基于物联网应用技术的智能森林防火系统

2016-05-06 15:05:10 sophie

基于物联网应用技术的智能森林防火系统,融合了智能视频监控技术、网络传输技术、云计算技术,是一种新型的智能监控、预警和决策支持系统。

 

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统

我们设计的基于物联网应用技术的智能森林防火系统分为前端数据采集系统、网络传输系统和智能控制系统。前端数据采集系统采集林区现场数据(温度、湿度、大气压力、光亮度、视频信息),通过无线传输网络和互联网相结合的网络传输方式,将数据实时传送到监控中心服务器。

 

监控中心服务器对上述数据进实时处理与分析,从而实现用户对林区状态的实时检测,并在发生火灾的时候,实现实时报警和火点定位,报警给相关的负责人,并在地理信息系统上实现火点标绘。

 

然后结合已获取数据和林火蔓延模型,给出林火的发展趋势,并提取出林火发生地的地理条件、人员、物资储备、水源条件等,为领导制定正确的决策提供客观依据。

基于物联网应用技术的智能森林防火系统

成果架构示意图

 

如上图所示,一个完整的森林防火智能视频监控系统包含了智能数据采集、网络传输、智能数据处理(属于监控中心)和终端用户几个部分。下面分别介绍:

 

1数据采集系统

 

根据森林防火监测的具体要求,合理部署传感器节点,实时进行数据采集。这里部署的传感器种类主要包括温度传感器、湿度传感器、大气压力传感器等。并且根据实际的需求,在合适的山头,安装智能摄像机、云台设备。摄像机将在云台的支撑下,可以进行360度的旋转,实时采集森林的视频信息,并且可以将云台的俯角、仰角信息一并回传给中心服务器,用于火点定位。

 

2传输网络

 

森林中的组网形式一般是通过无线和专用网络形式完成的,所有的信息经过规整,最终经互联网传回给智能控制中心。传输系统的功能是连接前端监控点和监控中心,将前端监控点的音视频信号传到监控中心,将监控中心的控制信号传输给前端监控点,以实现远程管理。无线传输系统有很多的优点:带宽较高、建设周期短;一次性投资、建设简便、组网灵活、易于维护、管理,设备可重复利用。

 

3智能控制中心

 

智能控制中心是整个系统的核心,它承担着灾前预警、灾中决策支持和灾后评估三项重大功能。智能控制中心首先完成传回数据的清洗、转换、抽取和最终入库功能。然后是经过智能数据的分析处理,形成一定的图表,用于灾前预警。发生火灾的时候,它提供GIS地图支撑、趋势预警、人员设备调度等决策支持。在灾后,它提供一些统计数据图表,进行灾后评估。

 

森林防火的预警是根据温度传感器、湿度传感器、大气压传感器等传感器传回的数据,结合森林的植被、地形、气象数据,形成森林火险预警图。而视频设备可以实时传回出森林的图像数据,并且视频设备在检测到森林中有火焰、烟雾等异常信息时,将触发预报警信息,经过再次的分析确认后,将形成正式的报警信息,发送给林业局负责人。

 

同时,智能监控中心在接收到异常报警信息后,将进行森林火点的定位操作,从而算出发生林火的地理经纬度,指导扑火队的扑火方向。,根据当前火势和趋势动态模拟结果,推断出扑火最佳人员配备:调配哪些消防站、多少人、多少消防车、多少设备等。再由多源最优路径分析,使消防人员迅速到达火场施救,最终达到为领导提供林业防火决策支持的功能。

 

详细技术说明
 
 

森林防火智能视频监控系统的详细技术实现主要包括智能视觉处理器和摄像机等组成的前端设备、网络传输、监控中心等组成。

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统

系统搭建示意图

 

整体系统布局如下图

基于物联网应用技术的智能森林防火系统

系统整体布局示意图

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
前端设备搭建列表

 

前端主要由摄像机、大焦距变镜头、智能视觉处理器、太阳能供电系统、以及整个前端的避雷、铁塔和基础设施组成。

 

摄像机作为一种视频图像传感器,用于采集监控现场的视频图像信息,然后传送到智能视觉处理器。根据不同的应用场合以及对监控性能的不同需求,可选择相应性能的摄像机、像机镜头。

 

智能视觉处理器具有视频采集,视频分析识别、产生各种动作告警并能自动处理和联动等功能。形象地说:就是给摄像头安装了一个“大脑”。让它自己可以完成“看到、分析、判断、反应、动作、报警”等功能。

 

广泛地应用于森林防火、油田输油管线、飞机场跑道、各类仓库、工厂、电站、公共场所、敏感区域等重要安全场所与其他行业看护,为智能视频综合安防系统提供核心的技术与产品。

 

智能视频监控系统具有视频图像自动识别、分析与处理能力的智能化数字视频监控设备,它内嵌了智能视觉分析技术,支持运动目标检测、人体行为检测、交通检测、物品检测、消防检测等智能视觉功能模块。具有自动视觉监控、自动场景检测和自动报警响应等强大功能。与传统的视频监控和安防系统相比,设备具有可以在室内或室外环境进行7×24小时全天候自动化无人值守的特点,可以大幅度地减轻保安人员的负担,提高安全水平。

 

智能视频监控设备采用的技术模块是由微处理器、存储器以及其它外设等组成图像处理单元,依据烟火的视频图像特征,利用各种图像处理技术对数字化处理视频信号进行图像处理和分析、判断,实现对监控区域的烟火检测。它提供远程参数设置功能,用户可以根据应用场合对检测参数(如最小检测范围、检测区域、告警级别)进行远程设置,方便灵活。根据应用场合不同,可以选择安装防尘罩、万向云台、太阳能电源等前端辅助设备。

 

传输网络建设
 
 

无线图像传输系统组成:

 

发送设备:图像发射 /数据接收机、发射天线、接收天线。

接收设备:下变频器、卫星接收机、接收天线。

 

图像通道的描述
 
 

 

各监控点的摄像机输出的视频信号,首先送给智能视频处理器,再传给图像发射机、发射机最后经天线以无线方式指向发射到监控中心。在监控中心首先用天线接收然后下变频最后经卫星接收机解调出视频信号,视频信号经(可选视频分配器直接将另一组视频信号送给硬盘录像机)分配后再送给矩阵控制器,通过主、分控键盘对矩阵控制器的控制,矩阵输出的视频信号可切换到任意指定的显示设备上。如有遮挡可增加图像中继,中继工作原理是用一个频点收,用另外一个频点转发。

 

系统功能
 
 

1历史火情查询

 

历史火情数据库,可以将历史上发生的火情的详细记录输入,以备查询。

基于物联网应用技术的智能森林防火系统


 

2系统监控指挥中心构建

 

监控指挥中心是整个系统的控制、图像显示、图像录像中心,监控中心。能向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像。

 

中心设备由滤波放大器、卫星接收机、数传发射机、矩阵控制器、监视墙、硬盘录象机、主监视器、主 /分控键盘、服务器、应用软件包等组成。

基于物联网应用技术的智能森林防火系统

 

3防火预案查询

 

显示相关的防火预案和方案。在屏幕左侧有防火预案显示区域,双击相关预案名称即可显示。

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
防火预案查询界面图

 

4地名查询

 

输入要查询的地名,即可查询与此地名相关的所有信息,如输入“迎春”则有可能显示:迎春镇、迎春街、迎春桥等。点击定位可以显示地名在地图上的所在位置。

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
林场地点查询界面图

 

5林场位置查询

 

选中相关林场名称,点击定位,即可在地图上定位林场所在地。

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
林场位置查询界面图

 

6防火机构位置查询

 

选中相关防火机构名称,点击定位,即可在地图上定位防火机构所在地,如防火指挥部,防火分指挥部等。

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
防火机构位置查询界面图

 

7防火了望塔位置查询

 

选中相关防火了望塔名称,点击定位,即可在地图上定位防火了望塔所在地。同时显示了望塔相关信息。

 

基于物联网应用技术的智能森林防火系统
瞭望塔位置查询界面图

 

8防火储备库位置查询

 

选中相关防火储备库名称,点击定位,即可在地图上定位防火储备库所在地。同时显示储备库的相关信息。

 

9扑火力量位置查询

 

选中相关扑火力量名称,点击定位,即可在地图上定位扑火力量所在地。同时显示扑火力量相关信息。

 

10防火通讯台站查询

 

选中相关通讯台站名称,点击定位,即可在地图上定位通讯台站所在地。同时显示通讯台的相关信息。

 

11防火检查站位置查询

 

选中相关防火检查站名称,点击定位,即可在地图上定位防火检查站所在地。同时显示检查站相关信息。

 

12管护站、管护区位置查询

 

选中相关管护站、管护区名称,点击定位,即可在地图上定位管护站、管护区所在地。同时显示管护站、管护区相关信息。

 

13防火机降点、飞机场位置查询

 

选中相关防火机降点、飞机场名称,点击定位,即可在地图上定位防火机降点、飞机场所在地。同时显示机降点、飞机场相关信息。

 

14火源控制点位置查询

 

选中相关火源控制点名称,点击定位,即可在地图上定位火源控制点所在地。同时显示火源控制点相关信息。

 

15气象站位置查询

 

选中相关气象站名称,点击定位,即可在地图上定位气象站所在地。同时显示气象站相关信息。

 

16蓄水池位置查询

 

选中相关防火蓄水池名称,点击定位,即可在地图上定位防火蓄水池所在地。同时显示蓄水池相关信息。

 

17防火阻隔带位置查询

 

选中相关防火阻隔带名称,点击定位,即可在地图上定位阻隔带所在地。同时显示阻隔带相关信息。

 

18林业区划位置查询

 

选中相关林场、林班、小班名称,点击定位,即可在地图上定位林场、林班、小班在地。同时显示相关信息。

 

系统特点
 
 

GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)在地理信息系统上,可以对扑救林火进行宏观调控,指挥整个扑火的行动,同时在地图上进行扑火行动标绘,对火情态势进行跟踪,为火场扑救提供辅助决策。根据不同需要,GIS对数据库资料进行统计分析,生成各类专题图,实现资源管理信息化。

 

1林火智能识别

 

火情自动识别依附于前端采集站(林火监控基站)的监控控制软件,火灾自动识别报警系统的业务流程分为数据采集、流媒体解码、图像数据处理、火灾图像识别、监控云台定位、计算机报警和人工交互识别等步骤。

 

2林火精确定位

 

监测到林区出现疑似火情后,根据前端摄像系统的绝对三维(纬度,经度,相对高程),前端摄像系统拍摄该疑似火情时的相对三维(云台的水平转角,云台的垂直夹角,镜头的焦距),结合GIS地理信息系统,精确测算出目标的具体位置。

 

3云台预置位

 

使监控范围能覆盖林区,使各区域的视频图像都能达到清晰可辩的水平,我们提供了对云台参数进行预设置。

 

4火情蔓延趋势推演

 

根据火险等级预报和火行为分析模型,结合当前火点的位置、风向、温度、湿度、地表温度、植被等信息动态推演火灾蔓延的方向、面积、速度及强度,操作人员可以将多次标绘的火场态势图按时间顺序排列,能够模拟未来时间段火场蔓延结果,预测火情发展态势,为扑火指挥提供科学的决策依据。

 

5无线实时感知

 

采用智能视频监控与无线网络传输相结合的方式,融合了物联网实时感知的理念,具有投资省,建设快、扩展性强、实时感知的特点。

 

6地图定位支持

 

防火手持系统与导航位置服务、GIS地图显示功能相结合,实现扑救人员的精确定位与管理调度,并采用图形化化的展示方式,直观便捷!

 

7精准火点定位

 

采用自有研发火点定位算法,定位精度准确、及时

 

8智能决策支持分析

 

通过火势蔓延预测模型与多元路径分析方法相结合的方式,实现与扑救指挥管理的紧密集成,辅助领导实现准确防火决策和人员调度管理。