森林防火防护监控系统建设技术方案建议.doc

森林防火防护监控系统建设”技术方案建议森林防火防护监控系统建设技术方案建议目 录技术方案建议11. 里奥系统特点7 数字云台精确定位8 林火自动识别预警 8 太阳能供电系统9 火情短信发布平台9 滤光透雾技术9 设备低温保护9 设备防护系统9 防火指挥中心101. 建设目标112. 功能需求分析123. 设计原则134. 功能概述151. 视频监控应用背景172. 视频监控设备配置181. 应用原则232. 无线网络原理233. 无线传输概述254. 无线传输特点265. 项目无线传输方案301. 防雷概述332. 雷电侵袭主要途径343. 雷电防护措施354. 项目防雷设计方案371. 执行标准462. 技术要求463. 铁塔制造工艺504. 检验与最终验收标准561. 视频采集设备参数612. 无线传输设备参数713. 防雷设备参数741. 设计原则772. 主要任务与技术指标783. 总体设计814. 系统总体架构845. 技术流程906. 项目预期成果957. 功能概述97 二维地图基础功能97地图检索97制图符号化及配色方案控制97图层控制97标注控制97图例控制98地图功能98地图量算98地图信息查询98地图输出98地图打印98 三维地图基础功能99三维地图的检索99图层控制99地图功能99地图信息查询99 态势标绘管理100标绘符号管理100标绘符号调整100绘图输出100态势图维护100态势图查询100 火灾定位100 火灾损失评估100 三维飞行模拟101鼠标控制飞行101利用二维地图制作飞行路线101飞行路线的记录与回放101视频输出101 森林防火专题信息查询与管理101 林火预测预报系统102 林火监测系统102 火情推演和模拟系统102 森林防火信息管理系统:102 系统管理103系统部门设置103系统用户设置103系统备份103权限级别1038. 林火GIS基础平台103 任务和功能需求103 实施方案104 与系统其它部分之间的接口1059. 日常森林防火信息管理105 任务和功能需求10510. 林火行为预测、模拟与仿真10611. 林火扑救联动指挥107 建立知识库108 三维地图联动功能109 选择扑火队伍类型109 扑救工具的选择11012. 数据库建设、管理、更新111 数据仓库的内容112 综合数据仓库采集、入库、管理和更新实施方案112 软件介绍114 软件功能说明115 软件运行环境117 软件主要功能模块1171. 项目内容1212. 监控中心系统设计及分析1213. 系统需求1224. 计算机及服务器的选择123控制计算机123硬盘录像机124地理信息系统服务器125备份信息系统服务器126网络交换机1275. 显示设备的选择128LED显示屏1286. 语音设备及后备电源129警示话筒129在线式UPS1297. 机房的装修设计129机房的高度和空间130信号电缆与供电电缆的交叉130机房的消防130机房建筑的防雷131防静电131机房的地板设计132三防复合活动地板132地板支架133第一章 技术方案综述林业是生态建设的主体，在保持经济和社会发展中有着不可或缺的作用，在生物的进化过程中起着巨大的作用。随着林业事业的不断发展，林木蓄积量逐年增加，森林防火工作尤为重要。积极建立森林防火信息化、数字化、科学化的综合防范指挥体系，建设数字化森林防火平台，对不断提高森林防护整体综合能力、改善与保障森林资源安全和生态环境，促进并推动林业持续、快速、健康发展，有着其特殊的意义和作用。同时，森林防火又是一项复杂、多学科的系统工程，是实现林业持续发展的必要条件，是维护生态平衡的重要保证。高新科技发展有限公司开发研制的“森林防火及生态保护数字化监控预警系统”（LionTech Fire Watch System）引进德国先进的防火技术，以国内价格提供国际品质的优质、稳定的森林防火系统。该系统是以森林火情监测为主、自然生态保护为辅，将GIS技术、滤光透雾技术、数字图像处理技术等高新技术综合应用于森林资源管理中的高科技产品。“森林防火及生态保护数字化监控预警系统”（LionTech Fire Watch System）有如下几个特点：v 数字云台结合GIS，火点精确定位；v 林火自动识别系统，实现火情自动报警；v 纳米波滤光技术穿透烟雾,清晰成像；v 短信发布火火情信息，及时迅速；v 野外设备防盗报警系统，有效防止设备丢失和人为破坏；v 无线数字传输,避免野外架线；我公司系统完全满足“森林防火防护监控系统建设”项目的要求，实现的主要功能如下：v 监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像；v 数字图像可以通过无线网络和计算机网络实现远程传输；v 所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放。满足15*24小时存储；v 采用野外重载数字云台，具有实时回显位置信息功能；同时配备电动三可变长焦距镜头和低照度高清晰摄像机；可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台和镜头；v 通过现有设置的监测点,实现整个有林面积的监视范围达到95%以上；v 系统安全性高，采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式保证系统安全可靠；v 查询简便性：采用时间流设计，可由时间、日期完成资料检索；v 完全数字化传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接；v 防盗告警，在监控点装置红外探头，有盗窃入侵时监控中心告警，保护用户投资，或将损失降低；v 火情识别报警：当监控摄像机扑捉到林火时，由值班人员确认火情及火点位置，通过短信平台发布报警信息；v GIS管理系统：实现GIS系统与采集点监控摄像机实时联动，以便监控人员实时掌握监控位置以三维电子沙盘、电子地图为基础，实现地图基本操作功能，通过各类空间操作合分析方法，采用三维电子沙盘功能查看山形地势，实现对森林防火工作的动态管理，为防火提供直观的规划和决策支持；v 火灾定位功能：利用前端采集系统中的数字云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。同时，系统具备实现人工定位功能；v 辅助决策功能：GIS信息系统提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力,提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息；v 电源系统:电源供给在全天候的环境下,保证系统不间断供电；v 防雷系统:系统要有安全的防雷保障措施,确保系统能够安全运行；1. 系统特点高新科技发展有限公司开发研制“森林防火及生态保护数字化监控预警系统”（LionTech Fire Watch System）从总体上可以分为硬件、软件和运行安全管理几个部分。硬件主要是野外采集站、无线网络链路、监控中心；软件是系统的指挥平台，包括地理信息系统（GIS）、监控图像控制软件、火情报警信息发布平台，而安全管理是贯穿硬件和软件的保障体系。三个方面相互之间并非完全独立，软件的运行要基于计算机、网络的硬件环境，而系统安全管理包括了硬件安全管理和软件安全管理等诸多方面。系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的数字云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的数字云台回传的位置数据，即可实现火点定位功能。同时，启动后台的短信发布平台第一时间通知防火相关领导和人员。系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息，相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。系统以数字设备的监控方式，通过无线网络将采集的信息、数据传输到林业监控指挥中心，利用GIS（地理信息系统）对发生的火情、火警区域实现定位，并实时做出分析判断，确定扑救方案，将火险控制在萌芽状态。同时对大量资料数据进行储存、处理和分析，对今后的森林防火预防工作起到指导和参考决策价值。1 获取信息：利用建立分布在火灾易发区不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视频图像，实现全天候不间断监控；2 动态监测：在无线数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到区级防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况；3 火灾预警：如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案；4 预报分析：参考林区物候、可燃物特性数据,利用专家数据库模型进行综合分析,预测出相应地区的森林火灾等级数据。“森林防火及生态保护数字化监控预警系统”避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。该系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物等进行有效监控。该系统有如下特点： 数字云台精确定位里奥科技联合军工企业开发研制的重型数字云台在保证普通云台功能的基础上，添加了许多其他的功能，其重点是角度实时回显，通过这一功能就可以达到与地理信息系统相结合的目的，从而使用户在使用中可以根据角度或者地理信息系统，确认监控的方位这一重要信息。 林火自动识别预警林火自动识别预警是引进德国IQ wireless GmbH公司的森林烟火识别专利技术，与中科院沈阳自动化研究所合作实现国产化，通过对被监测对象的视频数据流进行处理，根据森林背景图像和火灾、空间几何特征、纹理特征进行比较，选择合理方式、设定报警门限值进行判决报警。 太阳能供电系统解决了以往因林区野外架线难、维护更难的难题。为了防止因野外架线，出现断线、打火而诱发新的火情隐患，本系统将太阳能转换成电能，进行DC、AC的变换，对蓄电池充电及设备供电，保证前端设备及控制设备的可靠运行。 火情短信发布平台为了让林区防火相关部门能在第一时间内得到火情信息，我们通过手机发布平台将火点的相关信息，如经纬度，地理方位，起火时间等信息以短信的形式放送给林区防火领导，及时组织扑救林火，最大程度的减少经济损失。 滤光透雾技术林区烟多雾重，大大地缩短了监控林火的可视范围。森林防火防护远程数字化监控系统采用先进的滤光透雾技术，使远处的火情影像清晰地显示在监视屏幕上。 设备低温保护针对北方林区冬天气候寒冷的特点，监控设备中的很多电子元件在林区超低温的环境下都不能正常工作，为了解决这一难题，系统采用低温保护技术，从设备材料和内部升温等各种途径提高整个系统的耐低温能力，从而使系统在林区低温下正常工作。 设备防护系统考虑到森林防火监控设备大多数安装在无人值守的密林深处，我们设计了一套完善的监控设备专用的周界防护系统，一旦有人攀上信号塔架，告警系统启动，将通过小型防盗摄像机将攀登人员拍摄下来，通过无线网桥回传到监控中心，同时警笛报警器发出震撼的笛声。防火办值守人员得到报警信号，立即发出语音警告，并打开硬盘录像机，将进行实时录像，以备追查。 防火指挥中心远程控制与通讯是指挥中心的主要功能，即通过指挥中心可完成对林场各个地区的通讯指挥工作，同时在指挥中心可以实现对火情地区的实时监视、控制功能。以指挥中心为核心将各个系统进行整合，实现办公的信息化网络化，通过有线、无线调度系统完成对下属部门的命令发布、工作查询、人员调配工作；同时把监控系统与地理信息系统进行无缝结合，完成对林区的监控、以及资源调查工作。第二章 总体方案建议“森林防火防护远程监控系统建设”项目由管理指挥中心（监控中心），无线数字传输系统，前端视频、音频、数据采集系统，终端处理系统，铁塔，防雷接地，野外供电等组成。无线数字传输系统共计5个点。前端视频、音频、数据采集系统共计5个，各个前端视频、音频、数据采集系统包括：视像采集、音频采集、云台控制及数据系统、太阳能供电及防雷、铁塔及地线系统以及设备防护。软件系统包括：操作系统软件Microsoft Windows 2003 Server、数据库管理软件SQL Server 2000（企业版）、森林防火专用软件发布平台、地理信息系统（GIS）、林业信息管理系统、监控图像控制软件、森林防火辅助决策软件、火情识别告警系统、SMS短信发布软件模块等组成，还包括一些二次开发软件，如数字云台角度值回显嵌入模块，定位信息与GIS嵌合模块等。1. 建设目标1、获取信息：利用建立分布在不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视频图像，实现全天候不间断监控。2、动态监测：在无线数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况。3、预案处理：监控中心配备林火自动识别报警系统，其主要任务是自动接收来自林火检测子系统的图像，进而根据图像上的信息来自动判断是否起火，并唤醒监测人员进行交互式的林火识别，最后做出确定的林火报警（有或无），如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案。4、三维模型：实现野外现场采集图像同监控中心三维电子地图联动，即现场摄像机图像移动的同时三维电子地图景观亦随之移动，通过前端传回角度实时回显信息 ，指示监控位置，实现GIS系统与采集点监控摄像机实时联动，以便监控人员实时掌握监控位置以三维电子沙盘、电子地图为基础，实现地图基本操作功能，通过各类空间操作合分析方法，采用三维电子沙盘功能查看山形地势，实现对森林防火工作的动态管理，为防火提供直观的规划和决策支持。2. 功能需求分析森林防火防护无线网络监控系统是一种基于IP技术的网络视频系统和无线扩频宽带技术相结合的产物，系统应具有以下特点：1、 投资省，建设快，特别适合无通信线路、无电能、无道路的情况。2、 可实现远程图像实时图传和控制，通过前端设备实时掌握现场情况。3、 视频信息可在IP网络上传输，用户可在网络上的终端看到现场的图像。4、 系统具有可扩展性，系统具有升级功能，适合森林防火防护监控系统的发展要求。5、 界面清晰、操作简单。6、 具有森林地理信息系统等辅助系统。7、 火点定位及火情识别报警系统。无线远程监控系统是结合了现代视频技术、网络通讯技术、计算机控制技术、流媒体传输技术的综合解决方案，它包含了用户在提供了强大的、灵活的组网和应用能力。前端信号采集平台采用CCD摄像机+解码器/云台控制器/网络视频编码器，由于该系统强大的数据处理和系统集成能力，可以实现在一个平台上完成数字图像监控采集、压缩、存储、传输、防盗报警监控管理、远程控制等功能，从而降低系统的造价、提高了监控维护的效率并降低了使用难度。采集平台可以高效的压缩处理接入的图像，通过电脑监视器就可以实现所有图像的实时动态监视，同时利用该系统可以调用存储在硬盘中的历史资料，本系统采用业内顶尖压缩技术MPEG-4算法，压缩比高达1:500，。此外实现了自动磁盘空间动态检测功能，图像动则录，不动则不录或慢录。 另外系统还可以灵活的设置报警信号和图像的联动关系，当系统发生报警时，通过事先的设置，可以启动相应的摄像机录像及报警输出功能。同时控制中心也可同时得到报警信号，并可通过远端控制进行实时监控观察等功能。网络视频编码器(Network Video Encoder)是采用通信、计算机、互联网技术和标准，基于最先进的MPEG-4视频压缩技术开发的最新一代嵌入式网络视频编码器。它主要完成模拟视音频信号的数字化，数字化后的视音频信号采用MPEG4视频压缩算法和G.729音频压缩算法进行压缩编码，然后通过IP网将编码后的音视频数据以IP包的形式传送给监控服务器或远端用户，实现视音频信号的网络传输、网络监控和网络存储，同时可以支持远程的云镜控制和远程报警管理。监控服务器提供了对前端采集工作站的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户可以根据需要通过网络将前端音视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了所有视频资料信息（视频文件可以是分布在各个采集工作站或服务器）、报警信息、监控点信息、其它数据信息，一般用户通过WEB登陆服务器，可以在统一的界面查询任何对他授权的信息；对于前端和中心之间不支持多播的网络环境，服务器提供了单播到多播的数据转发，这样中心的多个人员查看前端的实时流大量节省带宽。3. 设计原则“森林防火防护远程监控系统建设”项目设计和功能的实施将遵循以下原则：先进性：所谓先进是指要求采用的产品和系统是当代先进计算机技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是符合计算机和网络通信技术最新发展潮流并且应用成熟的系统。智能化：系统中采用的产品和系统本身必须具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统必须有良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等等。数字化：近年来，监控产品的数字化趋势越来越明显。相信随着技术的不断进步，数字化系统将会得到进一步更广泛的应用。而数字化信号受干扰小、线路损耗小、便于存储、方便升级等优点将会表现得尤为突出。所以我们一定要把电视监控系统建设成一个高度数字化、信息化的系统。网络化：在计算机网络技术高度发展和广为应用的信息社会，设计完成的监控系统中所采用的产品和系统，必须与计算机网络技术相结合，实现各个子系统的信息共享，才能适应时代的前进、技术的进步，满足更广范围巡查的要求。实用性：我们这里讲的实用是指要求所采用的产品和技术经过了市场的考验，能满足目前监控系统的需要而无华而不实之嫌，决不搞盲目投资、浪费资金。具体体现为。成功应用：系统设计采用的产品和系统，必须是经过了一定时间市场考验的成熟产品，特别是在国内应该有成功的应用案例。合理配置：系统设计时，应对需要实现的功能进行合理的配置，并且这种配置应该是可以被改变的，甚至在工程完成后，功能、配置的改变也是可能的和方便实现的。良好操作：系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。特别是操作性，应使一般水平的管理人员，在粗通电脑操作的情况下通过培训能掌握系统的操作要领，达到能完成监控任务的操作水平。可靠性：设计必须遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。这个原则要兼顾到两个方面： 系统运行可靠系统的运行要求可靠。要求从计算机的配置到系统的配置、前端设备的配置都要仔细考虑这个问题，对所有的设备进行认真的可靠性认证。 保存和恢复设置方便在实际运行中，即使系统的故障率非常低，也会因为各种意想不到的原因而出现问题。所以，在系统设计时，要考虑到系统设置数据的方便保存和快速恢复。扩展性：即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。在系统设计中，我们选用产品和系统时，应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，设计应全面、周到，注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要，主要体现在以下方面： 智能化升级系统的软件是最有可能升级的，选用的系统管理软件必须有厂家的免费升级承诺。升级的操作应该相对简单，由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。 模块化结构为方便硬件的维护和升级，设计时采用的设备应为高度集成的模块化产品。由其组成的系统应是模块化结构。这样，便于系统的维护和升级。 经济性为了确保投资合理性，要在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比最优的系统和产品，从而使系统投资物有所值，不造成盲目投资。4. 功能概述地理信息指挥决策系统(GIS)是本项目建设的核心，是防火指挥平台，对整个系统的日常管理和防灾的指挥都是在GIS平台上完成，GIS开发平台要求网络版10个点以上。本系统主要任务是以现有的森林资源数据库、林相资料、森林资源统计数据、防火力量的配置、人员分布情况、历史数据等标准的及非标准的资源基础上，使其数字化、规范化、矢量化。实现森林防火信息的规范化、标准化管理，纵向达到和有关部门数据交换和信息共享，为各业务部门提供资源数据的查询、更新等相关服务，实现信息共享，充分发挥信息系统的资源优势，建立高质量、高效率的管理信息网络。开发一套森林防火辅助决策系统，为领导决策和机关办公提供服务，全面提升森林火灾的综合防御和控制能力。GIS系统平台必须支持矢量数据、栅格数据，具有林业业务所涉及空间分析功能、GIS数据发布。GIS平台全面采用工业标准的和开放的主流IT技术，性能稳定安全；面向对象的空间数据模型；空间数据数据库技术；基于工业标准的组件对象模型(COM)；地理信息GIS指挥系统，集数据管理、数据分析、图形管理、图形编辑、彩色图形输出等功能于一体，可方便、有效、快速地存储、更新、操作、统计、分析和显示所有林业资源管理信息和决策支持，对实现森林防火管理实现信息数字化、现代化和政府职能规范化将起到非常积极的作用。工程建设的主要功能是在硬件设备和远程网络的基础上，建设森林资源GIS数据库和以及基于GIS公共数据库的基础上，建立远程监控硬件支撑平台，以现有森林资源建档数据库、资料为基础,解决森林防火业务的管理信息化系统，最终形成一个有效、实用的森林防火指挥信息系统。系统中每个前端采集站应有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的数字云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的前端数字云台回传的火情位置数据，经GIS系统通过数据处理即可实现火点定位。同时，启动后台的短信发布平台在第一时间通知防火相关领导和人员。系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息。相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。在正常情况下摄像机工作在自动巡航扫描方式，观测人员在监控中心可观测到一定范围内的林木地貌、道路、人员等实况图像，系统可进行全程录像；若遇异常情况，工作人员可及时将摄像机从自动状态下转为手动状态，并对有关目标进行跟踪、定位、放大，以便更加仔细全面地进行观测。第三章 视频监控配置说明1. 视频监控应用背景数字视频监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合利用光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。在人类感官接受的各种信息中约有80%来自视觉。视频、图像是对客观事物形象、生动的描述，是直观而具体的信息表达形式，是人类最重要的信息载体。特别是在今天的信息社会，随着网络、通信和微电子技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，视频监控以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的青睐，监控产品也正经历着从模拟化向数字化、网络化的革命。根据森林防火的需要，前端监控点必须具备360度全方位、24小时全天候监控的特点，因此选择的设备必须符合森林防火的实际需求。前端监控点的功能是采集视频、音频信号后，利用成熟的视频、音频处理技术，对视频、音频信号进行压缩、分析、IP化处理，然后通过无线传输系统传输到监控中心。IP数据信号摄像头变焦镜头视频服务器前端监控点云台云台解码器视频信号云台控制信号无线传输系统前端监控点设备配置数字视频监控系统除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能外，还具有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。与数字视频监控系统相关的主要技术有视频数据压缩，视频的分析与理解，视频流的传输与回放和视频数据的存储。（视频是在时间上近似连续的图像序列。在数字图像处理中，把照片这类单幅的图像称为静态图像（简称图像），而把电视图像这类连续图像称为运动图像或视频。）视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。v 第一代模拟监控系统：在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。v 第二代数字化本地视频监控系统：九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。v 第三代远程视频监控系统：九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。2. 视频监控设备配置森林防火防护监控系统的前端视频采集部分包括无线传输系统、视频编码系统、低照度摄像机、重型数字云台、室外护罩等组成。前端视频采集部分主要完成视频图像的采集和对森林着火点的定位，每个前端采集站主要设备包括：重型数字万向云台、低照度高清摄像机、视频服务器（编码）、网络交换机、无线网桥、野外保温箱等设备。摄像机输出的模拟视频信号通过视频线缆联接到视频编码器得视频输入端，视频编码器的485接口通过485控制线与重型数字云台解码器相连，通过接收视频监控服务器发送的云台、摄像机的控制信息，驱动云台、摄像机进行旋转、变焦。视频编码器的网络接口通过网线联接到网络交换机上，无线设备通过网线联接到网络交换机，将视频编码器输出的视频流媒体传输到监控中心。 重型数字万向云台森林防火监控系统前端采集部分建立在高山上，野外条件恶劣，对云台的各项指标有严格的要求。例如：机械传动部分具有良好的抗风性能，山上雷电较多，云台自身要有避雷功能，云台要抗腐蚀，云台担负着定位功能，机械加工精度要求较高。我公司研制开发的BWY50重型数字万向云台采用德国的技术，结合军工雷达的工作原理，按照军工级别的制造标准与兵器集团联合生产。保证每一个生产环节都控制在军工标准之内，每一根导线、每一颗螺丝都由专家精心设计。BWY50重型数字万向云台已经通过公安部安全与警用电子产品质量监测中心检测。BWY50重型数字万向云台数字云台与市面上普通云台的比较：名称功能重型数字万向云台其它云台显示角度实时回传角度值不能实时回传角度值，仅能预制位转动旋转角度水平0360 俯仰060水平0-355 俯仰10-60承重50kg20kg内置解码器内置智能型解码器技术，更适用于野外恶劣环境条件下使用一般没有配套内置解码器定位功能结合GIS能实现精度为0.0125定位预制位定位，无法与GIS结合远程切换功能配套解码器支持镜头滤色片切换（与摄像机CCD切换同步），实现透雾功能配套解码器不支持该切换功能工作温度-50C70C（内置加热器）20 55加工工艺特制军用级普通工业级传动方式涡轮蜗杆传动（带滑环）齿轮减速传动抗腐蚀抗酸、碱、盐等腐蚀无抗腐蚀功能抗风等级8-9级4级接线方式控制线缆与视频线缆在云台内做内接处理，线缆与云台整体转动，避免绞线与折线控制线缆与视频线缆在云台外部接线，日久会发生绞线与折线现象使用寿命15年左右3年左右（不适合森林防火监控）备注云台及解码器已与多家视频服务器及硬盘录像机嵌合，实现远程定位和远程切换控制等不支持远程定位和远程切换重型数字万向云台是结合德国云台和国内云台的优点开发出的军工级产品，该云台采用铝合金材料铸造，具有防水、耐高温、耐老化、抗腐蚀的特点；选用高性能电机；大载重量，专为特殊环境设计；可内置温控电路、宽范围温度工作；云台可以结合地理信息系统实现准确定位。 特制镜头由于森林防火监控系统安装在林区的山上，山区经常浓雾弥漫，普通的镜头无法达到正常的监控效果。拟采用科技利用德国的多栅格透雾成像技术，与镜头厂家联合开发出特制多栅格滤光镜头；该镜头选用50倍的电动三可变镜头，焦距为125625mm的长焦距镜头可满足山区远程监测系统的需求，设备具有通光量大的特点，且倍率高，视角大，通过配备的低照度摄像机保障了在夜间也能达到好的监测效果。在镜头镜面镀有滤光膜，可见光透过增加20%，红外光（850nm）透过增加100%。解决了山区雾大，成像难的问题。特制镜头与普通镜头比较表：名称功能特制镜头普通镜头远程切换镜头内置转盘使滤色片中心始终与主光轴保持一致，并且支持远程切换滤色片从而达到透雾成像功能不支持远程切换滤色片，无透雾功能滤色片多栅格滤光片德国专利技术无滤色片配套摄像机专门配套双电路CCD芯片摄像机，防火专用一般无专用配套摄像机 低照度森林防火专用摄像机为满足森林防火特殊需要，低照度摄像机与特制镜头配套，该摄像机与普通摄像机的比较如下：名称功能低照度摄像机普通摄像机远程切换支持远程切彩色、黑白功能不支持远程切换功能双电路CCD芯片有无最低照度0.0003LuxF1.0(Night);0.1LuxF1.0(Day)黑白摄像机：0.1Lux0.05Lux配套镜头专门配套透雾镜头，防火专用一般无专用配套镜头成像技术宽光谱成像（350nm-1250nm）成像光谱范围（350nm-700nm） 视频服务器由于视频监控一般采用组播传输的方式，所以要求有些网络节点所需要的网络交换设备必须支持组播管理功能。在整个视频网络中，各个分中心点、视频监控中心点放置的网络交换机必须支持组播管理功能（IGMP协议）。每个远程监控点可以使用普通网络交换机。网络视频服务器主要实现模拟视音频信号的IP化。经数字化的视音频信号H.264视频压缩算法和G.729/ADPCM音频压缩算法进行压缩编码，提供高清的D1画质704576，通过IP网将低码率的视音频编码数据以IP包的形式传送给多个远端PC或网络视频解码器，实现视音频的远程传输、网络监控和网络存储；同时支持远程云镜控制和远程报警管理。视频服务器支持数字云台回显，预留与GIS报警接口。第四章 无线传输配置说明1. 应用原则 先进性：系统应采用基于WEB嵌入式的视频服务器为核心的视频监控系统，该系统采用专用视频压缩芯片，图像清晰，视频压缩效率高，是基于第三代嵌入式技术的网络视频监控产品。 实用性：系统支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、集中录像（如果业务需要的话，系统将来还可以可连接多种报警设备、报警可定时布防撤防）等功能。 兼容性：系统应采用B/S结构，可与内部网络的MIS系统相结合。 扩展性：系统软、硬件系统应采用模块化设计，用户系统升级时，只需要增加前端的服务器，并升级相应的系统软件即可，不用额外添加或者废弃原有设备。 灵活性：系统组网灵活，适合在局域网、广域网和无线网络中使用；在网络中的授权用户可通过IE浏览器实时监控前端现场，客户端无需添加任何硬件。 实时性：系统应采用专用的RISC视频压缩芯片，满足最高传输30帧/秒的清晰图像的要求。 可靠性：系统应采用性能稳定可靠的产品，其MTBF（无故障时间）值超过100，00小时，该系统可以在无人、少人维护的环境中运行。2. 无线网络原理随着计算机应用技术的普及和国民经济信息化的发展，客户/服务器计算、分布式处理、国际互连网（Internet）、内部网（Intranet）等技术被广泛接受和应用，计算机的联网需求迅速扩大。在诸多计算机联网技术中，无线网（Wireless Network）以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点，在许多应用场合有其他联网技术不可替代的作用，而在无线通信技术中，基于跳频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、 无须申请频率资源等特点，近年来在计算机联网的各个领域都得到了广泛地应用。跳频通信具有其他方式不可比拟的优点，近年来在无线通信中得到越来越广泛地应用。跳频通信（Frequency Hopping Communications）是信号载波按编码序列指令在一定频段内以预定速率离散跳变的一种扩频技术。它可以抗多径衰落和近台干扰，具有电子反对抗 (ECCM) 能力，可提高通信的可靠性和保密性。跳频通信具有如下特点： 抗干扰性强抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性质，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。 隐蔽性好因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。 易于实现码分多址（CDMA）跳频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段？其实正相反，扩频通信提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码作相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送数据； 同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信。 抗多径干扰在无线通信中，抗多径问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。3. 无线传输概述无线传输系统的功能是连接前端监控点和监控中心，将前端监控点的视音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。B14-RBODUB14-RBIDUB14-BUIDUB14-BUODU监控前端超5类屏蔽双绞线监控中心无线传输系统的设备配置图无线传输系统可以采用点对点或者点对多点的传输方式。如果前端监控点数量较少，而且分布非常零散，可以采用点对点的无线传输方式，就是一套无线传输设备完成一个前端监控点与监控中心的连接。如果前端监控点数量比较多，可以采用点对多点的传输方式。无线传输设备选择必须满足几个条件：1、室外型无线网络传输设备，因为视频监控设备都是安装在室外，所以要求设备都必须满足室外型的要求。避免由于环境的因素导致整个系统出现不稳定状况。2、无线设备必须支持组播传输，因为视频设备都是通过组播方式进行传输的，所以必须要求无线链路设备必须支持组播传输。3、无线设备必须支持组播隔离的功能，网络设备对组播的处理和广播包类似，所以要求点对多点无线网络传输设备必要有针对各个远端点之间组播隔离的功能，这样才能更避免由于组播的影响导致整个监控系统瘫痪。我们推荐的以色列奥维通BreezeNet B14产品为室外专用的电信级无线传输产品并专门针对视频传输做了相应的应用设计。4. 无线传输特点1.核心技术（1）MPEG-4多媒体应用标准MPEG-4标准是目前最新的视频格式标准之一。完整的MPEG-4标准是一个多媒体通信的框架和规范协议，其中的视频编码算法的设计思想是在基于视频内容编码等技术的基础上，提供极低带宽和可变输出码率（10Kbit/s到1Mbit/s）的条件下提供尽可能好的图象质量。（2）实时传输和QoS技术研究和实现了RTP/RTSP（实时传输协议），实现了多媒体信息在IP网络中的实时通信，为实时交互提供了通信基础；利用时间戳等技术研究和实现了减小多媒体信息传输延迟抖动和丢失的质量保证方法；研究和实现通信量整形和排队技术，提供对网络传输质量的保证手段。（3）异构网络通信平台实现自适应编码技术，实现在多种网络条件下的自适应编码和传输，提供异构网络进行通信的手段。（4）嵌入式系统芯片技术、DSP技术、RTOS的发展使得传统需要一台计算机实现的功能在一块嵌入式板子上就可满足。嵌入式监控前端以最小化设计实现监控所需功能，刨除了不必要的硬件设计，使得系统的成本大大降低，系统的稳定性和可维护性大大提升。2MPEG-4算法的实现优势我们采用的MPEG4核心算法在标准规范的基础上在编码效率以及网络适应性方面进行了深入研究，并取得了突出效果。（1）VBR和CBR模式VBR：即基于品质的模式。当使用这种模式时，所有的帧不管他们的状态如何都压缩到相同的品质，即图像损失率一致。它能保证全部帧的质量是一致的，当它不控制编码输出码率，对于场景运动变化比较大的情况，编码输出码率变化幅度会很大。这种模式比较适合于视频编辑或者对图像质量要求很高而带宽不受限制的应用。CBR：即恒定码流模式。编码器会根据用户指定的码率进行编码，为了保持相对恒定的码流，对于运动变化大的场景，编码器会降低视频质量以降低码率，对于比较静止的场景，编码器会在不超过指定码率的情况下尽可能提高视频质量。这种模式比较适合于网络视频传输应用。CBR的实现复杂度比VBR要高很多，而且实现算法的不同对码流控制的效果差异也很大，国内大部分厂家目前未实现CBR模式或者只是作了一些简单控制。（2）核心算法采用汇编程序MPEG-4算法中压缩比越高算法复杂度越大，一般的嵌入式平台主处理器的处理能力不会很高，所以为了能够达到每路25帧/秒，压缩比就不会很高。而我们将MPEG4算法的核心部分全部使用汇编语言编写（标准算法使用C语言编写），使系统的处理效率提高了30，这使得我们的系统能够提供更高质量的视频。（3）网络传输时延控制对于实时视频应用，等待时间和抖动必须保持在一定的限度内，标准建议可接受质量的单向最大延迟是400ms（网络传输本身延迟不包括在内）。对于音视频需要同步的应用，必须限制视频相对于音频的延迟。（4）网络传输差错控制网络的不稳定性会经常导致视频包的丢失，而实时视频传输又不允许无限制的重传，而MPEG-4是连续编码算法，丢失一帧数据会导致后续若干帧解码错误，导致“马赛克”现象。我们在传输层通过独有的差错检测、错误隔离、限制延迟重发、强制恢复等一系列差错控制技术，使得“马赛克”现象尽可能少。（5）网络带宽自适应调整在网络带宽经常变动的信道中，使编码率与信道带宽相匹配很重要，RISBOTM 无线监控系统中采用的算法可以实时检测网络带宽的拥塞程度，并可以动态对编码器进行码流整形，调整输出码率以匹配网络带宽。3.网络视频编码器(NVE)网络视频编码器(Network Video Encoder)是采用通信、计算机、互联网技术和标准，基于最先进的MPEG-4视频压缩技术开发的最新一代嵌入式网络视频编码器。它主要完成模拟视音频信号的数字化，数字化后的视音频信号采用MPEG4视频压缩算法和G.729音频压缩算法进行压缩编码，然后通过IP网将编码后的音视频数据以IP包的形式传送给监控服务器或远端用户，实现视音频信号的网络传输、网络监控和网络存储，同时可以支持远程的云镜控制和远程报警管理。该设备无须铺设专用的视频和控制电缆，就可以与不同类型的以太网设备无缝连接，系统采用标准的互联网TCP/IP协议，不仅能在本地局域网传送实时图像，还可以在网络带宽受限的ISDN、PSTN、xDSL 路由器、局域网、广域网、INTERNET和无线网络上方便地实现视频音频的同步传播。采用IGMP组播协议支持多个客户端连接，不占用额外的网络带宽。图像质量和网络带宽动态可调，占用网络带宽20K2Mbps。4功能(1) 系统为标准的嵌入式平台该设备采用先进的嵌入式硬件设计和嵌入式操作系统，设备体积小，视频处理速度快，稳定性高，全天24小时现场工作；可以远程对系统软件升级；该设备有自动恢复功能，当前端发生掉电加电后，可自动启动，无需人工维护。(2) 网络化、数字化系统采用标准的TCP/IP协议，内置HTTP服务器，提供RJ-45以太网接口，能架构在局域网、广域网、INTERNET和无线网络之上，节省了铺设长距离线缆的成本。可任意设置网关，完全支持跨网段、有路由器的远程视频监控环境。系统提供单播、组播、服务器组播功能。(3) 高清晰度图像图像压缩采用MPEG-4 图像编码标准，图像清晰度高，在低带宽或者多次路由的条件下，传输每秒30幅画面的高质量图像，不会出现 “马赛克”的现象。(4) 多权限功能和监控服务器配合可以对用户分配不同的控制权限。使用者在权限允许的监控区域和监控点，可分别实现对远程现场的实时监控、对镜头、云台进行控制或浏览。系统保护8级权限控制，具