森工森林防火視頻監控

聯網系統處理方案

一、需求分析

目前各級護林防火部門大多采用人工了望和地面巡護的措施進行火情監測，由于林地比較分散，

限于財力，難以組織大批人員進行看守，防不勝防。許多火情往往因發現不及時，耽誤了撲救時間，

使小火釀成大火。而采用視頻監控系統監測火情，可以防止森林大火時形成，做到早發現、早消滅，

實現真正意義上日勺打早、打小、打了，能有效地保護十分寶貴的森林資源，具有巨大H勺生態效益、社

會效益和經濟效益?？赏ㄟ^視頻監控到達一定的防火效果。

根據目前森工集團森林防火現實狀況，森林防火視頻監控系統有如下需求：

1）系統監控圖像可在第一時間傳送到省森工及各林管局、林業局指揮中心，并可以在第一時間識

別林火。

2）當火災發生時，可以精確定位火點位置，并可以自動產生報警。

3）省森工及各林管局、林業局指揮中心通過觀看實時監視各監控點火災狀況，并遠程控制云臺攝

像機進行控制。

4）報警后，一旦火情確定，指揮撲救人員可通過大屏實時查看現場視頻。

5）林火發生后，通過系統可對受災面積、災害損失做出相對精確的評估。

6）系統需支持視頻和地圖日勺結合，管理員可在地圖上明確林火位置“

7）前端系統運行需要提供一種有效MJ供電方式，能保證設備整件不間斷的可靠運行。

8）前端設備大多安裝在無人值守的環境，需要通過有效H勺安全防備手對前端設備進行管理。

9）運用有效的）傳播方式，能把前端監控視頻傳播到后臺指揮中心，建立省森工一林管局（林業局）

—各級林場三級聯網建陶，實現立體化防控圈。

二、系統總體設計

1.設計思緒

森工森林防火視頻監控聯網系統是集硬件、軟件、網絡于一體日勺聯網系統，以森林防火平臺軟

件iVMS-9830為關鍵，在指揮中心可以實現對各個林區防火監控系統的全方位管理。

前端視頻監控點設定在林區的制高點，通過光纖傳播網或微波網絡與指揮中心網絡點對點聯接。

在監測到有火災信號時，系統會及時將前端實時畫面傳遞到主站指揮中心。

1）采用雙光譜熱成像攝像機運用熱成像原理，探測林區熱輻射，通過不一樣目日勺溫差實時成像,

搭配了測溫模塊可全天候對林區掃描檢測，當測得溫度及溫差數據符合林火特性時，系統發

生報警，及時讓防火值班人員掌握林區火災隱患，及時制定災害撲救方案等。

2）采用與環境信息相結合口勺綜合監測，可以實時的I理解目前監控點的風力、風向、溫濕度、煙

霧等數據，為森林防火指揮提供有力數據信息，滿足目前森林防火的多種規定。

3）采用與地理信息系統（GIS）相結合，實現森林資源信息的可視化化管理，可以愈加有效地為

森林防火提供信息支持，

4）采用透霧成像技術，由于森林防火監控系統安裝在林區的山上，山區常常濃霧彌漫，一般的

鏡頭無法到達正常的監控效果，使用透霧鏡頭處理了山區霧大，成像難的問題。

2.系統架構

森工森林防火視頻監控聯網系統由前端系統、傳播網絡、各級指揮中心等幾種部分構成。

區縣級指揮中心

系統架構圖

省級指揮中心布署視頻監控平臺軟件，通過專網線路連接國家林業指揮中心、各級林管局、林

。各級林管局、林業局指揮中心通過專網線路分別和省指揮中心

以及各級林場分控中心連接，各級林管局、林業局指揮中心布署視頻監控平臺軟件，實現和省級及

各級林場分控中心的平臺進行聯網。各級林場分控中心通過專網線路連接各級林管局、林業局指揮

中心，同步布署視頻監控平臺軟件和各級林管局、林業局平臺進行聯網。前端系統通過光纖線路連

接到各級林場分控中心，無法通過光纖線路連接的前端系統，通過微波方式連接到各級林場分控中

心。

3.前端系統

3.1.雙光譜熱成像攝像機

前端系統重要以雙光譜熱成像攝像機為關鍵滿足平常森林防火監控需求，同步整合信息地理系

統、環境量信息等實現森林防火綜合監控。合適于遠距離大范圍全天候監視?？梢钥辞?公里遠的I

目的、室外防護罩給攝像機和鏡頭提供全天的防護、云臺可以360°旋轉，為了保證圖像不抖動，

攝像機的固定方式都將進行最牢固穩定的安裝。

為使熱成像探測火災的精確性更高，可以搭配可見光攝像設備做為熱成像火災探測的補充，當熱

成像發現火災點時，由控制人員通過可見光攝像畫面進行核算，確認無誤即可實現林火的精確預警。

型號雙光譜熱成像攝像機

電源供應DC48V

構造壓鑄鋁外殼，內部件重要為鋼或鋁合金

通用功能一鍵復位，防閃爍，雙碼流，心跳，密碼保護，水卬技術

智能報警移動偵測,網線斷,IP地址沖突,存儲器滿,存儲器錯

視頻壓縮原則H.265/H.264/MJPEG

壓縮輸出碼率32Kbps"16Mbps

最大圖像尺寸紅外：384X288可見光：1280X960

焦距熱成像焦距（鏡頭）：150mm；可見光鏡頭：12.5-775mm；

通訊接口1個RJ4510M/100M自適應以太網口

音頻壓縮原則G.711

工作溫度和濕度-40℃飛5℃,濕度不大于90%（無凝結）

3.2行業級熱成像無人機

火災現場

圖5.雄鷹系統應用示意圖

在搶險救援日勺過程當中，無人機最高可以飛到3000米H勺高空占據制高點進行全局的視野監控，

需要局部特寫時，?？禑o人機支持30倍日勺光學變倍和12倍的數字變倍；無人機日勺作戰半徑到達1（）

千米，可以操控無人機進行遠距離作業。此外?？低暉岢上駸o人機配置有熱成像H勺紅外鏡頭，可

以對圖像中日勺溫度范圍進行測量，并定位圖像中溫度最高日勺點，對實時掌握火場態勢，以及拯救受

困人員均有較大協助。同步，海康無人機采用云臺自穩定系統，處理了移動設備圖像采集時圖像抖

動、不穩定的難題，不管機身怎么動（例如風有點大），云臺一直可以保持穩定狀態，從而圖像也也

不會出現明顯時抖動。

無人機一般分為軍用級、行業級、民用級。?？档臒o人機就是屬于行業級無人機。行業級無人

機優勢包括如下幾點：

1）整體系統。海康行業級無人機不僅僅是一種單體無人機，而是由機體、地面站、遙控、系

統平臺構成日勺一整套處理方案，可通過原則協議（支持GB28181）無縫接入系統平臺，在指揮

中心可以實時查看無人機采集圖傳回來的現場視頻。

2）行業級服務。海康無人機行業級服務包括：專業培訓、售后服務和產品保險。為客戶和顧

客提供更好日勺應用保障。

3）圖像傳播。海康無人機采集H勺視頻通過數字微波340M傳送到地面站，數傳是采用跳頻

技術，防止“截機”或者由于頻帶干擾導致日勺無人機失控。此外，無人機采集的高速視頻數據流

在傳播的過程當中，信道調制技術采用了目前世界最先進和最具發展潛力的調制技術COFDM

技術，該技術可以將高速數據流通過串并轉換，分派到傳播速率較低的若干子信道中進行傳

播，信道的使用率非常高，并有效地對抗信號波形間口勺干擾，合用于多徑環境和衰落信道中H勺

高速數據傳播。因此該技術尤其適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出等環境復雜信

號難以傳播的劫難救援現場。此外無人機傳播的視頻還通過了AES仝加密，對視頻數據進行了

很好的安全保護，防止信息被截獲導致泄密。

3.3環境監控報警主機

環境監控報警主機可以通過開關量接口跟紅外對射連接，通過4-2（）mA模擬量接口、開關量接

口、RS-485串口與溫濕度、風速、煙感等各類傳感器連接，對多種數據進行匯集，處理成數字信號，

并可以提供向上的接口供指揮中心訪問、管理。

3.4報警系統

考慮到雙光譜熱成像攝像機的價格比較昂貴，提議在每臺雙光譜熱成像攝像機周圍增設一套防

盜報警系統，報警系統分別由報警主機、4個紅外對射及一臺高清網絡球機構成。當檢測到有異常

行為時，報警主機將報警信息傳播到后端平臺，后端平臺我動球機跟蹤目的對象，實時放大現場畫

面，起到防備報警作用。

3.5供電系統

指揮中心采用一般辦公用電，為防止意外停電，中心使用UPS電源，以保證最低8小時持續供電。

前端系統的供電方式重要是太陽能以及風能，采用“風光互補”方式發電，運用風能和太陽能同

步供電C

太陽能供電具有如下特點：

1）配合無線傳播方式可以徹底無線化；

2）無纜式獨立供電，組件靈活、小巧，以便安裝與組網；

3）全低壓直流供電方式，能源運用效率高安全性好；

4）維護費用少造價低；

5）傳播不受距離和地形限制。

選擇過程中還需要考慮太陽能蓄電池的功率，在功率局限性的狀況下一般結合風能發電使用，這

種方式即稱為“風光互補”。

3.6與林區自動氣象站系統對接

視頻監控系統也許需要與林區氣象站系統進行對接，將氣象站監測口勺風向、風速、溫度、濕度

等多種環境量數據與監視系統進行整合，以求最大程度挖掘系統潛力，最大程度提高管理品質，為

客戶發明最大價值。

信息交互

4.傳播網絡

傳播網絡可采用光纖傳播網絡，可將攝像機、鏡頭拍攝的現場圖像實時傳播到指揮中心。

無有線傳播條件日勺前端，采用微波方式，將攝像機、鏡頭拍攝的現場圖像實時傳播到指揮中心。

森林防火監控系統具有特殊的地理環境，傳播方式不也許采用有線或光纜。因比應首先考慮無

線微波傳播方式，無線微波傳播方式施工以便，造價低廉，圖像實時傳播、清晰，并且可根據傳播

距離口勺遠近、現場自然條件的不一樣，其功率的大小可以按規定配制，在遇障礙物阻擋的狀況下，

可采用微波中繼（圖像/數據）系統。

微波是一種頻率超過1GHz日勺電磁波，波長范圍在亳米?匣米數量級，其波長比一般無線電波

更短。微波傳播類似光線直線傳播，是一種視距范圍內的接力傳播。由于微波的波長很短，因此它

不能像中波那樣可以沿著地球表面傳播，由于地面很快就把它吸取掉了；它也不能像短波那樣可以

通過電離層反射傳播到地面很遠的地方，由于它可以穿過電離層逸入太空。由于地球表面是一種曲

面，因此微波只能在視距范圍內作直線傳播，因此決定了兩個微波站之間的傳播距離不能很遠，

般在50km左右，否則將不能獲得較穩定H勺傳播特性。目前使用H勺頻率是2.45G赫茲波段（民用波

段）。

5.指揮中心

各級林場分控指揮中心可管理所轄林區的所有設備，接受由林區上報的I視音頻及環境信息，同

步可以滿足顧客視頻信息查看、林區設備控制tl勺需求。

各級林管局、林業局指揮中心可接受下屬林區上報的I視音頻及環境信息，同步可以滿足顧客視

頻信息查看、林區設備控制的需求。

森工省級指揮中心可接受下屬林區上報的視音頻及環境信息，同步可以滿足顧客視頻信息查看、

林區設備控制的需求。

省級指揮中心由管理服務器、流媒體服務器、視頻質量診斷服務器、級聯服務器、工作站、解

碼設備、顯示設備等構成。通過專網線路和各下屬林管局、林業局指揮中心、各林場分控中心連接。

三、系統特點

4.1.設備防雷擊

系統前端設備除了電源部分采用了必要的防浪涌保護接地等措施外，對云臺等設備自身也采用

了部分防雷擊保護措施，云臺護罩內對所有的信號輸入線路（例如：視頻線路、控制線路、網絡線

路、低壓控制線路）所有■進行了電磁屏蔽和防浪涌保護措施。

4.2.前端防結霧

某些時節輕易發生多云多霧現象，尤其是秋冬時節有恰好屬于防火期，屬于森林火險高發時期。

為了在這段時間保證圖像監控系統運行H勺完好和圖像H勺清晰，所此前端設備H勺防凝霧功能就顯得越

發重要了。

針對上述現象，我們對前端設備采用密封加隔離日勺防于措施，防護等級可到達IP67,內部集成

加熱模塊和風扇，防護罩內部設備不會發生結霧和凝水現象。

4.3.透霧監控功能

林區也許存在多霧天氣，?？低暯Y合安防監控領域H勺視頻圖像透霧的特殊規定，開發了一種

實時視頻透霧技術。該技術基于大氣光學原理，辨別圖像不一樣區域景深與霧濃度進行濾波處理，

獲得精確、自然的透霧圖像。

4.4.火情自動報警

設備運用遠紅外熱成像設備實時探測目的環境日勺輻射強度，通過嵌入式DSP對輻射強度進行分

析.篩選輻射強度比較異常的點,當檢測出有超過設定的熱點閥值時發出報警信號,通過自動報

警裝置產生報警。

熱成像圖像

4.5.火險預警

森林火險氣象預報監測站是為了應對森林火災易發生而進行預警測報的一套高精度數字氣象

站。防火氣象站通過顯示、記錄和氣象數據傳播等方面進行火險預報。森林防火氣象站配有一整套

高性能的傳感器來監視風速風向、降水、空氣溫度及相對濕度。還可測量土壤體積含水量、土壤溫

度、太陽輻射以及其他諸多與森林防火有關的氣象參數。

根據氣象臺提供H勺氣象信息，結合GIS地理信息系統中的森林資源地理信息，運用防火預測模

型，評估各地的森林防火等級，計算出火險等級最高H勺地區，并予關注。指揮中心通過接入森林火

險預報檢測數據實現應急指揮處理v對不一樣等級日勺防火預警執行不一樣的防火指揮應急處理.

4.6.火情指揮處理

指揮中心通過紅外熱成像儀接受到火情報警，可在指揮中心第一時間通過預案顯示目前火情片

區工作人員聯絡方式，地圖顯示附近水資源，撲火隊、瞭望塔、避險區等信息，根據火場狀況、氣

象信息、火點周圍人力資源分布狀況調度人員隊伍。向火場派出人員口勺指揮調度，并在指揮系統的

電子地圖上詳細記錄。并記錄所乘森防工具。

4.7.火點自動定位

監控系統發現火點或熱點自動報警后，運用回傳的數字云臺俯仰角、方位角及站點的地理位置

信息（經緯度），計算出火點的詳細位置。

目前端雙光譜熱成像攝像機發現火點時，在GIS系統中，標識出火點日勺對應位置，并用閃爍日勺

方式予以提醒。

4.8.報警信息記錄

系統支持報警記錄功能，提供對平臺報警數據的記錄分析，分析口勺成果通過圖表方式展示。支

持報警記錄報表時間粒度：年、月、周、日，記錄對象：按報警事件、報警級別。

系統支持報警信息統一展示，提供專用報警中心，集成展示實時報警、歷史報警數據?，包括報

警有關的視頻、錄像、圖片信息。

四、成功案例

5.1.西寧南北兩山綠化區“三防”智能管控項目案例

本項目規模包括熱成像重載云臺25臺、星光級高清球機96臺、手持單兵73臺、動環主機9

臺、風光互補發電系統96套;后端包括中心存儲、6