方案功能森林防火视频监控系统解决方案

1、森林防火视频监控系统森林防火视频监控系统 解决方案解决方案 阅读提示 一、文档类别 行业解决方案 二、适用性简述 适用森林防火视频监控系统 三、关联可参考文档 杭州海康威视系统技术有限公司 公司总部：杭州市滨江区阡陌路555号 客服热线: 400-700-5998 网址: 目 录 第 1 章 概述.6 1.1 项目背景.6 1.2 组织架构.7 1.3 现状描述.7 1.3.1 采用地面巡护.7 1.3.2 采用瞭望台监测.8 1.3.3 采用航空巡护.8 1.3.4 采用卫星遥感.8 1.4 需求分析.9 第 2 章 系统总体设计.10 2.1 设计思路.10 2.2 设计原则.10 2.3

2、 设计目标.12 2.4 系统架构.12 2.4.1 前端系统.14 2.4.2 传输网络.14 2.4.3 指挥中心.14 第 3 章 系统特点.15 3.1 设备防雷击.15 3.2 前端防结雾.15 3.3 透雾监控功能.15 3.4 火情自动报警.15 3.5 火点自动定位.16 3.6 报警信息统计.16 3.7 视频联动控制.16 3.8 视频质量诊断.16 第 4 章 前端系统设计.18 4.1 系统概述.18 4.2 前端典型架构.18 4.3 红外热成像摄像机.19 4.4 环境监控报警主机.20 4.4.1 温湿度传感器.20 4.4.2 风速传感器.21 4.4.3 烟感

3、传感器.21 4.5 报警系统.21 4.6 供电系统.21 4.6.1 太阳能供电.21 4.6.2 风能供电.23 4.6.3 UPS 或蓄电池 .24 4.6.4 农电供电.24 4.7 防雷系统.24 第 5 章 传输网络设计.26 5.1 专网.26 5.2 有线传输.26 5.3 无线传输.27 5.3.1 微波传输.28 5.3.2 3G 传输.29 第 6 章 指挥中心设计.31 6.1 省级指挥中心.31 6.2 市级指挥中心.33 6.3 区县级指挥中心.36 6.4 硬件设备组成.38 6.4.1 服务器.38 6.4.2 客户端.40 6.4.3 存储设备.41 6.4

4、.4 解码设备.43 6.4.5 大屏显示设备.43 6.4.6 短信模块.44 6.4.7 防火墙.44 第 7 章 平台软件设计.47 7.1 平台架构.47 7.1.1 基础开发平台.48 7.1.2 平台服务.48 7.1.3 业务逻辑子系统.48 7.1.4 应用系统.49 7.1.5 Web Service 接口.49 7.1.6 与林区自动气象站系统对接.49 7.2 平台特点.49 7.3 平台运行环境.49 7.3.1 操作系统.49 7.3.2 数据库.50 7.3.3 双机切换软件.50 7.4 平台模块.50 7.4.1 中心管理模块.50 7.4.2 存储管理模块.5

5、1 7.4.3 存储模块.51 7.4.4 流媒体模块.51 7.4.5 报警模块.51 7.4.6 网管模块.51 7.4.7 云台代理模块.52 7.4.8 客户端.52 7.4.9 电视墙模块.53 7.5 平台基本功能.53 7.5.1 视频监控.53 7.5.2 录像管理.54 7.5.3 存储管理.54 7.5.4 数据转发.54 7.5.5 语音功能.55 7.5.6 远程控制.55 7.5.7 报警管理.55 7.5.8 电子地图.56 7.5.9 权限管理.56 7.5.10 安全管理.57 7.5.11 系统管理.57 7.5.12 报表管理.58 7.5.13 Web 配

6、置及监控.58 7.6 平台性能参数.59 第 1 章 概述 1.1 项目背景 森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，每年都有一定数量的发生，造成 森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性，灾害发生的 随机性，短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有火警发生，就必须以极 快的速度采取扑救措施。扑救是否及时，决策是否得当的重要原因都取决于对 林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。为此国内 外都在为预防,减少和控制森林火灾而努力。 森林防火长期以来基本上采取较落后的传统防火指挥手段，一直未建立科 学先进的森林防火指挥中心，与日益繁重的防火任务和火灾日趋增多的形势

7、不 相适应，常常因为防扑火手段落后而处于被动应付的局面，加大了火灾的损失。 为了适应市场经济条件下森林防火扑火工作的需要，急需建立一个高科技含量 的省级森林防火指挥中心，采用新的现代化的林火管理技术，提高组织指挥决 策水平，确保发生火情后，能迅速报警，科学调度指挥，最快扑灭，最大限度 地减少林火损失。 随着全国造林事业的不断发展，林地面积、林木蓄积量逐年增加，林业工 作的重点已转向森林管护，森林防火已成为林业工作的首要任务和重中之重。 森林防火工作面临着许多新情况和问题：一是林内可燃物多，冬春季节风大物 燥，极易引发大的森林火灾；二是森林旅游已成为人们回归自然的一种时尚， 野外生产生活用火频繁

8、，火灾隐患增多，管理难度大；三是一些地方农村基层 矛盾突出，引发的森林火灾案件增多，故意纵火案时有发生，一旦火灾发生并 迅速蔓延将造成巨大的经济损失，对植被及生态环境的破坏更无法估量。为了 免遭损失，必须进一步加大森林管护的基础设施和队伍建设的力度，用科学的 手段来强化防火工作，微波图像监控作为森林防火的重要手段已列为国家和省 重点投资项目。目前全国大部分重点林区、市都已建成或正在建设这一工程， 在整个林区建立一套完善的森林防火体系。 1.2 组织架构 森林防火工作主要由林业局负责。森林防火最高指挥机构是国务院领导下 的森林防火部际联席会议；省、市、区县级都设有森林防火指挥部，林区乡 （场）

9、、企事业单位都成立有森林防火领导小组。县级以上森林防火指挥部的总 指挥由当地政府的主要负责人担任。林业局监控指挥架构如下图： 林业局监控中心架构图林业局监控中心架构图 1.3 现状描述 目前森林防火工程中采用地面巡护、瞭望台监测、航空巡护、卫星遥感监 测为主。目前森林防火监测方式都存在一些问题，需要寻求一种更高效、更智 能的监测方式，更好的完善森林防火工程。 1.3.1 采用地面巡护 地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入 瞭望台观测的死角 进行巡逻。对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。存在的不 足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而

10、 出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各 种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补 。 1.3.2 采用瞭望台监测 瞭望台监测，是通过瞭望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告 火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。存在的不足：是无生活条件的偏远林 区不能设瞭望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白 观 察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无 法 上塔观察；瞭望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。 另外瞭望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。 1.3.3 采用航空巡护

11、 航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。它的优点是巡护视野宽、机动 性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。 但也存在着不足：夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航 线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过 观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000 元/ 小时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监 测来弥补其不足。 1.3.4 采用卫星遥感 卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探 测林火。能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供

12、火场信息，用遥感手段 制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。它探测范围广、搜集数据快、 能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影 像真切。 存在的不足：准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实， 尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。在接到热点监测报告2 小时内应反 馈核查情况和结果。卫星遥感监控森林防火的其不足是： 1) 热点达到3 个像素时，火已基本成灾。 2) 从卫星过境到核查通知扑火队伍时间过长，起不到 “打早、打小、打了” 的作用。 1.4 需求分析 目前各级护林防火部门大多采用人工了望和地面巡护的办法进行火情监测， 由于林地比较分

13、散，限于财力，难以组织大批人员进行看守，防不胜防。许多火 情往往因发现不及时，耽误了扑救时间，使小火酿成大火。而采用 视频监控系统 监测火情，可以防止森林大火的形成，做到早发现、早消灭，实现真正意义上的 打早、打小、打了，能有效地保护十分珍贵的森林资源，具有巨大的生态效益、 社会效益和经济效益。可通过视频监控达到一定的防火效果。 根据目前森林防火现状，森林防火视频监控系统有如下需求 : 1) 系统监控图像可在第一时间传送到 指挥中心，并可以在第一时间识别林 火。 2) 当火灾发生时，能够精确定位火点位置，并能够自动产生报警。 3) 林区监控管理指挥中心通过观看。实时监视各监控点火灾情况，并远程

14、 控制云台摄像机进行控制。 4) 报警后，一旦火情确定，指挥扑救人员可通过大屏实时查看现场视频。 5) 林火发生后，通过系统可对受灾面积、灾害损失做出相对准确的评估。 6) 系统需支持视频和地图的结合，管理员可在地图上明确林火位置。 7) 前端系统运行需要提供一种有效的供电方式，能保证设备全年不间断的 可靠运行。 8) 前端设备大多安装在无人值守的环境，需要通过有效的安全防范手对前 端设备进行管理。 9) 利用有效的传输方式，能把前端监控视频传输到后台指挥中心。 第 2 章 系统总体设计 2.1 设计思路 森林防火监控系统是集硬件、软件、网络于一体的联网系统，以森林防火 平台软件 iVMS-8

15、800 为核心，在指挥中心能够实现对各个林区防火监控系统的 全方位管理。 前端视频监控点设定在林区的制高点，通过光纤传输网或微波网络与指挥 中心网络点对点联接。在监测到有火灾信号时，系统会及时将前端实时画面传 递到主站指挥中心。 1) 采用红外热成像摄像机利用热成像原理，探测林区热辐射，通过不同目 标温差实时成像，搭配了测温模块可全天候对林区扫描检测，当测得温 度及温差数据符合林火特征时，系统发生报警，及时让防火值班人员掌 握林区火灾隐患，及时制定灾害扑救方案等 。 2) 采用与环境信息相结合的综合监测，可以实时的了解当前监控点的风力、 风向、温湿度、烟雾等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息

16、，满足 当前森林防火的各种要求。 3) 采用与地理信息系统（GIS）相结合，实现森林资源信息的可视化化管理， 可以更加有效地为森林防火提供信息支持。 4) 采用透雾成像技术，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，使用透雾镜头解 决了山区雾大，成像难的问题。 2.2 设计原则 1) 可靠性： 硬件可靠性：系统按照监控现场的环境要求选用图像监控设备，能够适应 现场的恶劣环境。摄像机和镜头采用专业产品。 软件可靠性：操作系统应具有良好的稳定性。 用户管理：用户等级管理和密码管理相结合，不同的操作人员具有不同的 权限，禁止越权操作。 充分考虑到森林

17、防火工作的连续性要求。整个系统必须具有高度的安全性、 可靠性和稳定性。 2) 先进性： 先进的视频压缩格式：采用 H.264 格式压缩视频流，压缩过的图像传输给 森林防火的各级指挥中心。在保证图像质量的前提下，带宽占用大大减小。 系统在稳定性的基础上，充分考虑到信息社会迅猛发展的趋势积极采用当 前国际上较先进的技术装备。在技术应用上适度超前，所采用的技术和设备完 全能保证先进性。 3) 灵活性： 录像可调节图像质量与带宽占用以满足用户的需求。 灵活的控制功能：在各级指挥中心的图像工作站上可以对选择的摄像机进 行控制。 4) 可扩展性： 灵活的组网方式，方便监控点的增加。 系统预留了其它功能接口

18、（如电子地图等） ，系统设计留有充分余地，以方 便今后系统的扩充和升级。为此，所选设备采用模块式结构，在必要时可随时 增加前端及其控制模块，使系统具有灵活的扩展性，有效的保护用户的投资。 充分考虑到指挥中心工程所涉及的各子系统的集成和信息共享，在保证子 系统总体上的先进性和合理性，采用集中管理、操作，分散控制的模式。总体 结构具有兼容性和可扩展性，既可以包容不同厂家不同类型的先进产品，又便 于升级、换代，使整个智能化系统可以随着科学技术的发展与进步，不断得到 充实、完善、改进和提高。 5) 易操作： 监控系统的操作具有灵活简便，易于掌握的特点，操作人员能够方便地进 行使用及维护，使整个系统发挥

19、最大的功能。 在适应多功能需求方面作了充分的考虑，对信息进行收集、存储、传输、 检索、查询，为森林防火中心管理者提供了有效的信息服务和充分的决策依据， 为森林防火工作提供了安全、方便、快捷、高效、增值的服务。 6) 开放性： 考虑到系统发展的需要，使系统与未来扩展的设备具有互联性与互操作性， 能很方便地融入网络之中。 2.3 设计目标 1) 远程视频监控以直观、真实、有效而被广泛应用在许多重点防范地区。 通过安装红外热成像、可见光摄像系统全天候监控林区 ，观测森林火情、 对初发火情，做到及时发现、及时救护。使火灾隐患消亡在萌芽状态 ； 2) 远程视频监控能在森林发生火灾时把现场的图像传回指挥中

20、心，指挥中 心通过监视前端摄像机图像指挥调度救火，最大限度的能减小火灾造 成的损失； 3) 远程视频监控能真实记录火灾发生前救火过程中以及救火以后现场的真 实情况从而对火灾进行处理，提供有效真实的资料； 4) 森林防火消防中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现 场情况协调调度指挥； 5) 林区监控管理指挥中心可远程对前端的云台进行上下,左右控制； 6) 林区监控管理指挥中心能记录火情发生,发展和消灭的整个过程，对以 后的火情的预防,治理提供真实有效的直观资料。 7) 山上需要 24 小时不间断供电，满足所以设备用电需要，根据目前技术 条件设计采用相应的供电系统，保证山上不具备布线条

21、件的监控点设备 不间断供电，正常工作。 2.4 系统架构 森林防火监控系统由前端系统、传输网络、各级指挥中心等几个部分组成。 系统架构图系统架构图 省级指挥中心部署视频监控平台软件，通过专网线路连接国家林业指挥中 心、市级指挥中心和部分其他单位。市级指挥中心通过专网线路分别和省指挥 中心以及区县级指挥中心连接，市级指挥中心部署视频监控平台软件，实现和 省级及区县级的平台进行联网。区县级指挥中心通过专网线路连接市级指挥中 心，同时部署视频监控平台软件和市级平台进行联网。前端系统通过光纤线路 连接到区县级指挥中心，无法通过光纤线路连接的前端系统，通过微波方式连 接到区县级指挥中心。 2.4.1 前

22、端系统 前端系统对林区现场的图像及环境信息等信息进行采集、编码及上传，并 根据制定的规则进行自动化联动。 2.4.2 传输网络 传输网络可采用光纤传输网络，可将摄像机、镜头拍摄的现场图像实时传 输到指挥中心。 无有线传输条件的前端，采用微波方式，将摄像机、镜头拍摄的现场图像 实时传输到指挥中心。 2.4.3 指挥中心 区县指挥中心可管理所辖林区的所有设备，接收由林区上报的视音频及环 境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。 市级指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用 户视频信息查看、林区设备控制的需求。 省级指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，

23、同时可以满足用 户视频信息查看、林区设备控制的需求。 第 3 章 系统特点 3.1 设备防雷击 系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外，对云 台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施，云台护罩内对所有的信号输入线 路（例如：视频线路、控制线路、网络线路、低压控制线路）全部进行了电磁 屏蔽和防浪涌保护措施。 3.2 前端防结雾 一些时节容易发生多云多雾现象，特别是秋冬时节有恰好属于防火期，属 于森林火险高发时期。为了在这段时间保证图像监控系统运行的完好和图像的 清晰，所以前端设备的防凝雾功能就显得越发重要了。 针对上述现象，我们对前端设备采用密封加隔离的防护措施，防护等级可 达

24、到 IP67，内部集成加热模块和风扇，防护罩内部设备不会发生结雾和凝水现 象。 3.3 透雾监控功能 林区可能存在多雾天气，海康威视结合安防监控领域的视频图像透雾的特 殊要求，开发了一种实时视频透雾技术。该技术基于大气光学原理，区分图像 不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，获得准确、自然的透雾图像。 3.4 火情自动报警 设备利用远红外热成像设备实时探测目标环境的辐射强度，通过嵌入式 DSP 对辐射强度进行分析，筛选出辐射强度比较异常的点，当检测出有超出设 定的热点阀值时发出报警信号，通过自动报警装置产生报警。 热成像图像热成像图像 3.5 火点自动定位 监控系统发现火点或热点自动报警后，利用回

25、传的数字云台俯仰角、方位 角及站点的地理位置信息（经纬度） ，计算出火点的具体位置。 当前端红外热成像摄像机发现火点时，在 GIS 系统中，标记出火点的相应 位置，并用闪烁的方式给予提示。 3.6 报警信息统计 系统支持报警统计功能，提供对平台报警数据的统计分析，分析的结果通 过图表方式展示。支持报警统计报表时间粒度：年、月、周、日，统计对象： 按报警事件、报警级别。 系统支持报警信息统一展示，提供专用报警中心，集成展示实时报警、历 史报警数据，包括报警相关的视频、录像、图片信息。 3.7 视频联动控制 当前端红外对射探测器探测到入侵目标时，同时该目标已进入视频监控区 域后，视频控制系统将自动

26、进行联动，完成自动开启，也可通过值班人员手动 打开和调节控制相应区域的视频摄像头，完成对入侵目标的识别、判断和跟踪。 3.8 视频质量诊断 视频质量诊断系统能够对前端设备的图像质量进行智能分析，并对视频图 像的清晰度（图像模糊） 、噪声干扰（雪花点、条纹、滚屏） 、亮度异常（过量、 过暗） 、偏色、画面冻结、视频丢失、云台失控等常见摄像机故障进行检测。 第 4 章 前端系统设计 4.1 系统概述 前端系统主要以红外热成像摄像机为核心满足日常森林防火监控需求，同 时整合信息地理系统、环境量信息等实现森林防火综合监控。适宜于远距离大 范围全天候监视。可以看清 5 公里远的目标、室外防护罩给摄像机和

27、镜头提供 全天的防护、云台可以 360旋转，为了确保图像不抖动，摄像机的固定方式 都将进行最牢固稳定的安装。 4.2 前端典型架构 在光纤线路可达的地点，可采用有线传输的方式，各监控点通过光纤线路 连接到区县级指挥中心。 有线传输拓扑图有线传输拓扑图 在光纤线路不可达的地点，可采用微波传输的方式，各监控点通过微波传 输将数据发送到区县级指挥中心。 无线传输拓扑图无线传输拓扑图 4.3 红外热成像摄像机 红外热成像视频是远红外热图像，经过一系列的处理，可形成物体表面的 热图像。且克服雨雪雾的能力较高，所以在夜间以及较恶劣气候条件下，采用 红外热成像监控设备可以对各种目标进行可靠监控及预警。 为使

28、热成像探测火灾的准确性更高，可以搭配可见光摄像设备做为热成像火 灾探测的补充，当热成像发现火灾点时，由控制人员通过可见光摄像画面进行核 实，确认无误即可实现林火的准确预警。 型型号号红红外外热热像像仪仪（D DS S- -2 2T TD D6 60 03 35 5D D- -1 10 00 0） 电源供应 DC48V 构造压铸铝外壳，内部件主要为钢或铝合金 通用功能一键复位，防闪烁，双码流，心跳，密码保护，水印技术 智能报警移动侦测,网线断,IP 地址冲突,存储器满,存储器错 视频压缩标准 H.264 / MJPEG 压缩输出码率 32Kbps16Mbps 最大图像尺寸红外：384288 可见

29、光：1280960 通讯接口1 个 RJ45 10M / 100M 自适应以太网口 音频压缩标准 G .711 工作温度和湿度-3060，湿度小于90%(无凝结) 4.4 环境监控报警主机 环境监控报警主机可以通过开关量接口跟红外对射连接，通过 4-20mA 模 拟量接口、开关量接口、RS-485 串口与各类传感器连接，对各种数据进行汇集， 处理成数字信号，并可以提供向上的接口供指挥中心访问、管理。 4.4.1 温湿度传感器 温湿度传感器，采用传感、变送一体化设计，采集温湿度数据，进行数据 校正转换，转换成 4-20mA 电流环信号连接至环境监控报警主机，温湿度模拟 量能实时上传主控中心，控制

30、中心能随时查阅林区的环境温湿度，并做出相应 的处理。 4.4.2 风速传感器 风速传感器顾名思义是测量空气流速的仪器，仪器内的转速传感器能把风 速转换成 4-20mA 电流环信号上传连接至环境监控报警主机，能把现场风速实 时上传主控中心，控制中心能随时查阅林区的风速，并做出相应的处理。 4.4.3 烟感传感器 现场配置有不同数量的烟感等火灾探测器，来监测烟雾报警情况。可通过 开关量连接至环境监控报警主机，当检测烟雾时能自动发出报警信号，提醒控 制中心工作人员，并可联动摄像机预置位查看现场实际情况。 4.5 报警系统 考虑到市面上红外热成像摄像机的价格比较昂贵，建议在每台红外热成像 摄像机周围增

31、设一套防盗报警系统，报警系统分别由报警主机、4 个红外对射 及一台高清网络球机组成。当检测到有异常行为时，报警主机将报警信息传输 到后端平台，后端平台联动球机跟踪目标对象，实时放大现场画面，起到防范 报警作用。 4.6 供电系统 指挥中心采用普通办公用电，为防止意外停电，中心使用UPS 电源，以保证 最低 8 小时持续供电。 前端系统的供电方式主要是太阳能以及风能，采取 “风光互补”方式发电， 利用风能和太阳能同时供电。 4.6.1 太阳能供电 太阳电池供电系统在微波通信领域的应用十分广泛，具有使用费用低 ,可靠 性高 ，无需维护等优点，受到林业部门的欢迎。用于监控点太阳能电源系统， 根据地区环境的太阳能辐射数据进行计算，整个设计按照负载功率50W，连续日 工作时数为24 小时，即使在阴雨天也能独立供电3 天。 选择太阳能方式之前要考虑安装的地方是否真的合适安装与 使用太阳能，例 如某些地区的日照时间短，或者比较阴暗，都有可能并不适合安装使用太阳能。 太阳能供电具备以下特点： 1)配合无线传输方式能够彻底无线化； 2)无缆式独立供电，组件灵活、小巧，方便安装