CN117037406B - 一种森林火灾智能化监控和预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种森林火灾智能化监控和预警系统，属于森林火灾监测领域，解决了如何智能化对森林进行火情的精准监控以及预警防患的问题；通过地形图像信息叠加单元根据目标监测森林的地理位置坐标信息生成林场地形图，将环境信息和地区气象信息叠加在林场地形图相应网格区域位置；通过火情预测单元对目标检测森林地区的自然火灾发生系数进行计算，与预设阈值比较；通过图像处理单元对视频图像信息进行处理，输入至识别火焰特征的神经网络模型，输出图像是否有火焰特征的识别信息；通过火灾预警单元对火情风险级别进行判断；通过定时巡检单元定时发送定时巡检工作至火情监管后台；火情监控后台对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理。

Description

一种森林火灾智能化监控和预警系统

技术领域

本发明属于森林火灾监测领域，具体是一种森林火灾智能化监控和预警系统。

背景技术

森林火灾在世界各地常见的林业严重灾害之一，随着科学技术的发展，人们对森林火灾的防范采取了智能化的手段。

现有森林防火的主流方案是采用光学摄像头进行监控，气象合适时能够准确识别明火和烟雾，识别距离远、范围大，设备成本相对交底；但会受气象影响，往往存在夜晚不能识别烟雾以及能见度较差的天气识别距离不足。或采用红外摄像头进行监控，能够精准识别火焰，不受气象条件影响，但是不能识别烟雾，监测范围较近。目前还采用基于图像的机器学习模型对火焰、烟雾等火警关键因素进行识别，并发布预警信息，但该模型目前存在较高的误判，且对于离摄像头较远且无法直接拍摄到火焰的位置，监测难度较大。

为此，本发明提出了一种森林火灾智能化监控和预警系统

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种森林火灾智能化监控和预警系统，该一种森林火灾智能化监控和预警系统解决了如何智能化对森林进行火情的精准监控以及预警防患的问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种森林火灾智能化监控和预警系统，包括：信息采集模块、云平台以及火情监控后台；

所述信息采集模块用于对目标监测森林的环境信息、地区气象信息、视频图像信息以及历史火情信息进行采集获取，并发送至云平台；

所述云平台用于对获取的信息进行存储和分析处理；所述云平台通过信息存储单元对获取的信息进行存储；通过地形图像信息叠加单元从GPS系统或北斗定位系统获取目标监测森林的地理位置坐标信息，并生成林场地形图，将目标监测森林的林场地形图按照面积平均划分为若干个网格区域，并对各个网格区域进行编号标记，将获取的环境信息和地区气象信息叠加在林场地形图相应网格区域位置；通过火情预测单元对目标检测森林地区的自然火灾发生系数进行计算，若大于等于预设阈值，则发送相应网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；通过图像处理单元对视频图像信息进行处理，并输入至由前期建立的识别火焰特征的神经网络模型，若输出的图像有火焰特征的识别信息，则发送相应网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；通过火灾预警单元对获取的预警信息进行火情风险级别进行判断，输出判断结果至地形图信息叠加单元和火情监控后台；通过定时巡检单元将获取的历史火情信息进行分析，获取到以往发生火情的季节、时间段以及对应的网格区域位置，若到达相应的季节或时间段，则发送在相应的季节或时间段进行对应网格区域位置的定时巡检工作信息至火情监管后台；

所述火情监控后台用于对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理。

进一步地，所述环境信息包括目标监测森林内的实时现场温度、实时现场相对湿度以及实时烟雾浓度；所述地区气象信息包括目标监测森林所在地区的温度、相对湿度、光照指数、风向和风力、降雨量以及雷电次数。

进一步地，所述信息采集模块设置有环境信息采集单元、气象信息采集单元以及图像信息采集单元；

所述环境信息采集单元包括温湿度检测传感器和烟雾传感器；温湿度检测传感器用于对目标监测森林内的实时现场温度和实时现场相对湿度进行检测；烟雾检测传感器用于对目标监测森林内的实时烟雾浓度进行检测；

所述气象信息采集单元与互联网连接，对目标监测森林所在的地区气象信息进行采集；

所述图像信息采集单元通过在目标监测森林的各个网格区域均匀设置摄像头进行拍摄获取。

进一步地，所述火情预测单元将目标监测森林的环境信息中的实时现场温度、实时现场相对湿度以及实时现场烟雾浓度分别标记为TSi、SSi以及Yi；其中i表示网格区域编号，i＝1,2……i；

将地区气象信息中的温度、相对湿度、光照指数、风力、降雨量以及雷击次数分别标记为Ti、Si、Gi、Fi、Vi以及Li；

根据计算公式 获取目标检测森林地区的自然火灾发生系数；其中θ1、θ2、θ3以及θ4分别为对应的参数权重值，θ1+θ2+θ3+θ4＝1；α、β以及δ为修正系数；预设火灾发生系数阈值HY；

若Hi≥HY，则火情预测单元发送第i网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；若Hi＜HY，则火情预测单元发送第i网格区域无火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元。

进一步地，所述图像处理单元将获取的视频图像按照单位时间进行抽帧处理，并将获取的视频帧转化为数字图像，对获取的数字图像进行预处理，获取高清图像，并输入至由前期建立的能够识别火焰特征的神经网络模型，输出是否有火焰特征的识别信息；

若输出的图像有火焰特征的识别信息，则图像处理单元发送第i网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；若输出的图像无火焰特征的识别信息，则图像处理单元第i网格区域无疑似火情的预警信息至火灾预警单元。

进一步地，所述火灾预警单元根据获取的预警信息对相应网格区域的火情风险级别的判断如下：

若火灾预警单元只接收到相应网格区域有火情潜在风险的预警信息，则将相应网格区域列为一级火情风险；

若火灾预警单元只接收到相应网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将相应网格区域列为二级火情风险；

若火灾预警单元同时接收到相应网格区域有火情潜在风险的预警信息和相应网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将相应网格区域列为三级火情风险。

进一步地，所述地形图信息叠加单元根据火情风险的等级将对应网格区域以不同的颜色标记。

进一步地，火情监控后台采用无人机设备进行巡检时；

针对一级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域进行栅格式定点巡检；针对二级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域前往对应编号摄像头拍摄区域进行查看；针对三级火情风险，火情监控后台控制无人机设备先在相应网格区域前往对应编号摄像头拍摄区域进行查看，若有火情，则及时联系相关部门进行灭火；并控制无人机设置在相应网格区域进行栅格式定点巡检。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过信息采集模块用于对目标监测森林的环境信息、地区气象信息、视频图像信息以及历史火情信息进行采集获取，并发送至云平台；通过云平台用于对获取的信息进行存储和分析处理；具体地，云平台通过信息存储单元对获取的信息进行存储；通过地形图像信息叠加单元从GPS系统或北斗定位系统获取目标监测森林的地理位置坐标信息，并生成林场地形图，将目标监测森林的林场地形图按照面积平均划分为若干个网格区域，并对各个网格区域进行编号标记，将获取的环境信息和地区气象信息叠加在林场地形图相应网格区域位置；通过火情预测单元对目标检测森林地区的自然火灾发生系数进行计算，若大于等于预设阈值，则发送相应网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；通过图像处理单元对视频图像信息进行处理，并输入至由前期建立的识别火焰特征的神经网络模型，若输出的图像有火焰特征的识别信息，则发送相应网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；通过火灾预警单元对获取的预警信息进行火情风险级别进行判断，输出判断结果至地形图信息叠加单元和火情监控后台；通过定时巡检单元将获取的历史火情信息进行分析，获取到以往发生火情的季节、时间段以及对应的网格区域位置，若到达相应的季节或时间段，则发送在相应的季节或时间段进行对应网格区域位置的定时巡检工作信息至火情监管后台；火情监控后台对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理；解决了如何智能化对森林进行火情的精准监控以及预警防患的问题。

2、本发明无须采用图像识别技术对森林内部的烟雾浓度进行获取，采用烟雾传感器采集烟雾浓度，更加准确；将目标监测森林划分为若干个网格区域，并在各个网格区域内设置环境信息的检测传感器，能够将森林火情的监测范围缩小，从而更有利于森林火情的监测，且能够在目标监测森林发生火情时，能够更快的去处理；将森林的监测数据叠加在林场地形图上，通过显示屏能够快速查看森林火灾信息；本发明通过森林的自然火灾发生系数的计算和对应网格区域的视频图像的火焰特征识别，从两个方面来判断目标监测森林的对应网格区域的火情风险等级，从而发出相应的预警信息，使得获取监管后台针对相应的火情风险等级进行相应的处理，还采用无人机根据相应的火情风险等级进行巡检；能够让森林火灾的火情监控更加准确，且使得工作人员的巡检工作的工作效率更高。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种森林火灾智能化监控和预警系统，包括：信息采集模块、云平台以及火情监控后台；

在本申请中，所述信息采集模块用于对目标监测森林的环境信息、地区气象信息、视频图像信息以及历史火情信息进行采集获取，并将获取的信息发送至云平台；

所述环境信息包括目标监测森林内的实时现场温度信息、实时现场湿度信息、实时现场烟雾浓度信息等；

所述地区气象信息包括目标监测森林所属地区的温度信息、湿度信息、光照指数信息、风向信息、降雨量信息、雷电信息等；

所述视频图像信息包括目标监测森林的视频图像信息；

所述历史火情信息包括目标监测森林的以往所有位置的火情信息，可以通过数据库进行获取；

在本发明的实施例中，所述信息采集模块设置有环境信息采集单元、气象信息采集单元以及图像信息采集单元；

具体地，将目标监测森林按照面积平均划分为若干个网格区域，对每个网格区域进行编号；

所述环境信息采集单元包括温湿度检测传感器、烟雾传感器等；在目标监测森林的各个网格区域设置一定数量的温湿度检测传感器和烟雾浓度检测传感器；其中温湿度检测传感器用于对目标监测森林内的实时现场温度和实时现场相对湿度进行检测；烟雾检测传感器用于对目标监测森林内的实时烟雾浓度进行检测；所述温湿度检测传感器和烟雾检测传感器将每隔单位时间进行检测；

所述气象信息采集单元与互联网连接，用于对目标监测森林所在地区的温度、相对湿度、光照指数、风向和风力、降雨量、雷电次数等信息进行精确到时分的采集获取；

所述图像信息采集单元通过在目标监测森林的各个网格区域均匀设置摄像头进行拍摄获取；

在本申请中，所述云平台用于对获取的目标监测森林的环境信息、地区气象信息以及视频图像信息进行存储和分析处理；

具体地，所述云平台包括信息存储单元、地形图信息叠加单元、火情预测单元、图像处理单元、火灾预警单元以及定时巡检单元；

所述信息存储单元用于对获取的目标监测森林的环境信息、地区气象信息以及视频图像信息进行存储；

所述地形图信息叠加单元与GPS系统或北斗定位系统无线连接，获取目标监测森林的地理坐标信息，所属地形图信息叠加单元根据目标监测森林的地理坐标信息生成林场地形图，并将获取的环境信息和地区气象信息叠加在所述林场地形图的相应区域位置；

具体地，如上实施例所述，将目标监测森林的林场地形图按照面积平均划分为若干个网格区域，并对各个网格区域进行编号标记；并将信息采集模块中的各个检测传感器、监控摄像头的编号和位置坐标标记在林场地形图中；其中，各个检测传感器所检测的信息实时显示在林场地形图的对应网格区域中；所述林场地形图还实时显示目标监测森林所在地区的整体气象信息；

所述火情预测单元用于根据目标监测森林的环境信息和地区气象信息进行自然火灾发生系数的计算；

具体地，所述火情预测单元将目标监测森林的环境信息中的实时现场温度、实时现场相对湿度以及实时现场烟雾浓度分别标记为TSi、SSi以及Yi；其中i表示网格区域编号，i＝1,2……i；

将地区气象信息中的温度、相对湿度、光照指数、风力、降雨量以及雷击次数分别标记为Ti、Si、Gi、Fi、Vi以及Li；

根据计算公式 获取目标检测森林地区的自然火灾发生系数；其中θ1、θ2、θ3以及θ4分别为对应的参数权重值，θ1+θ2+θ3+θ4＝1；α、β以及δ为修正系数；

预设火灾发生系数阈值HY；

若Hi≥HY，则火情预测单元发送第i网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；

若Hi＜HY，则火情预测单元发送第i网格区域无火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；

所述图像处理单元对获取的第i网格区域的视频图像进行分析处理；

具体地，所述图像处理单元将获取的视频图像按照单位时间进行抽帧处理，并将获取的视频帧转化为数字图像，对获取的数字图像进行预处理，获取高清图像，并输入至由前期建立的能够识别火焰特征的神经网络模型，输出是否有火焰特征的识别信息；

若输出的图像有火焰特征的识别信息，则图像处理单元发送第i网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；

若输出的图像无火焰特征的识别信息，则图像处理单元第i网格区域无疑似火情的预警信息至火灾预警单元；

所述火灾预警单元用于根据火情预测单元发送的相应网格区域有无火情潜在风险的预警信息和图像处理单元发送的相应网格区域有无疑似火情的预警信息进行相应网格区域的火情信息判断，并输出判断结果至地形图信息叠加单元和火情监控后台；

若火灾预警单元只接收到第i网格区域有火情潜在风险的预警信息，则火灾预警单元将第i网格区域列为一级火情风险，并发送至地形图信息叠加单元和火情监控后台；

若火灾预警单元只接收到第i网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将第i网格区域列为二级火情风险，并发送至地形图信息叠加单元和火情监控后台；

若火灾预警单元同时接收到第i网格区域有火情潜在风险的预警信息和第i网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将第i网格区域列为三级火情风险，并发送至地形图信息叠加单元和火情监控后台；

其中，所述地形图信息叠加单元根据火情风险的等级将对应网格区域以不同的颜色标记；

所述定时巡检单元用于将获取的历史火情信息进行分析，获取到以往发生火情的季节、时间段、对应的网格区域位置，并设置定时提醒功能，若到达相应的季节或时间段，则定时巡检单元发送在相应的季节或时间段进行对应网格区域位置的定时巡检工作信息至火情监管后台；

在本申请中，所述火情监控后台用于对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理；所述火情监控后台通过调用卫星、无人机设备进行预警的网格区域和定时巡检工作的区域进行拍照，通过人工核查；或者直接分配工作人员前往相应网格区域进行巡检；

其中，所述火情监控后台接收到一级火情风险、二级火情风险以及三级火情风险的任意一项，则派发无人机设备前往相应的网格区域进行巡检，

其中，针对一级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域进行栅格式定点巡检，从而通过远程查看是否有火情；

针对二级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域前往对应编号摄像头处进行查看；

针对三级火情风险，火情监控后台控制无人机设备先在相应网格区域前往对应编号摄像头拍摄区域进行查看，若有火情，则及时联系相关部门进行灭火；并控制无人机设置在相应网格区域进行栅格式定点巡检；

需要说明的是，当工作人员通过图像或者现场查看到相应网格区域有火情，则将云平台中图像处理单元判断的图像作为有火焰特征信息的图像训练样本，并加入数据库。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：本发明通过信息采集模块用于对目标监测森林的环境信息、地区气象信息、视频图像信息以及历史火情信息进行采集获取，并发送至云平台；通过云平台用于对获取的信息进行存储和分析处理；具体地，云平台通过信息存储单元对获取的信息进行存储；通过地形图像信息叠加单元从GPS系统或北斗定位系统获取目标监测森林的地理位置坐标信息，并生成林场地形图，将目标监测森林的林场地形图按照面积平均划分为若干个网格区域，并对各个网格区域进行编号标记，将获取的环境信息和地区气象信息叠加在林场地形图相应网格区域位置；通过火情预测单元对目标检测森林地区的自然火灾发生系数进行计算，若大于等于预设阈值，则发送相应网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；通过图像处理单元对视频图像信息进行处理，并输入至由前期建立的识别火焰特征的神经网络模型，若输出的图像有火焰特征的识别信息，则发送相应网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；通过火灾预警单元对获取的预警信息进行火情风险级别进行判断，输出判断结果至地形图信息叠加单元和火情监控后台；通过定时巡检单元将获取的历史火情信息进行分析，获取到以往发生火情的季节、时间段以及对应的网格区域位置，若到达相应的季节或时间段，则发送在相应的季节或时间段进行对应网格区域位置的定时巡检工作信息至火情监管后台；火情监控后台对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.一种森林火灾智能化监控和预警系统，其特征在于，包括：信息采集模块、云平台以及火情监控后台；

所述信息采集模块用于对目标监测森林的环境信息、地区气象信息、视频图像信息以及历史火情信息进行采集获取，并发送至云平台；

所述云平台用于对获取的信息进行存储和分析处理；所述云平台通过信息存储单元对获取的信息进行存储；通过地形图像信息叠加单元从GPS系统或北斗定位系统获取目标监测森林的地理位置坐标信息，并生成林场地形图，将目标监测森林的林场地形图按照面积平均划分为若干个网格区域，并对各个网格区域进行编号标记，将获取的环境信息和地区气象信息叠加在林场地形图相应网格区域位置；通过火情预测单元对目标检测森林地区的自然火灾发生系数进行计算，若大于等于预设阈值，则发送相应网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；通过图像处理单元对视频图像信息进行处理，并输入至由前期建立的识别火焰特征的神经网络模型，若输出的图像有火焰特征的识别信息，则发送相应网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；通过火灾预警单元对获取的预警信息进行火情风险级别进行判断，输出判断结果至地形图信息叠加单元和火情监控后台；通过定时巡检单元将获取的历史火情信息进行分析，获取到以往发生火情的季节、时间段以及对应的网格区域位置，若到达相应的季节或时间段，则发送在相应的季节或时间段进行对应网格区域位置的定时巡检工作信息至火情监管后台；

所述火情监控后台用于对接收到的预警信息和定时巡检工作信息进行处理；

所述环境信息包括目标监测森林内的实时现场温度、实时现场相对湿度以及实时烟雾浓度；所述地区气象信息包括目标监测森林所在地区的温度、相对湿度、光照指数、风向和风力、降雨量以及雷电次数；

所述信息采集模块设置有环境信息采集单元、气象信息采集单元以及图像信息采集单元；

所述环境信息采集单元包括温湿度检测传感器和烟雾传感器；温湿度检测传感器用于对目标监测森林内的实时现场温度和实时现场相对湿度进行检测；烟雾检测传感器用于对目标监测森林内的实时烟雾浓度进行检测；

所述气象信息采集单元与互联网连接，对目标监测森林所在的地区气象信息进行采集；

所述图像信息采集单元通过在目标监测森林的各个网格区域均匀设置摄像头进行拍摄获取；

所述火情预测单元将目标监测森林的环境信息中的实时现场温度、实时现场相对湿度以及实时现场烟雾浓度分别标记为TSi、SSi以及Yi；其中i表示网格区域编号，i＝1,2……i；

将地区气象信息中的温度、相对湿度、光照指数、风力、降雨量以及雷击次数分别标记为Ti、Si、Gi、Fi、Vi以及Li；

根据计算公式 获取目标检测森林地区的自然火灾发生系数；其中θ1、θ2、θ3以及θ4分别为对应的参数权重值，θ1+θ2+θ3+θ4＝1；α、β以及δ为修正系数；预设火灾发生系数阈值HY；

若Hi≥HY，则火情预测单元发送第i网格区域有火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元；若Hi＜HY，则火情预测单元发送第i网格区域无火情潜在风险的预警信息至火灾预警单元。

2.根据权利要求1所述的一种森林火灾智能化监控和预警系统，其特征在于，所述图像处理单元将获取的视频图像按照单位时间进行抽帧处理，并将获取的视频帧转化为数字图像，对获取的数字图像进行预处理，获取高清图像，并输入至由前期建立的能够识别火焰特征的神经网络模型，输出是否有火焰特征的识别信息；

若输出的图像有火焰特征的识别信息，则图像处理单元发送第i网格区域有疑似火情的预警信息至火灾预警单元；若输出的图像无火焰特征的识别信息，则图像处理单元第i网格区域无疑似火情的预警信息至火灾预警单元。

3.根据权利要求1所述的一种森林火灾智能化监控和预警系统，其特征在于，所述火灾预警单元根据获取的预警信息对相应网格区域的火情风险级别的判断如下：

若火灾预警单元只接收到相应网格区域有火情潜在风险的预警信息，则将相应网格区域列为一级火情风险；

若火灾预警单元只接收到相应网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将相应网格区域列为二级火情风险；

若火灾预警单元同时接收到相应网格区域有火情潜在风险的预警信息和相应网格区域有疑似火情的预警信息，则火灾预警单元将相应网格区域列为三级火情风险。

4.根据权利要求3所述的一种森林火灾智能化监控和预警系统，其特征在于，所述地形图信息叠加单元根据火情风险的等级将对应网格区域以不同的颜色标记。

5.根据权利要求1所述的一种森林火灾智能化监控和预警系统，其特征在于，火情监控后台采用无人机设备进行巡检时；

针对一级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域进行栅格式定点巡检；针对二级火情风险，火情监控后台控制无人机设备在相应网格区域前往对应编号摄像头拍摄区域进行查看；针对三级火情风险，火情监控后台控制无人机设备先在相应网格区域前往对应编号摄像头拍摄区域进行查看，若有火情，则及时联系相关部门进行灭火；并控制无人机设置在相应网格区域进行栅格式定点巡检。