紅外熱成像網絡智能監控預警系統在森林防火中的應用及方案設計
一、前言：
隨著現代高新技術在安防行業的不斷應用，數字視頻和智能識別技術的日趨成熟，互聯網寬帶技術及傳感技術的發展，安防監控技術已由傳統的模擬走向數字化、網絡化、智能化和高度集成化，這一切都顯示了人們**防范意識的提高。目前，大多數視頻監控都采用可見光攝像機實現，但是采用可見光攝像機的監控系統對于夜間遠距離或惡劣天氣下的**防范總顯得力不從心。而紅外熱像儀作為一種先進的高科技設備，由于它有著利用溫度差來成像的無可替代優勢，已在遠距離**防范、森林防火等方面發揮著日趨巨大的作用。
二、紅外熱成像原理及成像技術：
我們知道，在自然界中一切溫度高于**零度(-273.16攝氏度)的物體無論在什么環境下都在不斷地輻射著紅外線，這種現象我們稱為紅外熱輻射。紅外線具有兩個重要的特性：(1)物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關，物體的溫度越高，紅外熱輻射的能量越大。(2) 大氣、煙云等會吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。 紅外熱像儀是以感知物體表面溫度而成像的，利用紅外線這兩個重要特性，紅外熱像儀可以在完全無光的情況下清晰地觀察到所需監控的目標，所以紅外熱成像技術能真正做到24h全天候監控。
紅外熱像儀就是利用紅外探測器、光學成像物鏡接收被測目標的熱紅外輻射信號，探測儀器通過測量目標本身和背景間的紅外輻射差（溫度差）得到不同熱紅外線形成的紅外熱圖像。紅外熱圖像和可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的可見光圖像，而是被測物體表面溫度分布圖像。因此，紅外熱像儀能在完全無光、距離較遠等情況下對物體成像，它不僅可在黑暗中觀測，而且可以在濃厚的煙幕、云霧等惡劣氣候條件下探測到目標。
三、森林防火監控領域的現狀與發展趨勢：
隨著我國造林事業的不斷發展，林業面積、林業蓄積不斷的增加，做好森林防火工作是保護現有森林資源加快林業發展的前提和基礎。森林火災是林業的重要災害之一，具有突發性、隨機性、短時間內能造成巨大損失的特點，一旦有火警發生，必須以極快的速度采取撲救措施，撲救是否及時，決策是否得當，大都取決于對林火行為的發現是否及時。因此，采用先進技術，用高科技手段來加強森林防火工作，在*短的時間內作出決策和調度，從而為森林滅火贏得寶貴時間，*大限度地減少損失是森林防火管理發展的必然趨勢。
現代高新技術的應用發展使得森林防火也開始實現數字化和網絡化的監控管理。目前，國內許多省市林業部門都開始著手建立基于有線或無線遠程視頻監控的森林防火監控系統。現有的視頻監控系統主要由數字網絡遠程監控系統組成，包括一個監控管理指揮中心和多個遠程監控點，這種通過數字網絡形成的視頻監控系統對比過去人工監控有了很大進步。
四、現階段森林防火監控所采用的主要手段及其優缺點
1、 瞭望塔人工瞭望
人工瞭望是*常規的監控手段，但他存在著夜間與霧天不能觀測的缺陷，同時也存在著人為失誤這一不可預估因素，其可能造成的損失是*大的，這是一種局限性和不穩定性*大的監控方式。
2、 CCD視頻監控
采用CCD視頻監控，一般只有白天才能發揮其應有的作用，晚上和濃霧籠罩的時間里，CCD的監控將失去作用。這樣的監控方式雖然可代替人工，但它的局限性也是顯而易見的。同時CCD監控報警還存在著響應時間長的缺憾，在森林監控過程中，CCD監控必須看見明火才可能觸發報警，而且報警信息可能是在林火燃燒已經很大時才被發現，容易錯失*佳的救火時機。
3、 激光夜視視頻監控
激光夜視監控，完善了CCD監控不能夜間觀測的問題，但它夜間觀測由于是靠激光照明，激光照明雖然照射距離遠，但照射范圍卻很窄，容易造成漏測，不利于遠距離大面積監控。除此之外，激光夜視監控的其它弊端和CCD監控是一樣的。
以上的監控方式都會導致整個監控系統在預警性和實用性能上的降低。
4、紅外熱成像監控系統——森林防火監控領域的*佳方案
紅外熱成像監控系統結合現代化的網絡傳輸技術，可實現信息的實時監控和遠程傳遞，打破環境，區域和距離的限制，真正實現遠程實時的信息資源和后期軟件智能識別分析的同步共享，達到了高效保障人們的生命和財產**目的。使用紅外熱成像監控技術的優勢還體現在以下方面：
首先，紅外熱像儀的成像原理是靠溫度差來成像的，只要被測物體有0.06—0.08度的溫度差，紅外熱成像監控系統就可把它區分出來并成像直觀顯示，這一特性正好滿足了森林防火監控需要觀測林區上空的細微溫度變化需求。
其次，使用紅外熱成像監控系統可以真正實現全天候監控，特別是夜晚其觀測效果與白天一樣甚至更好。
再次，紅外熱成像監控系統同樣可以實現CCD監控的報警、傳輸手段（網絡或無線傳輸），而且發現火警時間要比其它監控手段提早很多，紅外熱像監控可以在林火還在地面燃燒時就被及時發現，不必肉眼看到再報警，因為林火還在地面燃燒時所產生的熱量，足以改變林區上方的溫度平衡狀態，這點溫度變化紅外熱成像監控系統是能夠即使發現并報警的。
*后，在有霧的天氣里，紅外熱成像監控系統能穿透濃霧，清晰成像。這一優勢遠比普通的CCD監控更為突出，特別適用于山林的重點防火區域監控。
以往紅外熱成像監控系統存在的不足。紅外熱像儀是靠溫度的變化來實現成像與報警的，但由于紅外熱像監控溫度變化與觀測距離，日夜溫差，春夏秋冬的季節變化有著密切的關系，所以在設定報警溫度值時很難找到一個固定不變的常態參數，以適應上述變化的報警需要。
廣州賽默信息科技有限公司經過多年摸索與攻關，研發出一種專門數學模型的模糊算法，其報警參數可以跟隨上述環境變化的因素而自動調整，達到不同距離、不同時間、不同季節都能自動報警的目的。
五、Thermo紅外監控系統在森林防火應用優勢
紅外熱像儀以其“透煙透霧，日夜兩用”，對溫度場敏感等先進的特性越來越引起相關業界人士的關注。其在安防監控、變電站監控等領域的應用逐漸普及，并被人們所認可。而反觀森林防火監控的紅外熱成像技術的應用，則極少人熟悉。究其原因，主要有以下方面：1、森林防火監控的距離遠，地域遼闊，對紅外監控產品的技術要求極高，由于距離遠可能產生的溫度檢測誤差是不可避免的，這也是人們擔心的因素之一。2、監控的報警參考數值一般會受季節及晝夜的溫度變化而難以隨機設定，這就對紅外熱像監控產品能在不同季節準確地顯示溫度，并**報警產生難度，對于一般的紅外監控軟件是難以實現的，它只能像CCD監控一樣看到火了再報警，人們很難確定一種方法去實現多變環境因素下的**報警。
廣州賽默信息科技有限公司針對以上情況，專門組織技術研發團隊攻關，開發出一種**的數學模型模糊計算法。這一算法能針對不同的環境參考溫度去自動修訂溫度報警值，報警值能隨季節溫度變化不同而隨機變化，以確保監控系統的報警**度。
Thermo紅外熱成像網絡智能監控系統采用當今*先進的計算機壓縮技術和網絡傳輸技術開發而成，僅用一根網線將監控探頭形成的多路CCD圖像和紅外熱圖像傳輸應用于森林防火監控中，能實現與原森林監控系統的相互補充，提高火焰的檢測成功率和森林防火的預警能力。
當森林火災初發時，火焰產生的煙霧很大，往往遮蓋了真正的著火點以及火災的蔓延趨勢。因紅外熱像儀本身具有很強的穿透煙霧的能力，故可有效地發現被監控范圍內真正的著火點和火災蔓延趨勢，特別是在著火初期，火在樹林下面燃燒，其燃燒所產生的熱量往上升，會在樹林上部形成相對高溫區域，由于紅外熱像儀是靠溫度差來成像，被觀測目標只要有0.08度的溫度差就能分辨并成像，所以哪怕是在森林火災發生的初期，紅外熱像儀也能及時準確的撲捉到著火點上方的相對高溫區域，及時發現火災隱情，及時自動報警，為火災盡早撲救贏得時間。在救火過程中森林火災在地面火被撲滅的情況下，地下往往還存在地下火，因此，經常會死灰復燃，紅外熱成像監控系統通過在遠方監控火災后森林表面的溫度，可及時發現地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點和蔓延方向趨勢，能使森林火災快速地被消滅在萌芽階段。由此可見“Thermo紅外熱成像網絡智能監控預警系統”在森林火災預警監控中有著獨特的優勢和不可替代的作用。
六、解決方案設計：
方案一、網絡實時監控智能預警系統（重點推薦）
本方案可以網線連接，也可以介入無線路橋系統與主控室連接
本方案是針對森林防火等遠距離溫度監控目標而研發出的新一代紅外熱成像網絡實時監控系統，該系統除具備紅外熱成像的基本測溫報警功能外，還采用了*新的互聯網傳輸技術，使每個紅外熱像監控頭都配有一個IP地址，通過互聯網就可實現對監控區域的控制與參數設定，可實現不同地域，任意地點，多監控頭（1—300個監控頭）的遠距離實時監控，同屏幕報警顯示。系統采用模糊算法自動測溫報警，報警準確迅速，可實現不同距離、不同時間、不同季節都能自動報警的目的，同時還可在監控屏幕上書寫監控區域名稱與應急撲救預案編號，便于發現火情時迅速查找行動預案。本系統可靠性高，報警迅速，是森林防火聯網監控系統的理想工具。
系統組成：
前端設備：前端設備由紅外熱成像網絡監控頭和云臺組成。
網絡傳輸：對有條件的地方可采用網絡光纖傳輸，條件惡劣的地方可采用接入無線網橋系統傳輸。
林火監控中心：林火監控中心由中心服務器、顯示終端、軟件平臺構成，可向指揮調度人員提供**的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現場實時圖像，并可實現火情自動報警。
系統特點：
1、紅外熱成像IP網絡監控頭，世界任何地點都可通過互聯網訪問該監控點；
2、采用了*新研制出的模糊算法，大大提高了系統的報警靈活性與準確性；
3、林區溫度分布自動識別，可隨意設定報警溫度數值發現超溫火情自動報警；
4、可對監視圖像進行實時錄像、抓拍、存儲、回放、進行分析處理；
5、前端和監控中心具有語音對講功能。前端的智能圖象處理單元可提供音頻接口，用戶在前端能方便地呼叫監控中心，中心端可做語音廣播；
6、可任意在每個監控屏幕上書寫監控區域名稱或應急預案代碼，發現火情便于準確及時的啟動防火預案。
7、當架設布線困難時，可采用太陽能方式進行供電。太陽能設備包括：太陽能光電池、控制器、蓄電池和逆變器。
系統連接圖片：
系統可實現方案：
“Thermo紅外熱成像網絡監控智能預警系統”可實現以下三種監控模式：
1. 林區監控（適合單個林區使用）：監控人員通過監控計算機連接森林防火局域網或森林防火系統廣域網來對林區的紅外監測器進行24小時自動實時監測和控制。
2. 區域監控中心（適合地市局對所轄多個林區同時監控）：監控人員通過區域監控中心對森林紅外防火監測器進行24小時監控。區域監控中心主要由監控服務器、監控數據庫、海量數據存儲設備、監控計算機等組成。一個區域監控中心可同時對多個林區的紅外監測器進行實時監控（注：一個監控中心可監控林區的個數取決于森林防火系統廣域網絡的帶寬）。
3. 廣域監控（適合省、網局對下級轄區內林業監控系統運行設備**狀態進行監控和管理）：監控人員通過互聯網對林區進行24小時監控。監控計算機可通過互聯網與選定的區域監控中心連接，實現對選定的林區進行實時監控。監控中心可通過互聯網或電信網以圖像、短信、電子郵件等形式向監控人員提供報警，向森林防火管理機構提供各種統計報告。
方案二：雙通道網絡實時監控系統
本方案的應用前提是必需通過有線網絡與主控室連接
廣州賽默信息科技有限公司研制開發的雙通道網絡智能監控預警系統，主要由前端監控頭、網絡傳輸、計算機分析報警等部分組成。系統采用了先進的計算機壓縮技術與網絡傳輸技術，只需通過RJ45標準以太網通訊接口，僅用一根網線就解決了多路紅外熱像與CCD圖像的數字化實時傳輸和圖像融合等問題，實現對監控林區內所有目標進行全方位實時監控，系統一旦檢測到火災隱患，則立刻顯示報警信號，并能為監控指揮中心提供準確的時間、地點、災情情況及詳細的圖像信息，以便指揮中心及時做出響應決策。
Thermo網絡智能監控預警系統除可單獨構成一個監控系統外，也可并入用戶已有的在線檢測系統、CCD圖像監控系統、防盜防火報警系統中，考慮到用戶舊有系統可能存在的一些問題，我們還開發出配套圖像處理和溫度數據分析處理軟件系統。針對專業用戶我們還可提供支持多種軟件開發語言（如：C，C++，C#，VB，Power Builder，Java等)的紅外熱圖像分析和處理軟件開發包（SDK），向用戶提供了軟件二次開發環境。
系統組成：
主機：雙通路全天候監控頭（含高性能紅外熱像儀和CCD攝像機）。
云臺：室外全方位監控專用云臺。
軟件：具有配套的紅外圖像處理、記錄與報警軟件：① 可以自行設定分析和采集功能；② 可以實現多條件組合報警管理功能，并給出聲、光報警信號；③ 可以設定觸發條件，自動/手動對紅外圖像進行拍攝和回播；④ 可以對所錄制的圖像進行后期分析；⑤ 可以方便地檢索、查找錄像及報警記錄；⑥可自動生成圖像處理分析報告。
系統特點：
1、監控預警系統由計算機網絡構成，具備一線通特點，可以通過RJ45標準以太網通訊接口實時傳輸包含全部溫度數據的紅外視頻信號(384×288點陣，16位數據，每秒25幀以上)，從而大大地降低安裝費用；
2、監控預警系統提供了可視和紅外圖像混合監視和融合功能；提高火災隱患的定位率；
3、紅外熱圖和可視光圖是以數字格式實時地傳輸，提高了監測的精度并可對傳輸的紅外熱圖像離線再分析提供了可靠依據；
4、實時多通道或多種檢測器進行混合監視功能；
5、可對監視圖像進行實時錄像、抓拍、存儲、回放、實時進行分析處理；
6、自動火災檢測報警，火警報告自動生成功能，可對溫度變化或趨勢進行分析；
7、系統具有火災自檢、報警、自恢復，提高系統的可靠性和可維護性。
系統可實現方案：
“Thermo紅外熱成像網絡監控智能預警系統”可實現以下三種監控模式：
1、 林區監控（適合單個林區使用）：監控人員通過監控計算機連接森林防火局域網或森林防火系統廣域網來對林區的紅外監測器進行24小時自動實時監測和控制。
2、 區域監控中心（適合地市局對所轄多個林區同時監控）：監控人員通過區域監控中心對森林紅外防火監測器進行24小時監控。區域監控中心主要由監控服務器、監控數據庫、海量數據存儲設備、監控計算機等組成。一個區域監控中心可同時對多個林區的紅外監測器進行實時監控（注：一個監控中心可監控林區的個數取決于森林防火系統廣域網絡的帶寬）。
3、 廣域監控（適合省、網局對下級轄區內林業監控系統運行設備**狀態進行監控和管理）：監控人員通過互聯網對林區進行24小時監控。監控計算機可通過互聯網與選定的區域監控中心連接，實現對選定的林區進行實時監控。監控中心可通過互聯網或電信網以圖像、短信、電子郵件等形式向監控人員提供報警，向森林防火管理機構提供各種統計報告。
產品圖片及系統拓撲圖：
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