CN201936415U - 森林火情自动识别报警系统 - Google Patents

Abstract

森林火情自动识别报警系统属于消防安全检测技术领域，该系统由多个监控基站和指挥控制中心组合构成，监控基站设置在重点火险区域监控铁塔上，监控基站和指挥控制中心之间用无线通信网络连接。其森林火情探测工作按①现场数据采集、②数据处理、③火情识别、④识别结果传输、⑤火情自动告警五个步骤顺序进行。本实用新型将视频压缩解压缩技术、热红外图像识别分析技术、可见光图像识别分析技术、嵌入式技术相结合，自动识别林区火情并报警。林火识别准确性高、误报率低，具有及时性强、可靠性高、技术手段先进、市场前景广阔等特点。

Description

森林火情自动识别报警系统

技术领域

本实用新型涉及一种森林火情自动识别报警系统。该系统可实现全天候的森林防火监控并能对森林火情进行自动识别及报警，快速有效地发现火情隐患。

背景技术

森林火灾目前频繁发生，不仅直接危害森林生态系统，而且给人类社会造成巨大的损失。传统的森林防火监测，主要采用人工瞭望、远程视频监测和卫星监测等方式。

人工瞭望方式是在制高点设立瞭望哨，值班人员24小时轮流值班，由于人为的疏忽和过失，会使得许多火情未能及早发现，延误扑火时间，造成严重后果。

远程视频监控方式包括传统视频监测和热红外视频监测。传统视频监测是在林区建设大量的视频监控点，监控点配备可见光摄像机，通过有线或无线网络将实时画面传送到监控中心，由中心人员实施监控。该方式不需直接派驻人员到林区现场，但在远距离上人工很难识别早期火情。尤其在夜间，几乎没有可探测的光谱范围的光照，很难及早发现和判断早期火情。

热红外视频监控系统相比较传统视频监控系统的优点是，采用了热红外光谱的摄像系统，将热红外光谱7.5到13.5微米的图像转换为可见光图像。由于所有超过绝对零度的物体都会散射出红外光谱，温度越高，散射出的红外光谱越强，所以，在热红外成像显示的灰度图像中，物体在图像上的亮度强度与物体的温度成正比，因此通过观看图像上亮度高的点即可判断为森林火险。同时，热红外成像不受日夜和恶劣天气的限制，白天和晚上都可以判断森林火险。但是热红外视频监控系统并未解决传统监控系统需要人工参与的缺点，依然需要人工靠肉眼判断森林火险。

卫星林火监测系统是通过对卫星所接收的遥感图片经后期处理发现林火，但卫星只能发现较大区域的林火，在火情早期无法发现。

近年来，由于森林火情探测技术发展滞后，森林大火时有发生，经济损失异常巨大。因此，当前林区的消防安全工作急需实现一套实时性强、24小时不间断有效监控、不依赖于人工参与判断、林火发现概率高、误报率低的森林火情监控方法和 系统。

实用新型内容

本实用新型是一种新型的森林火情自动识别报警系统，以求高效率地发现可疑火情，实现全天候的森林防火监控并可对森林火情进行自动识别报警，快速有效地发现火灾隐患。

本实用新型的森林火情自动识别报警系统，由多个监控基站和指挥控制中心组合构成，监控基站设置在重点火险区域监控铁塔上，监控基站和指挥控制中心之间用无线通信网络连接，所述监控基站包括智能数字云台、红外热像仪、可见光摄像机、嵌入式测温处理器、视频服务器、无线通信网桥；红外热像仪、可见光摄像机、嵌入式测温处理器分别安装在智能数字云台上，红外热像仪、可见光摄像机的视频信号输出端分别对应连接视频服务器的信号输入端，嵌入式测温处理器的信号输入端与红外热像仪数字信号输出端连通，嵌入式测温处理器和基站智能管控系统的通信信号输出/输入端与视频服务器的485数字信号输出/输入端连通，智能数字云台、红外热像仪、可见光摄像机的控制信号输入/输出端分别与基站智能管控系统的控制信号输出/输入端连通，通信网桥的信号输入/输出端分别与视频服务器的信号输出/输入端连通；所述的指挥控制中心包括中央综合控管平台、无线通信网桥、远程监控计算机；通信网桥的信号输入/输出端分别对应与中央综合控管平台、远程监控计算机的信号输出/输入端连通；所述监控基站中的无线通信网桥与所述的指挥控制中心中的无线通信网桥之间双向连通。

该系统的红外热像仪和可见光摄像机设置在可调节光轴的护罩内；红外热像仪上设有红外固定焦距镜头，可见光摄像机上设有自动聚焦和光圈的可视镜头，智能数字云台上安装一体护罩；视频服务器中包含中央处理单元、视频采集压缩模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块，能够接收两路PAL/NTSC制的复合电视模拟信号，并经信号转换为数字信号；嵌入式测温处理器中包含数字视频信息采集处理模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；基站智能管控系统中包含中央处理单元、云台控制模块、红外镜头控制模块、可视镜头控制模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；中央综合控管平台中包含监控基站管理及视频流分配单元和图像综合分析单元；远程监控计算机中设有森林火情监控预警软件。

本实用新型将视频压缩解压缩技术、热红外图像识别分析技术、可见光彩色图像识别分析技术、嵌入式技术、无线通信技术相结合，自动识别林区火情。本实用新型提供的方法及系统林火发现概率高、误报率低、无需人工参与，具有及时性强、可靠性高、技术手段先进、市场前景广阔的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的工作原理流程框图；

图2为本发明实施例的硬件系统结构示意图；

图中标注：

1.可视镜头    2.红外固定焦距镜头    3.可见光摄像机    4.红外热像仪    5.嵌入式测温处理器    6.视频服务器    7.无线通信网桥    8.智能数字云台    9.基站智能管控系统    10.无线通信网桥    11.远程监控计算机    12.中央综合管控平台。

具体实施方式

本实用新型的实施例选用一个林区监控基站与指挥控制中心构成最小拓扑结构的森林火灾探测系统。监控基站通常设置在重点火险区域监控铁塔上，监控基站和指挥控制中心之间用无线通信网络连接。下面结合附图对本发明实施例进行具体说明：

参考附图1，本发明实施例首先用加权阈值对红外热像仪现场采集的红外图像进行识别，同时对可见光摄像机现场采集的图像进行烟火采样识别，然后结合视频采集的现场温度进行数据分析来探测火情；其实际森林火情探测工作按其森林火情探测工作按其森林火情探测工作按1现场数据采集、2数据处理、3火情识别、4识别结果传输、5火情自动告警，五个步骤，各步骤之间依次连接为先后关系。

五大步骤的具体工作内容如下所述：

1现场数据采集——通过红外热像仪获取红外模拟视频数据和数字视频流，通过可见光摄像机获取实时模拟视频数据。将两路模拟视频数据均输入到视频服务器。

2数据处理——探测器在接收到红外辐射后，先变换成热量，再转换成电阻的变化，通过电路得到电信号，数据信号经驱动/放大电路将辐射值放大后，输入至A/D转换送至数据处理系统，设定阈值后，输出疑似热点信息到视频服务器。另外，视频服务器将模拟视频图像进行编码后汇同疑似热点信息向中央综合管控平台传输 数据，服务器收到视频编码数据后进行视频解码并分别对红外和可见光图像进行预处理以便进行火情识别。

3火情识别——运用运动检测结合颜色聚类的算法来识别候选烟火区，在可视图像中用火的颜色(偏红色，采用YUV或RGB颜色空间)结合实际经验找到候选火区，再利用火的动态特性(火势增大，闪动频率等)挑选出疑似火点；同时，在可视图像中用烟雾的颜色和亮度(这里采用YUV或RGB颜色空间)结合实际经验找到候选烟雾区域，再利用烟雾的扩散性和整体相对稳定性等特性来进一步筛选烟雾区域。最后对于一些干扰如移动的车或人，用物体移动速度来限制，即火的运动速度限制在一个范围内，速度过大或过小都排除。

可视图像中火的颜色表述为下式：

$\left\{\begin{array}{c}(R-G)>\mathrm{RG}\_\mathrm{limit}\\ (R-B)>\mathrm{RB}\_\mathrm{limit}\\ R>R\_\mathrm{limit}\\ Y>Y\_\mathrm{limit}\end{array}\right.$

可视图像中烟雾的颜色表述为下式：

$\left\{\begin{array}{c}(R-G)>\mathrm{RG}\_\mathrm{lmit}\_\mathrm{smoke}\\ (R-B)>\mathrm{RB}\_\mathrm{limit}\_\mathrm{smkoe}\\ (G-B)>\mathrm{GB}\_\mathrm{limit}\_\mathrm{smoke}\\ Y>Y\_\mathrm{limit}\_\mathrm{smoke}\end{array}\right.$

上式中R、G、B分别为图像的红绿蓝三个分量，Y是图像的亮度值，其余的都是设置的合适阈值。其中，Y＝0.299*R+0.597*G+0.114*B

设当前帧图像为I_n，前一帧图像为I_n-1，判为运动像素点应满足下述条件：|I_n(x，y)-I_n-1(x，y)|＞T

红外图像处理包括图像滤波去噪，图像增强(采用直方图均衡化增强)并用阈值分割法提取出待识别区域。红外图像亮度值调整为： 

其中：i为初始亮度值，P(i)＝n_i/n，n_i为亮度值为i的像素点个数，n为图像像素点总数，红外图像的运动检测和可视图像的原理相同。

4识别结果传输——识别结果根据可见光图像识别、热红外图像识别以及红外测温识别综合分析判定，具体判定规则根据三种识别模式的概率加权值得出。输出 的识别结果包括通知系统继续运作及输出报警信息，中央服务器将得到的数据结果向客户端传输。

5火情自动告警——客户端收到中央服务器识别结果数据后，发出自动告警信息。本系统采用交通灯模式来更形象的输出告警信息：绿灯标示无火、黄灯标示疑似火、红灯标示有火，根据识别结果告警输出三种告警模式，分别为绿灯正常(无火情)、黄灯可疑(疑似火情)、红灯警告(有火情)。

参考附图2，本发明实施例的监控基站包括1.可视镜头    2.红外固定焦距镜头3.可见光摄像机    4.红外热像仪    5.嵌入式测温处理器    6.视频服务器    7.无线通信网桥    8.智能数字云台    9.基站智能管控系统；3.可见光摄像机    4.红外热像仪    5.嵌入式测温处理器置于护罩内安装在 8.智能数字云台上，3.可见光摄像机    4.红外热像仪  5.嵌入式测温处理器的信号输出端分别对应连接 6.视频服务器的信号输入端，1.可视镜头    2.红外固定焦距镜头    8.智能数字云台的控制信号输入/输出端分别对应与 9.基站智能管控系统的控制信号输出/输入端连通；6.视频服务器的网络信号输入/输出端对应与 7.无线通信网桥网络信号输入/输出端连通；本发明实施例的指挥控制中心包括 10.无线通信网桥  11.远程监控计算机  12.中央综合管控平台；10.无线通信网桥的网络信号输入/输出端分别对应与  11.远程监控计算机12.中央综合管控平台的网络信号输出/输入端连通，两通信网桥之间通过无线TCP/IP网络双向“透明”连通。

所述的嵌入式测温处理器中包含数字视频信息采集处理模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；基站智能管控系统中包含中央处理单元、云台控制模块、红外镜头控制模块、可视镜头控制模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；中央综合控管平台中包含监控基站管理及视频流分配单元和图像综合分析单元；远程监控计算机中设有森林火情监控预警软件。

本发明实施例采用的主要硬件列表如下：

本实用新型实施例已达到的具体技术指标如下：

条件1：物体探测点和火源之间需通视；

条件2：探测点周围半径在8公里以内；

条件3：物体燃烧面积需大于2*3m²；

技术指标1：火情发现概率在85％以上；

技术指标2：成像像素点在10*10时，检测率为75％；成像像素点在20*20时，检测率为90％。

Claims (2)

1.森林火情自动识别报警系统，其特征在于：该系统由多个监控基站和指挥控制中心组合构成，监控基站设置在重点火险区域监控铁塔上，监控基站和指挥控制中心之间用无线通信网络连接，所述监控基站包括智能数字云台、红外热像仪、可见光摄像机、嵌入式测温处理器、视频服务器、无线通信网桥；红外热像仪、可见光摄像机、嵌入式测温处理器分别安装在智能数字云台上，红外热像仪、可见光摄像机的视频信号输出端分别对应连接视频服务器的信号输入端，嵌入式测温处理器的信号输入端与红外热像仪数字信号输出端连通，嵌入式测温处理器和基站智能管控系统的通信信号输出/输入端与视频服务器的485数字信号输出/输入端连通，智能数字云台、红外热像仪、可见光摄像机的控制信号输入/输出端分别与基站智能管控系统的控制信号输出/输入端连通，通信网桥的信号输入/输出端分别与视频服务器的信号输出/输入端连通；所述的指挥控制中心包括中央综合控管平台、无线通信网桥、远程监控计算机；通信网桥的信号输入/输出端分别与中央综合控管平台、远程监控计算机的信号输出/输入端连通；所述监控基站中的无线通信网桥与所述的指挥控制中心中的无线通信网桥之间双向连通。

2.根据权利要求1所述的森林火情自动识别报警系统，其特征在于：该系统的红外热像仪和可见光摄像机设置在可调节光轴的护罩内；红外热像仪上设有红外固定焦距镜头，可见光摄像机上设有自动聚焦和光圈的可视镜头，智能数字云台上安装一体护罩；视频服务器中包含中央处理单元、视频采集压缩模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块，能够接收两路PAL/NTSC制的复合电视模拟信号，并经信号转换为数字信号；嵌入式测温处理器中包含数字视频信息采集处理模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；基站智能管控系统中包含中央处理单元、云台控制模块、红外镜头控制模块、可视镜头控制模块、数字信息回传模块、数字信息接收模块；中央综合控管平台中包含监控基站管理及视频流分配单元和图像综合分析单元；远程监控计算机中设有森林火情监控预警软件。 

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