林火视频监控系统建设技术要点.ppt

森林防火视频监控系统建设技术要点 1 森林防火视频监控系统建设技术要点 2 一 林火视频监控技术的发展历程 2000年以前 2003年左右 2007年左右 2012年以来 3 林火监控发展历程 前端采集设备 信号处理 信号传输方式 后端控制管理 辅助决策应用 普通球机或枪机加普通云台 基本不作处理直接视频信号传输 有线方式传输距离有限 CRT电视墙显示主控键盘控制 只有人工集中观察没有智能辅助 低照度摄像机变焦镜头 透雾功能 重型云台 角度回传 采用视频编码器转换为网络视频信号图像分辨率可达D1 无线微波传输方式传输距离远天气情况影响链路质量 视频解码器硬解码或监控客户端软解码在拼接大屏幕自由显示 云台自动巡航后端视频分析林火识别误报率高结合地理信息林火定位 高清网络摄像机红外热成像摄像机高清变焦镜头网络重型云台 直接网络视频信号传输图像分辨率可达720p 1080p 无线微波传输方式传输距离远天气情况影响链路质量 视频解码器硬解码或监控客户端软解码在拼接大屏幕自由显示 云台自动巡航前端热成像自动识别报警结合GIS林火定位多级互联 多级管理 90年代之前 10年代之前 近三年来 4 二 林火视频监测系统的主要构成 控制平台控制系统图像解码器视频矩阵大屏幕显示系统图存存储查询 平台防火数据库自动识别系统软件火点定位模块 前端设备图像采集系统图像编码系统视频传输系统前端智能识别系统安装塔台承载平台 云台 球台 防护罩 设备箱供电系统防盗系统 林火视频监控系统 图像传输网络 5 林火视频监控系统的主要功能 林火视频监控主要功能 6 三 林火视频监控系统的关键技术 高清视频图像的采集可见光烟火自动识别红外热像仪自动报警火点自动定位技术高效的图像编码技术网络化的图像传输多级联动的控制系统 2D 3D的GIS联动高清图像显示系统稳定的供电系统坚固的承载平台便捷的存储查询系统有效的防雷系统实用的防盗系统 7 科学合理的布点方案 个性化的站点设计 林火视频监控系统的关键技术 高清摄像机最高解像力可达500万像素 适合林火监控的摄像机均不大于200万像素 1080P 低照度 彩色 黑白自动切换 高清镜头目前最高像素数可达200万像素 变焦范围16 7mm 1080mm 通过扩倍镜可以达到2000毫米以上 具备透雾功能 可消除轻雾 霾的影响 具备光学防抖功能 1 高清视频图像的采集 8 林火视频监控系统的关键技术 森林可燃物在燃烧时会具有火焰并产生烟雾 释放热量 目前视频监控系统的林火自动报警系统主要有两种技术 一是基于可见光的烟火自动识别技术 识别火灾所产生的火光 烟云 受云 雾的影响较大 距离较远时只能识别较大的烟 二是基于红外热像仪的红外自动报警技术 识别火灾所散发的能量 缺点是不能有任何遮挡 无法发现山后火 林下火 两种技术各有优劣 互为补充才能发挥最佳效益 2 可见光烟火自动识别 9 林火视频监控系统的关键技术 2 可见光烟火自动识别 10 森林烟火分割与识别技术 利用森林监控场景图像中烟和火焰的多重分形线性区间特性和标度不变性 采用Contourlet小波变换和分数布朗运动等分形算法提取图像的多重分形特征来精确分割出图像中的烟和火焰区域 在提取烟火图像的光谱 纹理 运动频率等特征的基础上 采用多分类器融合的分类方法对烟 火焰 树木扰动 雾 阴影等烟火目标和多种典型的干扰进行分类训练和识别 极大地降低了识别过程中的误报率和漏报率 能够很好地适用于南方和北方地区绝大部分森林监控场景 11 基于多重分形特征的森林烟火图像分割 烟火识别技术 12 基于多分类器融合的烟火图像识别方法 13 森林烟火识别结果 14 自动报警 系统一旦识别到烟火就在中心监控机房响起报警声 同时以文字 图像提示值守人员 并可以通过短信通知相关人员 值守人员查看监控图像确认是否为森林火灾发生 同时可做下一步处理 也可通过安装了定制手机软件的移动手持设备查看并一键确认火灾是否属实 真正实现无人值守 15 林火视频监控系统的关键技术 红外热成像森林防火监控是借助于先进的红外热成像仪图像采集 智能软件开发技术及数字化视频监控组成的森林防火监控系统 与常规网络视频监控相比 它是一种更高端的视频监控智能化应用 它根据探测到的目标物体辐射能的大小 经系统处理 目标物体的红外辐射转变为热图像 以灰度级或伪彩色显示出来 进而根据图像及温度数据判断物体所处的状态 自动计算林区温度 及时发现火情 起到防火目的 一旦发生火灾 该系统自动将火灾现场图像实时传回指挥中心 自动报警并全程记录火情的发生 发展 扑灭过程 3 红外热像仪自动报警 正常 40 60度 火焰400 1200度 16 可见光与红火外识别案例 地点 某林场 视野宽阔 可见光 32倍变焦镜头热像仪 50mm定焦镜头氧化钒机芯320 240画面分辨率测试 分别于1 5 10公里处点火进行识别测试 17 1公里处点火点火开始时 可见光画面可迅速发现烟雾飘动 热成像画面 火源热量未达到级别 未发现热点 可见光与红火外识别案例 18 1公里处点火总结当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时 可见光烟火识别快于红外热成像识别 当可见光与热成像两种镜头均可观测到火源时 可见光视频清晰明了 当画面内无干扰因素 如急速飘动的云 晃动的树叶以及猛烈的风时 可见光烟火识别准确度与红外热成像识别准确度一致 可见光与红火外识别案例 19 5公里处点火点火1分钟后可见光画面基本观察不清烟雾飘动热成像画面可清晰看到热源 5公里处点火总结可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时 可见光画面烟雾不易察觉 放大可见光画面 拉近可将光镜头 可清晰观测烟雾 观测效果好于热成像 放大可见光画面后 整个画面抖动 可识别烟雾 但误报率较高 热成像画面在保持视野的同时 稳定识别热源 可见光与红火外识别案例 20 10公里处点火点火1分钟后可见光画面观测不到测试点信息热成像画面可观测到热点 10公里处点火总结当可见光与热成像两种镜头画面可视范围一致时 可见光画面无法察觉烟雾 放大可见光画面 拉近可将光镜头 无法发现烟雾 整个画面抖动 易因抖动产生误报 热成像画面在保持视野的同时 可识别热源 可见光与红火外识别案例 21 可见光烟火识别在无风 无干扰物 铁塔基座稳定 云台稳定的前提条件下可正确 并快速识别 可见光视频清晰明确 可通过拉远拉近镜头观测物体 适合日常观察 热成像技术识别稳定 准确 不受白天黑夜等影响 适合日常监测 热成像画面以灰白 热度彩色展示为主 画面单调不明确 不适合长时间观测及识别物体 利用中低端热成像仪 320 x240分辨率 50mm定焦镜头 氧化钒机芯 已可覆盖约10公里范围 同时成本相对低廉 可见光与红火外识别案例 22 热成像识别标准 监测范围不超过10公里 漏报率 5 误报率 5 告警热源级别3公里内 1x1米3 5公里内 2x2米5公里 10公里内 3x3米巡航周期 360度无视线死角 5分钟 23 林火视频监控系统的关键技术 对发现的火点进行定位是组织扑救最基本的要求 采用高精度的数字云台 转台 采集观测到火点时的云台 转台 的姿态参数 结合高精度数字地面模型 在地理信息系统中进行火点的定位 火点定位的精度主要取决于云台 转台 的机械精度 安装精度 DEM的精度 监控点位置精度 定位的模型精度 定位精度还与火灾所在的位置的地形有关 尤其是距离精度与火点所在地的坡度相关 定位精度不是越高越好 精度的每一点提高 都将以建设成本的提高为代价 通常一两百米的精度条件下 在报告坐标点能看到火点 4 火点自动定位技术 24 火点的自动定位 当监测到烟火后 系统锁定目标 提供定位计算功能 统一收集并管理云台校正信息 接收终端提交的定位申请信息 云台设备角度等 计算并返回定位结果 定位结果展示于地图中 支持基于ArcGis平台的地图 GoogleEarth地图 天地图等主流地图 25 林火视频监控系统的关键技术 视频图像信息是一种海量的数据 通常每分钟标清的视频约需10MB的容量 采用2M的通信带宽 1080P高清图像的容量是标清的4倍以上 通常需要8 10M的带宽进行传输 成本极高 早年的压缩编码协议 常用于视频会议系统的图像压缩 而压缩森林背景图像的效果不好 近年来 不少监控系统设备供应商 自主研制了适用于林火监控图像编解码器 编解码效率大幅度提高 能在一定程度上满足高清监控图像的压缩应用需求 但是任何编解码都会对图像信息造成损失 为了取得最佳的林火识别报警效果 建议采用前端识别方式 在进行图像编解码前进行识别 报警 5 高效的图像编码技术 26 林火视频监控系统的关键技术 视频图像传输是林火监控系统最主要的组成部分 目前采用的有采用微波扩频技术的无线局域网 光纤 自行铺设或租用 为确保传输的稳定性 拟采用具有路由的网络化传输 当某一条链路出现故障时 可以经由其他链路将图像传回监控指挥中心 6 网络化的图像传输 27 林火视频监控系统的关键技术 基于统一网络的视频监控图像联网按照规划的要求 将实现全国林火视频监控的大联网 任何一个监控点的监控图像均可上传至市 省 国家级森林防火指挥中心 不可按需要进一步传送至党中央 国务院 关键技术在于 统一视频格式 统一控制信令 实现互相物理隔离异构网间的视频传输和控制信令的反馈 采用优化的编解码方式 解决网络带宽的的限制 提高图像传输的效率 7 多级联动智能监控管理平台 28 一个多层级三元式的联网监控管理平台 在这个平台的统一管理下 所有林业局下属组织结构 设备 监控设备 报警设备 传输存储设备 外部设备 主机 系统等所有的被管理对象整合为一个有机体 协同一致高效运行 所有视频由下至上按需转发视频设备有且仅有一路网络连接 将视频 控制信息传递给直连的管理平台 县级 最大程度降低前端设备带宽压力 多用户查看视频 仅访问管理平台 无需连接前端视频设备 用户与管理平台同属百兆甚至千兆局域网络 观看视频网络压力低 上级用户 市级 省级 需要查看视频 仅与用户所在管理平台交互 由管理平台负责获取下级平台转发的视频 底层各品牌 各型号设备统一由管理平台接入并管理 29 林火视频监控系统的关键技术 实现视频图像与GIS显示的2D 3D场景同步漫游 可是现在夜间视频图像无法正常显示前景的清晰图像时 在可通过GIS所显示的场景 了解目前监控画面所对应的区域的自然环境 森林资源 扑火资源 在发现火情后 可将火点标注到GIS场景中 依据所显示的左右环境等情况 及时组织扑救火灾 各林火监控点作为一个图层入库地理信息中 在Gis地图上通过点击随时打开某一林火监控点的视频图像并播放 如有必要可设定Gis二三维视角与前端林火监控镜头的转动同步 在观看视频的同时也能清楚的观测二三维图形 林班等 方便掌握周边情况 8 2D 3D的GIS联动 30 林火视频监控系统的关键技术 最新的林火监控中心 不需要将所有监控点的图像均显示到屏幕上 系统可以将发现疑似火情的视频显示出来 由值班人员人工判定 并最终发出火情报告 图像显示由视频矩阵进行调度 可以再任意显示器 一任意大小进行显示 显示方式由传统的CRT屏幕墙 投影大屏幕等模式发展到了 DLP拼接大屏 液晶拼接大屏等 9 高清视频图像显示系统 31 林火视频监控系统的关键技术 市电 农电直接供电 但农电的电压低 不稳定 长距离架空输电 感应雷的危险性高 风 光互补发电 发电 供电成本高 持续时间短 引用市电 农电应采用地埋铠装电缆供电 以便3公里以内 采用这种方式供电的成本优于风 光互补发电 10 稳定的供电系统 32 林火视频监控系统的关键技术 监控塔 监控塔一般应高于四周林木5米以上 如有必要可对林木进行去顶整形 以降低塔高 减轻晃动 降低成本 采用钢结构不宜采用不稳定的四角塔 应采用稳定的六角塔 监控塔不宜过高 即使在静风的情况下 钢塔的晃动幅度也达到1 大风时可达到3 5 将产生严重影响图像质量 监控云台 一般地区 监控半径在3 5公里以内的中 短距离的监控拟采用高精度转台 承重大于设备自重的3 5倍 风力较大的地区可采用球台 减少风阻 其承重稍大于设备自重即可 11 坚固的承载平台 33 林火视频监控系统的关键技术 12 便捷的存储查询系统 实时存储个监控点的视频图像 实现按时间 按站点进行查询检索 按报告火情信息进行查询检索 实现一场火灾多个监控的图像的关联 34 视频传输的带宽需求 网络带宽计算CIF视频格式每路摄像头的比特率为512Kbps 即每路摄像头所需的数据传输带宽为512Kbps D1视频格式每路摄像头的比特率为1 5Mbps 即每路摄像头所需的数据传输带宽为1 5Mbps 720P 100万像素 的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps 即每路摄像头所需的数据传输带宽为2Mbps 1080P 200万像素 的视频格式每路摄像头的比特率为4Mbps 即每路摄像头所需的数据传输带宽为4Mbps 现在一般无线传输方式的有效带宽在15Mpbs以上 可以满足同时3路1080P或7路720P视频传输需求 35 视频图像备份的空间需求 存储空间计算 码流大小 单位 kb s 3600 1小时的秒数 24 一天的时间长 30 保存的天数 5 监控点要保存摄像机录像的总数 0 9 磁盘格式化的损失10 空间 所需存储空间的大小 注 存储单位换算1TB 1024GB 1GB 1024MB 1MB 1024KB 5路存储30天的CIF视频格式录像信息的存储空间所需大小为 64 3600 24 30 5 0 9 8789 1GB 0 9TB5路存储30天的D1视频格式录像信息的存储空间所需大小为 192 3600 24 30 5 0 9 26367 2GB 2 6TB5路存储30天的720P 100万像素 视频格式录像信息的存储空间所需大小为 256 3600 24 30 5 0 9 35156 3GB 3 5TB5路存储30天的1080P 200万像素 视频格式录像信息的存储空间所需大小为 512 3600 24 30 5 0 9 70312 5GB 6 9TB 36 林火视频监控系统的关键技术 前端设备采用等电位设计 与避雷接地线绝缘 可靠的避雷接地 确保接地电阻小于4 确保前端设备免受雷击 前端设备统一置于全天候恒温设备箱 进行电磁屏蔽和防浪涌保护 确保前端设备和指挥中心控制管理 显示系统设备免受感应雷的破坏 13 有效的防雷避雷系统 37 林火视频监控系统的关键技术 在监控点装置红外探头和防盗摄像机 一旦有盗窃人员入侵 自动启动 三鉴 防盗摄像机 将图像自动切换为防盗图像 并向监控中心告警 监控图像自动存盘 同时自动向入侵人员喊话 保护用户投资 或将损失降低 14 实用的防盗系统 38 四 林火视频监控系统的设计原则 先进性与实用性的结合稳定性和可靠性为基础兼容性和可扩展性并重各监控点的个性化设计最优化的网络传输系统 39 四 林火视频监控系统的设计