森林防火预警监控系统解决方案
概述
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，是人类生存必备不可或缺的资源之一。随着经济的发展，社会的进步，人民生活水平的提高，大家对环境的要求也越来越高。空气质量、生态环境的好坏，直接影响着居民的健康状况和生活质量；也直接影响城市经济的可持续发展。而森林正起着净化空气、调节气候、防止水土流失、维持物种多样性、涵养水源等重要作用。所以政府为了扩大林区面积，每年都会投入大量的人力、物力、财力用于植树造林。然而就在森林资源不断发展壮大的同时，也遭到不同程度的破坏。这种破坏主要来自两方面：一方面是人为破坏，主要是不法分子为了眼前利益进行局部的乱砍、乱伐，它造成的损失是有限的、可控的；另一方面是天灾导致，例如病虫害、火灾等，病虫害造成的损失是巨大的，但其发展蔓延有一个过程，可以进行有效的预防。但森林火灾造成的损失是巨大的、毁灭性的、不可控的，同时它的发生也是随机的，要使森林资源发生火灾的损失降低到最低，必须将火灾扼杀在萌芽状态，即做到火情的早发现早扑灭。
需求分析
森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有发生火情，能否在短时间内以最快的速度进行扑救，主要取决于发现的及时性与准确性、扑救决策的合理性。为此国内外都在预防、减少和控制森林火灾方面进行积极探索和研究。
国外森林防火报警技术：
德国：德国投入使用的森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要120-130套，约1000万欧元。
美国：护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻。美国利用“大地”卫星在离地面大约705
公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。
加拿大：加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出某一林区局部温度上升到150℃～200℃，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火.同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时5000-6000加元。
国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。我国传统森林防火采用的监测方法：
●地面巡护
地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入瞭望塔观测的死角进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。
●瞭望塔监测
瞭望塔监测，是通过瞭望塔来观测是否发生林火以及火灾发生的地点，它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足：是无生活条件的偏远林区不能设瞭望塔；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，死角和空白区域观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；所以瞭望是一种依靠观测员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。另外观测员人身安全受雷电、野生动物等的威胁。
●航空巡护
航空巡护，是利用巡林飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动性强、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时飞机难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，况且租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。
基于现阶段存在的问题进行分析，相关林业部门引进了能够对林区的资源进行大范围、大视野、全天候实时监测的林业视频监控系统。该系统通过智能化的森林防火预警手段，不仅可
以实时监看和记录数公里范围内的森林资源，同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，实现了由传统的人工监测转变为由机器自动监测。自动识别林区内的烟火并报警，并且能对火点的位置进行定位，通过这种方式可以解决现阶段我国森林防火不足的情况。
针对森林防火的现状及需求，各大视频监控厂家纷纷推出了自己的森林防火方案，总体而言，主流森林防火系统大概分为以下两种：
1.视频烟感图像分析技术
烟火识别系统是利用长焦镜头加网络高清摄像机，将摄像机采集到的视频图像经编码压缩传输至监控中心的服务器，服务器上的烟火识别处理软件通过对烟、火的颜色、形状、轮廓、纹理、运动特征以及光谱特征、空间几何特征等多种因素的智能分析，自动判定是否发生火情的解决方案。
系统优点：
由于其探测识别依赖于后台服务器上的视频图像识别软件，因此在近距离监测环境下其灵敏度较好，识别准确率普遍较佳。
系统缺点：
?夜间失去图像的烟火识别系统无法做出有效预警；
?山沟、山背等被遮挡的地方，不容易探测到；
?烟火识别软件难以区分自然云雾与烟火；
?阴天、恶劣天气环境影响系统正常识别运作；
?一般工厂烟囱、耕种烧荒等已知热源会持续误报，误报率较高；
?视频图像在编码压缩及传输过程中难免引进噪声信号，误报率大幅提升；
?涉及到的定位、火情报警、火势分析等等，数据运算量大，对监控中心服务器配置要求非常高，费用昂贵。
2.红外热成像的视频分析技术
红外热成像的视频分析技术是利用热成像原理，通过被动接受物体发射的红外线，将被测目标物体表面的红外辐射转变成视频信号，并以此来监测火灾及其它异常事件。由于红外热成像系统是被动接受目标自身的红外热辐射，与气候条件无关，因此无论白天黑夜均可正常工作。
系统优点：
?测温型热成像实现真正意义的全天候监控；
?快速识别火情，避免出现烟雾或火源时再报警，真正实现对林火的早发现、早扑灭；
?红外热成像监控系统能穿透浓雾等恶劣天气，清晰成像。
系统缺点：
?监测距离短；
?对已知热源无法进行屏蔽，误报率和漏报率较高；
?火情识别触发面积大；
?探测到的仅仅是热轮廓黑白画面，即使报警，监控人员很难准确找到火情发生地点，让领导决策救火难度加大，不能做到火情现场画面再现。
以上两种主流的森林防火方法，虽然将森林防火从单纯的人力防范上升到人防、物防、技防相结合的阶段，但是还面临着很多挑战，比如：
无论是模拟视频监控系统，部分或完全数字化网络化的视频监控系统，都具有一些固有的局限性：由于人类自身的弱点，易导致漏报。一般在很多情况下，人类并非一个可以完全信赖的观察者，他们在观察实时视频流或观察录像回放的时候，由于监控人员个体条件的不同以及自身生理上的弱点，经常无法察觉到安全威胁，从而可能导致漏报现象的发生。
除了一些规模较小的视频监控应用之外，很少有视频监控系统会按照1∶1的比例为监控摄像机配置监视器。因此，对于大型的视频监控系统，各个监控点并非每时每刻都处于监控当中。
数据分析困难。报警发生后对录像数据进行分析通常是安全人员必须要做的工作之一，而误报和漏报现象则进一步加剧了对数据分析的需求。安全人员经常被要求找出与报警事件相关的录像资料，找到肇事者、确定事故责任或评估该事件的安全威胁。由于传统视频监控系统缺乏智能因素，录像数据无法被有效地分类存储，最多只能打上时间标签，因此数据分析工作变得极其耗时，并且很难获得全面的信息，而经常发生的误报现象使无用数据进一步增加，从而给数据分析工作带来更大的难度。
响应时间长。对于安全威胁的响应速度关系到一个安全系统的整体性能。传统的视频监控系统通常都由安全工作人员对安全威胁作出响应和处理，这对于处理一般性的、实时响应要求较低的安全威胁来说已经足够。但是很多情况下，在威胁发生时，需要安全系统的多个功能部分，甚至多个安全相关的部门在最短的时间内协调配合，共同处理危机。这时候，监控系统的响应速度将直接关系到用户的人身或财产的损失情况。
监控中心管理服务器过忙。由于整个森林防火及林业资源管理预警系统都由监控中心的管理服务器进行运算和管理造成管理服务器运行过慢，影响管理服务器的运行寿命。
针对以上问题，迫切的需要一种打破传统思维模式的全新理念的远距离森林防火监控解决方案。
针对传统森林防火监控系统的现状，公司高瞻远瞩，结合自身优势及多年行业经验创造性的提出了新一代森林防火理念，采用双光（可见光+热成像）设计，3275高清一体化摄像机的出现对以上问题迎刃而解。此时，森林防火大致经历以下阶段的发展：
森林防火及林业资源管理预警系统历史发展图
安星公司2000产品专为高端电力森林防火监控系统设计，配备高性能测温型红外热成像模组和高清长焦可见光摄像机模组，搭载360°全方位高速数字云台，内嵌火情识别模块，采用独特的数字远红外热像仪的裸数据技术将热成像采集到的原始的测温数据在前端直接进行分析，将分析结果直接传到后台服务器，热成像可监测到5公里处2米×2米的木质火源，避免了以往采用纯视频分析算法的缺陷，提高后台服务器的工作效率的同时，降低了硬件成本和误报率，这在同行处于领先地位。
系统设计
根据项目的要求和国家有关法规的要求，我们经过认真研究、分析设计本系统方案。该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。为实现森林防火监控系统的可视化管理奠定了基础。
系统设计原则
1、先进性原则
系统应充分考虑科学技术的迅猛发展趋势，应用国内外业界较先进和标准的主流技术来保证智能化系统各项功能的实现；采用“现代化计算机网络信息科技”智能化相结合的系统结构，使得系统可以方便灵活地在处理能力、系统容量、功能点等方面进行扩充和升级换代，从而确保系统可以支撑未来一段较长的时间内形势和业务发展的需要。
使用无线传输设备，没有布线的烦恼，不破坏原有环境设施，施工周期短，性价比高，且扩充性强，只要增加或减少被监控点的无线桥接器，就可以完成被监控点的增加或减少。
模拟监控、有线网络数字监控、无线数字监控对比：
传统或同行森林防火摄像机和双光高清一体化摄像机对比：
2、实用性原则
系统的设计应遵守实用性原则，人机互通原则。以监控各信息系统作为指挥和通知的主要手段，为其它的各项职能提供所需的信息。系统的输入设备和系统软件还应具有良好的操作性，使一般文化水平的防护人员，在略懂电脑操作的情况下通过基本的培训就能掌握系统的操作要领，达到胜任值班和监控任务的水平。
3、可靠性原则
系统采用“现代化计算机网络信息科技”技术相结合的方式，在关键节点保证系统的可靠性；采用成熟的技术和优质品牌的配套设备，并充分考虑系统实施地点和使用环境进行选择，以提高系统的可靠性和使用寿命；系统设计时还应考虑数据的备份保存和快速恢复，以便在系统出现问题时能以最快的速度恢复正常运作。
4、可扩展维护性
系统采用的硬件设备及软件系统产品应支持国际工业标准以及行业相关标准，以便能和不同厂家的开放型产品在同一系统中共存。在系统设计中，应选择具有可扩展性的系统结构，特别是通过模块化设计的设备和可升级的系统软件，使系统能灵活增减或更新各个子系统的功能来满足各项职能发展的需要。
5、安全性和保密性
在系统设计中，既考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的保护和隔离，因此系统应分别针对不同的应用和不同的通讯环境，采取不同的措施，包括系统安全机制、数据存取的权限控制等。
由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，因此与有线线缆不同，任何人都有条件窃听或干扰信息，因此在无线局域网中，网络安全很重要。常见的无线网络安全方法有：物理地址（）过滤、连线对等保密（）等。
森林防火监控解决方案总体架构
1、系统架构
本系统以现代地理学、大气学、林学、火灾学等为理论基础，以地理信息系统（）、遥感（）、全球定位系统（）、空间决策支持系统以及计算机网络、现代通讯技术等为技术支撑，突破传统的林火预防和扑救模式，运用系统工程的理论方法，融专家经验、现代信息技术、科学计算为一体。本系统由前端视频、音频、数据采集系统、传输系统、防火指挥中心三大部分构成。前端视频、音频、数据采集系统包括：音视频报警采集、供电及防雷接地、铁塔基建等
系统构成。软件系统包括：操作系统软件2008 、数据库软件、地理信息系统、林火识别报警系统等组成，还包括一些二次开发软件。
森林防火预警安检系统前端设备采用208长焦电动一体化摄像机、35测温型热成像、火情识别分析处理工控版、360°全方位数字云台、高密封防护罩构成，火情识别分析处理工控板将热成像采集到的原始温度裸数据进行前端就地分析，一旦发现火情实时告警，运用数字云台转动的方位角和俯仰角、镜头焦距结合后端管理软件平台实现火点自动精确定位，传输链路将前端摄像机、热成像的视频图像、火情告警信号、热图像传输到指挥中心进行统一监视、存储、管理的一套综合性的森林防火监测系统。
多子系统构成，系统拓扑图如下所示：
注：由于卫星传输成本非常高，国内目前采用此种传输方式的基本很少。主要以无线微波和光纤两种传输方式为主。
系统架构由以下几部分组成：
?前端热点探测及辅助系统
前端热点探测主要包括：40倍（5.3-208）长焦一体化透雾摄像机、35测温型热成像、数字云台、火情识别分析处理工控板、高防护强密封防护罩、设备防盗报警子系统、供电子系统、光纤或数字微波传输子系统、基站防护子系统、铁塔（立杆）基建、防雷接地子系统等构成，是实现火情预警安检系统的前端视频图像采集、火情识别并自动报警的核心所在。
?网络传输
网络传输采用基于网络的数字化传输网络，主要包括：有线传输和无线传输2种方式，有线传输主要由单模光纤和光纤收发器构成，无线传输系统包括前端数字网桥发射、中继、中心机房网桥接收，网络传输是实现前端监测点视频图像、火警分析数据到监测中心机房的必须链路，是构成森林防火远程监测系统的重要组成部分。
?后端监控管理平台及输出显示
后端监控中心由数字网桥接收、森林防火数据库管理服务器、地理信息系统客户端、拼接电视墙、服务器、流媒体服务器、存储服务器、视频综合管理平台、报警管理服务器、机房防雷接地、等构成，为工作人员在指挥中心对森林基站设备进行远程集中观测、控制、取证等提供了保证。
2、系统优势
深圳市数字系统有限公司森林防火采用数字远红外热成像仪的裸数据技术，将测温型红外热像仪芯片上每个电平点的灰度裸数据直接导出，通过在不同物距的海量点火测试计算出每个电平灰度与其对应的辐射量，通过核心算法的开发，计算出不同像源数据之间的差值，设定动态阈值判断火情事件对应的像点间色深/位置的真实变化以进行火情监测。工作场景与气候条件无关，因此无论白天黑夜均可正常工作。数字远红外热像分析技术不但具备了红外视频分析技术的所有优点，而且具备红外视频分析技术无法实现的优点。
系统优点：
?前端高灵敏度测温型热成像加长焦200万网络高清一体化摄像机双光谱监控设计，配合自主研发的森林防火专用高精度软件，监控距离更广更远，仅用35热成像即可监控半径5内2m×2m的木质火源；
?为了防止传统森林防火传输系统、后端的分析服务器、监控主机等设备数据处理量大，运
行过忙造成卡机和系统的误报与漏报，前端摄像机内嵌火情识别分析工控板，对原始温度数据进行前端就地分析，解决了传统或同行将原始温度数据编码压缩传输到监控中心服务器再分析导致误报率高的问题，同时对后端服务器的配置要求大大降低，减轻后端运行负荷提高了设备利用率，降低了误报率，有效降低了后台服务器硬件成本；
?采取以热成像温度探测为主，可见光烟感分析为辅的手段，有效解决了山沟、山背等遮挡处的发生火灾检测不到的情况；
?火情识别迅速，360度视场扫描时间5分钟左右，远远超过同行的20-30分钟扫描一圈，在同行业中遥遥领先；
?软件设置屏蔽视频界面内的静态干扰源，并通过热源持续时间、位置等参数屏蔽动态干扰源，使系统接近零误报；
?支持自动巡检与主动告警功能。监控终端支持全范围的自动扫描、指定范围自动扫描、手动扫描功能，定时设置扫描和闲时设置扫描功能。支持对火情判定的主动告警功能。
?支持数据分析功能。此系统可以进行历史信息检索功能，监控数据、异常数据和报警信息会自动存储在相对应的设备数据栏目中，可以实现快速准确的调用相应数据进行分析。?站点软件仿真功能，通过三维模型和准确的高度数据库，我们可以在系统的地理信息系统上进行软件仿真所有建设站点的可视范围，做到系统识别盲区可视化，大大降低了选点与勘测成本。
?数字远红外热成象的裸数据分析技术能分析出热源周边像源的色深变化，找到被树木、树冠遮挡的热源。
系统缺点：
?单点造价略高于红外热像仪建点与视频烟感建点，但综合性价比最高；
3、系统功能
1.系统具备精确的火情探测预警能力：在覆盖范围内实现0漏报。具备45度的广阔视场，能迅速发现火情与超温目标。
1.7公里处轻松捕捉篮球大小的火源
2.系统具备对多种目标的测温与超温预警功能：系统具备对不同的目标分别设置不同的预警阀值，增加预警的灵敏度和降低误报。例如系统针对棉质/木材/纸张可实现燃点预警(90℃/130℃)，防患于未燃；针对客户资源与设施可实现高温保护(55℃)，保护设备正常运行。
3.系统具备可靠的静态屏蔽功能：能杜绝所有已知干扰源产生的误报，如早上升起的太阳和落日，这时候的太阳光会平射到热成像镜头造成误报。
4.系统具备卓越的动态屏蔽功能：能屏蔽所有的移动、抖动误报。如正常经过的车辆，绽放的烟花，古城巷道中的吸烟者等，更加保证系统的稳定性。
烟头抖动或移动不告警烟头丢弃在地上系统告警
5.系统具备便捷的告警温度分区设定功能：系统在同一画面中可分区设定告警温度，并自动识别目标物进行预警。
2个不同材质目标的测温更多热源的测温与超温告警
6.系统可适应任何环境：全天候实时在线监测，黑夜或雾霾条件下仍能正常工作。有效分辨800米处的车辆与300米处的人员。
7.系统具备精准的人车捕捉功能：无论雾霾还是黑夜，全天候的人车越界与防盗智能监测。
8、系统具备完整的平台管理系统：管理人员能使用电脑或手机客户端完成有的站
点管理功能，可使用接入现场视频，获取现场事件图片,可将报警信息自动推送到
微信上，第一时间知道火情状况（该功能为选配)。
电脑客户端页面微信接收报警功能
9.系统功耗低，具备优良的兼容性与扩展性：系统内置交换机芯片与基于11的核心处理单元，实现了前端处理架构。系统可根据客户需求进行各种定制化开发，通过各种接口和协议自由接入业主现网系统。系统功耗仅25W，重量8.35，可自由组网，根据实际情况搭配各种供电与传输方式。
系统采用国际领先的硬件设备与标准：系统使用国际通行标准进行视频输出与管理，可对接各种上层平台(如海康、大华)，我们基于2芯片研发的红外热像仪温敏高、性能强劲，具备业界最强的红外视频数据采集能力。系统防护等级66，使用军用航空接口+三通缆输出，
同时支持数字网络输出、485串口与12V供电。沁园春·雪
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，欲与天公试比高。须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。俱往矣，数风流人物，还看今朝。
10.