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智慧林业之森林防火监控预警系统

2018年05月15日 浏览次数:1316

  一、系统搭建背景:

  森林资源是地球上最重要的资源之一,是生物多样化的基础,是人类赖以生存必备可少的资源之一。我国资源匮乏,其中以森林资源最为紧缺,国土面积960万平方公里,约占世界总量的7%,人口14亿,约占世界总量的22%,而森林面积仅占世界的4.6%。森林火灾一旦发生,大片苍翠茂密的森林化为灰烬,给国家和集体造成严重损失,同时林地容易造成水土流失,容易发生水旱风沙灾害,影响农业稳产高产,甚至影响到整个区域的生态环境和可持续发展。

  目前来说,最有效的手段是能够对林区的资源进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测,能够对自动发现林区内的有火或者有烟的时候自动报警,并且能够将火点的位置能够定位,一旦遇到火灾自动报警,及时通知相关的工作人员的一种先进合理的预警机制,采用这种预警机制可以为现阶段森林防火预警提供一种非常有效的解决方法。

  2、森林防火监控预警系统总体构成:

  森林防火监控预警系统是采用可见光烟火识别+红外热成像测温识别智能双光谱识别系统、摄像机、长焦镜头及后端监测管理软件实现烟火智能识别并自动报警,运用重型数字云台转动的方位角和俯仰角、长焦镜头的焦距及后端GIS管理软件平台实现火点自动精确定位,通过摄像机和传输链路将视频图像和控制信号传输到指挥中心进行监视、存储、管理的一套智能型的森林防火预警系统。

  森林防火监控预警系统是由前端监测基站、传输网络、后端监控管理平台及输出展示系统构成,系统结构如图所示:

森林防火监控

  (1)前端智能监测基站详细设计

  l 视频采集系统

  l 智能双光谱识别系统

  l 供电系统

  l 防盗系统

  l 基站控制系统

  l 防雷接地系统

  l 铁塔基建系统

  以上七个子系统是构成前端基站的组成部分。

森林防火监控

  1)视频采集系统

  森林防火视频采集系统主要包括摄像机、长焦镜头、野外大型防护罩、重型数字云台、前端传输网络等。

森林防火监控

  森林防火视频采集系统应具备以下要求:

  l 全天候24小时实时监测;

  l 在夜间极低的光线照明度下获得监控图像;

  l 日夜24小时拍摄清晰的图像

  l 即使在雾天也能清晰可见;

  l 野外重型设备具有易维护性设计;在不用拆卸重型设备下山的情况下,仅对控制电路等部件进行更换,完成重型设备的电气故障维修、升级和保养;

  l 充分考虑野外运行环境,主要设备在-20℃和60℃(可选:-45℃-+60℃)环境时能正常工作;

  l 整机功耗低,降低供电建设费用;

  l 关键设备防护等级不得低于IP66。

  2)智能双光谱识别系统

  智能双光谱识别系统是构成森林防火监控预警系统最核心的和最重要的功能,是实现传统普通森林防火监控由人工监看向智能型森林防火监控由智能设备自动监看的重要转换。智能监控系统能够实现全天候24小时监测森林防火,智能设备一旦发现疑似烟火通过系统报警平台及时为用户提供的现场信息,让用户在第一时间通过智能监控系统迅速判断,并作出相关的应急处理措施。

  森林防火智能双光谱识别系统主要由基于林区视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器和基于林区热辐射探测通过不同目标温差实现林火的智能探测的红外热成像识别构成。基于林区视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器可以在监控中心通过远程视频监控图像直观、真实的反映林区的情况,并且能够在能见度较好的环境下有效识别林区的林火,且即使林区内部出现林火的情况也能有效的识别,但是在雾霾天气由于能见度较低造成视频监控的图像不清晰从而会出现不能够正确识别林火的情况存在。

  系统如图所示:

森林防火监控

  3)供电系统

  前端监控基站所处位置在野外,除基站附近有市/农电的情况下采用市/农电,远距离一般不建议采用市/农电,因为过长的电源线路导致到达基站时电压较低,容易造成设备损害,而且成本高,建议在日照比较丰富的地方采用太阳能发电系统,前端基站的设备功耗应<100W,根据实际情况建议配置600W-1000W的发电系统即可满足前端基站所有设备的供电要求。

  市/农电配置说明:

  对于基站附近有市/农电或者要求采用市/农电时,由于野外220V供电线路较长,应考虑预防感应雷冲击导致取电端和设备端损坏的情况,所以需要在220V供电线路2端增加三级防雷器,保障设备安全。同时长距离电缆采用地埋方式可比架空更安全,所以建议供电线路采用直埋铠装电缆,根据实际情况配置如下:

  220V供电配置:2芯×2/4/6mm²铠装电缆+三级防雷箱(两端)

  太阳能供电配置说明:

  太阳能发电系统是由太阳能电池板、蓄电池、控制器、电池保温箱构成。根据实际情况太阳能发电系统配置如下:

  太阳能电池板:250W太阳能电池板*4块(日照较差地区可适当增加)

  太阳能专用电池:12V/200ah胶体电池*4只(日照较差地区可配8只电池)

  太阳能控制器:40A MPPT光伏控制器

  电池箱:电池保温箱

  太阳能供电系统图如图所示:

森林防火监控

  4)防盗报警及对讲系统

  森林防火监控预警系统前端基站设备大多数安装在无人值守的密林深处,需要考虑设备防盗的问题,对于野外森林防火监测基站的防盗,采用安防摄像机视频移动侦探方式进行自动防盗报警,并采用双向语音对讲方式起到警告和威慑作用。

  防盗报警系统工作方式为:

  在防盗摄像机后端安装一台数字报警主机,根据防盗摄像机动态摄像的图像,设置周界保护、物品丢失等报警类型,确保前端基站的设备安全。

  如图所示:

森林防火监控

  一旦有人靠近、攀爬基塔,告警系统启动,安保摄像机录像回传至监控中心并实时录像,同时,喇叭现场播放语音警示。监控中心接收到报警信号后,立即通过语音对讲系统对现场喊话。

  如图所示:

森林防火监控

  上级监控指挥中心可通过对讲系统对本地实现单向对讲,本地声音可被上级单向监听。

  通过远程控制软件,在监控中心远程控制前端基站的电子监控设备,可控制云台、摄像机、镜头等设备。

  可以根据林区的特殊自然环境,采用视频移动侦探。并配合前端报警设备联动智能预警监控管理平台。

  (2)传输网络选型

  传输网路是实现森林防火监控预警系统前端基站视频图像及各种信号传输到后端监控中心的必要的组成部分,基于森林防火监控预警系统的传输网络主要有多种方式,具体如下:

  第一种:采用有线光缆进行传输

  第二种:方式采用无线网络进行传输

  第三种:方式采用运营商专线网

  第四种:采用无线+有线结合的方式

  对于距离较近或者已有光缆的情况下采用有线光缆或运营商专线网络,无有线或专线网络时,优先考虑采用无线网络传输系统,这是由于森林防火监控自身的特点所决定,森林防火监控基一般都建在山区中,不同监控基站的地理情况以及地势都比较复杂,面对复杂的地形,采用有线光缆不仅施工复杂,而且成本也非常高,沿途施工还会对植被造成破坏,是一种既破坏环境又不经济的一种方式,而采用无线传输方式以施工简便,成本低,一次性投入等优势,成为森林防火监控系统传输链路的首选。图像实时传输、清晰,传输频率可选,并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同,其功率的大小可以按要求配制,在遇障碍物阻挡的情况下,可采用架设中继系统。

  附近有网络接入(距离<500米或两点之间不可视)

森林防火监控

  附近有网络接入(距离>500米且两点之间可视)

森林防火监控

  较远的地方有运营商通讯基站

森林防火监控

  (3)后端监控管理平台系统详细设计

  后端监控管理中心是整个森林防火监控预警的处理中心,所有前端的视频监控图像、报警信息、监控前端基站的远程控制、输出展示等均在后端监控管理中心完成。后端监控管理中心主要包括:国泰物联网视频监控管理平台软件、GIS管理平台软件、支撑软件系统的硬件服务器、监控管理PC机、报警相关的软硬件、大屏展示系统及相关控制器、LED显示屏、控制台、综合布线、静电地板、防雷接地、音视频会议系统等。

  1)国泰物联网视频监控管理平台

  国泰物联网视频监控管理平台是实现对前端基站监控视频图像进行实时监控、保存处理,以及控制和管理前端基站设备的重要核心系统,通过国泰物联网视频监控管理平台配合前端烟火识别系统在发现疑似烟火后实现后端监控管理中心自动报警功能,在配置短信报警主机后,可以通过系统自动向相关工作人员发送报警短信等。

  国泰物联网视频监控管理平台主要包括:联网监控管理软件、服务器以及其它功能附件等构成。

  联网监控管理平台是一套视频监控的解决方案,系统包含:管理模块、代理服务模块、流媒体服务模块、电视墙管理模块、远程管理模块、报警管理模块、存储服务模块、客户端管理。应具有以下主要功能:

  ● 多层级、多元式联网监控

  ● 国泰物联网视频监控管理平台应将不同地区、不同环境的林区监控设备有效整合,实现分布式监控,集中式管理。

  ● 管理权限层级分明,具有多层次、管理,建立视频监控、报警联动。

  ● 集成报警联动

  系统设计采用基于视频分析技术的烟为智能预警技术,前端智能监测点宜设计防盗报警装置,当林区出现疑似火情或防盗警情,系统在第一时间作出响应并报警,报警发生时,将当前浏览窗口自动切换成报警画面。支持报警信息的接收,同时具备声音,图像,文字的提示,并要随机生成报警日志,有报警自动恢复功能;报警类别,可能包括为火情报警、防盗报警、设备故障以及其它类型的报警信息等;当发生报警时,在有GIS系统支持下,可自动在屏幕上显地图上提示报警位置及类型。报警信息应该和录像数据相结合,可由报警信息检索回放相应的图像录像。

  ● 兼容性强,扩展灵活

  林业行业的远程联网监控管理系统区别于其它行业的联网监控系统的特点之一是丰富的产品兼容性,在林业系统的视频控体系中,所采用的监控设备和辅助设备,必须考虑它们的兼容性和扩展性,避免出现设备不兼容的情况,采用的设备或系统应为系统的扩展升级预留接口。

  系统界面如图所示:

森林防火监控

  ● 监控管理平台软件

  根据多级联网监控需要管理和使用海量的监控资源,结合行政管理架构的特点,将海量的监控资源划归各监控中心管理,各监控中心按行政管理架构多级级联形成倒置树状结构。

  从功能上可以将系统分解为下图结构:一级监控中心,二级监控中心,三级监控中心,内部用户,社会用户群体,外部监控资源及内部监控资源。其中监控中心是管理平台,用户为服务对象。

森林防火监控