台设备工作状态；实现对各个监视点监视镜头调节控制；远程控制、获取不同角度图像；一旦自动检测识别判断出图像上有疑似火点，立即自动发出报警、通知监测人员，同时，自动跟踪和锁定火点位置，并能实时接入、自动跟踪和动态显示在 GIS软件平台上，在 GIS软件平台上，进行火情自动跟踪和交互确认；通过烟火自动识别软件发出报警控制信息，远程控制云台固定范围（或定点）扫描。