|
一、需求分析
森林防火遠程視頻監控系統提出了許多具有強烈行業特征的需求，這些需求是普通的視頻監控系統無法滿足的，因此防火智能監控系統需要具備以下特點：
全天候遠距離工作：防火信息采集點要全天候工作，這就需要選擇攝像機時應選用紅外敏感型彩色轉黑白攝像機。
鏡頭應選用日夜兩用型長焦鏡頭，并且于較遠距離外外能看清小面積火情，還具有透霧功能；
云臺要求選用螺桿傳動的室外一體化重載云臺，為了減少遠距離圖像的抖動，攝像機的安裝也要確保牢固穩定。
前端設備采用密封加隔離的防護措施，把系統重要電子核心器件全部密封在碳纖維結構設計的防護罩里面，保證防護罩內部設備不會發生結霧和凝水現象。
同時防護罩視窗玻璃采用白光鋼化玻璃同時附加熱片，杜絕了視窗表面的結霧和凝水，防止監控圖像出現模糊或畸形。
前端設備工作狀態遠程監控：由于整個防火信息采集前端設備地處深山，維護極為不便，所以中心要是能隨時掌握前端設備的工作狀態，對維護將起到重要的指導分析作用，
一方面降低了整個系統維護工作的強度和費用，另一方面也保護了用戶的利益。
智能的林火火情分析和早期預警：完全依靠值班人員通過監視器來發現早期火情是比較困難的，隨著智能視頻分析技術的發展，對早期林火的煙火智能識別已經開始逐步得到應用，
系統需要能及時自動發現火情、告警并聯動報警錄像，提醒值班人員察看顯示畫面，實現早發現、早通報、早撲救。
監控室建設：建設監控室大屏幕，方便實時監控野外監控圖像，遠程監控林區，實現無人值守。
二、解決方案
1系統組成
森林防火野外視頻監控系統由硬件系統和軟件系統組成。
硬件系統主要由前端視頻監控系統和監控中心建設組成。
軟件系統由視頻監控平臺軟件系統1套，視頻圖像可見光煙火識別分析軟件1套
2前端視頻監控系統
前端視頻監控系統由視頻圖像采集設備、無線局域網傳輸設備、防雷和接地基礎建設等組成。
3無線視頻傳輸示意圖
現場每個點位傳輸距離及帶寬不同，無線傳輸設備選型也不一樣，設備及傳輸示意圖如下：
4無線網絡傳輸系統
無線傳輸系統是保證監控點與指揮監控中心正常通訊的基礎，在設計上要遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。
同時綜合考慮施工、維護及操作因素，并將為今后的發展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。
本系統采用前端點對點采用無線網橋傳輸方式，利用山頂最高點及點位附近的高點作為中繼，鏈接網絡傳回市監控中心。
另外，選擇無線設備還能確保在遠距離傳輸的同時有穩定的高帶寬可供視頻傳輸使用。
考慮到不同無線設備用戶傳輸數據的帶寬不同，本方案中主要采用802.11an標準的系列設備，一般傳輸距離越遠無線信號空間衰減越大，即鏈路帶寬會越小，但在本系統設計應該足夠滿足數據傳輸的要求。
由于無線信號在傳輸過程中，發送點與接受點之間不能有大物體的遮擋，這樣會導致信號無法傳輸，因此當受到遮擋時，需要在遮擋物附近放置一個無線中繼設備作為信號傳輸的中轉。
可以遠程監視網橋傳輸速率和遠程設置參數，調節設備；便于人員維護。
5無線網橋設計
根據主級聯網路布局，傳輸方向、距離、帶寬。設備設計為近距離傳輸通道無線網橋ST58T8G 5對、遠距離高帶寬無線網橋ST5801GB 3對，遠距離單極化設備ST5023TD 1對。
監控點每個帶寬至少8兆帶寬，通過點位累加，最大位置為50兆�？紤]天氣、距離因素的影響數據的帶寬限制，
有效帶寬的保證可選擇高傳輸速率的無線網橋和高增益定向天線。同時考慮設備統一性和后期的擴容。
6無線傳輸部分——無線網橋
標清級無線網橋—CM530-61
產品外觀：
高清級無線網橋—CM530-81
產品外觀：
7全天候防護罩
為保障高清網絡攝像機正常運作，要求具備防水、防腐功能，并根據天氣狀況智能調控溫度；采用光學玻璃，保持通視透亮。山區溫差較大，需要具備防結露功能。
8設備防雷系統
雷電侵入通信等網絡系統的途徑主要有：經電源系統引入；信號傳輸通道引入；由于多點接地而產生地電位反擊及因屏蔽不良而造成雷擊對網絡及其設備的電磁脈沖干擾等。
9風光供電系統
現場有以下幾個點位不能就近取電，只能通過風光互補野外供電系統解決供電問題，分別是：象山監控點、許山中繼點、蓋善村中繼點、大古山監控點。
考慮當地日照時間和設備功耗大小，配備合適風光互補供電系統，現場還應該配備相應的蓄電池，確保在沒有日照和風能發電的情況下，保證整個系統的正常運行，至少運行時間5天。
10監控中心建設
控制子系統
控制子系統主要包含視頻管理服務器、視頻監控系統客戶端軟件軟件、森林防火系統軟件平臺及相關配套設備。
顯示控制子系統
顯示控制子系統主要為實現視頻監控的統一調用、控制及顯示而設計的，實現對數字視頻的遠程訪問、視頻流接收、數字視頻顯示等功能。
本次方案設計由網絡高清解碼器解碼，通過HDMI線直接輸出至顯示器，以便實時預覽。在客戶端電腦安裝客戶端軟件，對攝像機進行實時預覽和錄像回放操作。
11軟件系統
視頻監控平臺軟件系統1套，視頻圖像通過平臺的建設，建立市級防火業務基礎框架，為未來的進一步擴展奠定良好的基礎。
視頻監控平臺軟件系統：實現對視頻監控信息的采集、存儲、轉發、調度和管理，可在監控中心調用、控制、設置任何一路前端視頻，支持視頻的擴展和不同視頻監控設備的接入。
12視頻監控平臺軟件
監視功能：
通過綜合視頻監控系統可實現大容量、分布式的實時直播：即在系統中可通過監控管理終端和專用的操作設備(如專用控制鍵盤)方便、
快捷的對前端監控點進行切換、云臺快速轉動、鏡頭縮放的操作，從而及時的發現違法犯罪行為及各種突發事件，并通過對被監控對象的跟蹤顯示，及時通知相關人員進行圍捕或處理。
各級領導、相關單位及其它授權客戶也能查看任意監控點的實時圖像，并可對前端監控點進行權限內的操作。
監控管理終端和授權客戶端可實時監視多路實時圖像信息可實現一機多屏同時監視；監控管理終端和多個網絡客戶端可以同時監控任一前端圖像。可以在多種畫面分割模式中切換顯示。
系統還可通過視頻解碼器的硬解碼方式，在監控室配置的液晶監視器、PDP、CRT等顯示設備上可以實時顯示前端任意一個或多個監控點的圖像，并可通過專用操作鍵盤進行切換操作及對前端監控點進行云鏡控制。
特點：
監控管理終端可實時監視多路實時圖像信息并實現一機多屏同時監視；多個網絡客戶端可以同時監控任一前端圖像
攝像機分組：支持按照監控區域、管理權限和實際使用情況（如行進路線）分組，設置簡單
輪巡：系統具備視頻自動巡視功能，在可設定的間隔時間內對全網的監控點進行圖像巡檢，參與輪巡的對象可以任意設定，輪巡間隔時間可設置。
攝像機信息設置：設置系統內所有攝像機的位置、IP、別名、所在區域、場所等信息
支持實時設定視頻編解碼器的各種參數，如碼率、品質、分辨率、制式、幀頻、色彩、音量等
圖像選擇功能：
值班人員可選擇或自動切換前端任意一路圖像（只要權限允許），圖像顯示方式包括自動循環切換、分屏顯示、手動切換。
攝像機控制功能：
值班員可手動控制高速球型攝像機、云臺攝像機的所有可變參數，包括焦距、光圈、監控范圍等。
云臺攝像機和高速球型攝像機控制功能：支持方向控制、自動掃描、預置位管理、光圈焦距管理、鏡頭縮放；云臺速度可調；
支持燈光、雨刷、電源開關控制；支持自定義輔助開關控制；支持攝像機鎖定與解鎖；方便進行云臺／快球控制器的參數設定。
在進行云臺控制時，高級別的用戶具有優先的級別，當高省級監控中心的用戶在進行控制操作時，下一級管理站的用戶就無法控制云臺，系統支持多個控制級別的劃分。
動態字符疊加功能：
系統能將采集到的現場狀態實時數據、攝像機的號碼、所在位置、攝像日期和時間等信息于圖像進行疊加，以便在監視器上顯示。
可在圖像的任意位置疊加圖片和黑屏框以屏蔽需隱藏的圖像區域。一旦發生報警，實時疊加的狀態數據會閃爍，提示有警情發生。
數字虛擬矩陣功能：
IP網絡具有虛擬視頻矩陣切換功能，并支持攝像機在監視視窗上的拖拽或瀏覽應用程序上攝像機的雙擊功能。
虛擬視頻矩陣（IP網絡）能有效的從編碼器（實時模式）切換到NVR上的視頻/音頻記錄（回放模式），反之亦可。
只要有足夠的權限，虛擬視頻矩陣（IP網絡）允許用戶以實時或回放訪問IP網絡中NVR上的音頻/視頻記錄。
只要有足夠權限，用戶可在虛擬視頻矩陣上的任何瀏覽工作站進行云臺，云鏡和快球控制。
系統網絡管理功能：
在控制中心的安防系統網管終端應能夠對視頻監控系統中包含的視頻前端設備、控制設備、存儲設備等的運行狀態進行綜合的監視與管理，在必要時可修改系統數據及配置。
多級用戶權限管理功能：
在整個系統中，系統具有精細權限管理功能，能對系統中所有權限用戶進行統一、準確、精細的管理和權限劃分，保障系統中高級用戶和各級領導在重大情況或緊急情況下對系統的操作控制優先權。
安全管理功能：
系統實行操作權限管理，按實際的管理架構對每個用戶賦予不同權限等級；系統登錄、操作都需要進行權限查驗；
系統所有重要操作,如登錄、控制、退出、報警確認等，均有操作記錄，系統可對操作記錄進行查詢和統計，所有操作記錄具有不可刪除和不可更改性。
配置功能：
系統的所有前端設備的參數都可以在監控中心由系統管理人員遠程配置和修改，在進行系統設備配置時，不會對系統的正常運行產生絲毫影響。
13視頻圖像可見光煙火識別分析軟件
森林防火視頻監控預警管理系統以前端監控設備和視頻編碼器為基礎，采用C/S架構，通過交互區內的網絡等傳輸鏈路，將數據及信息發送到服務區內的各種服務器。
業務區內的客戶端對監控業務進行管理和處理。下圖為系統架構示意圖。
三、系統架構示意圖
中心服務器：
對其他服務器及前端設備進行統一管理，完成用戶權限的鑒定、設備的分發配置、其他服務器的配置管理及日志的管理等。
針對客戶端用戶的登錄，中心服務器對登陸的用戶名和密碼進行鑒定，如果用戶名和密碼合法，則會根據用戶的權限為客戶端分配資源；
如果客戶端使用管理員權限賬戶登錄，則會分配所有權限給該客戶端，為限制管理員權限被濫用，中心服務器將管理員權限設置為在同一時間僅僅能夠有一個管理員權限賬戶在線。
用戶登錄界面：
系統登陸通過賬號密碼方式進行認證，管理者能在系統內為不同賬號的登入者設置不同訪問權限，保障系統信息和運作安全。
中心服務器會定時對客戶端及管理的設備進行巡檢，判斷客戶端及設備是否正常，一旦設備出現掉線及時提醒用戶關注，查看設備異常原因。
錄像存儲服務器：
存儲前端設備的視頻錄像文件，包括計劃錄像、報警錄像。在客戶端可以實時檢索已存在的錄像文件，
錄像查詢可以按照錄像原因、錄像時間、前端攝像點、報警事件等條件進行查詢，方便客戶觀看保存的錄像，及時查找事件原因。
錄像服務器除了能夠管理本地磁盤存儲空間之外，還能夠管理網絡上的在線磁盤。
錄像存儲服務器可對存儲空間進行管理，通過特定存儲策略、空間管理策略、文件覆蓋策略、文件安全備份策略保證磁盤空間的安全、高效的使用。
錄像存儲服務器設置界面
流媒體轉發服務器：
轉發前端設備的視音頻數據至申請視音頻碼流的服務器及客戶端，有效的降低前端設備的帶寬需求，并將前端設備與客戶端有效隔離，確保前端設備的安全性及健壯性。
尤其在使用無線傳輸時，無線傳輸的帶寬都不是太高，有的僅僅能夠滿足前端設備的傳輸需求，如果多個客戶連接，會造成視頻傳輸的延遲、卡頓等現象，
而使用流媒體轉發服務器后，前端設備和監控中心流媒體服務器之間僅有一條連接，不會造成多路連接的帶寬壓力。
流媒體服務器界面
智能電源及故障管理服務器：
森林防火的行業特性決定了前端設備的安裝位置的特殊性，布線不方便導致設備的供電需要依賴太陽能或風光互補。
智能電源及故障管理服務器對供電設備定時巡檢，實時顯示設備工作狀態；當設備出現故障時，及時告知用戶并給出解決方案。
GIS管理服務器：
電子地圖的管理及基本操作、設備安裝點的管理和配置、報警點位置的確認及顯示、火災蔓延趨勢的分析，配合應急指揮服務器完成火災的撲救指揮等。
同時可以通過在電子地圖上選中指定設備，來反控前端設備的操作。在GIS管理服務器上，可以實時的瀏覽設備視頻，開啟前端設備的巡航、線掃、蘋果皮掃描和逐圈掃描。
報警聯動服務器：
監控區域發生火災時，根據設定的預案啟動報警聯動，在管理中心聯動聲光報警提醒值班人員注意查看、及時處理險情，
并將產生的報警信息通過短信或彩信的方式發送到指定的手機號上面，及時告知管理人員，方便管理人員第一時間組織撲救力量。
報警確認界面
短信報警設置界面
應急指揮服務器：
結合GIS管理服務器、天氣條件及歷史數據，對產生火災險情的區域進行分析和判斷，實時顯示火災的蔓延方向，判斷出有效的撲救路徑。
應急指揮服務器集成小型氣象系統，實時采集監控點的溫度、濕度、風向、風速、降雨量、氣壓等氣象數據，通過分析對比判斷出監控區域的火險預警等級提醒用戶注意防范。
在火災發生期間，通過系統的語音廣播系統和現場視頻，可對現場救火人員進行指揮和協助，及時有效的展開火險的撲救和火點的排除工作。
客戶端：
負責權限內設備的控制和管理工作，包括火情監測、設備管理、報警提示、日志查詢、視頻回放、電子地圖顯示等功能。
火情監測：
實時監測前端設備回傳的現場視頻數據，系統可支持1080P、720P、D1等設備的實時視頻預覽、可單獨打開和關閉某一通道的視頻圖像、
可在指定播放窗口播放某一通道的視頻圖像、可切換多種視頻窗口排列模式進行視頻播放。
火情監測界面
設備管理：
管理權限內的設備，進行PTZ操作、參數設置、掃描模式選擇、攝像機效果調整、視頻抓拍、報警閾值的設置、3D定位等。
報警提示：
前端設備產生報警后，在客戶端彈出報警對話框，提醒用戶進行確認，并對產生報警的監控區域進行抓拍，記錄報警信息及處理結果，方便以后檢索和統計。
在產生火災報警后，會彈出報警確認窗口，用戶可以根據實際情況來確認該報警是否為正確報警，
如果用戶確認為正確報警，則會做出相應的聯動操作，發送報警信息到指定的手機號上，并將報警時的視頻進行抓圖，方便日后查詢和比對；
如果用戶確認該報警為誤報警，則會將當前的報警地點存儲到屏蔽區域列表中，當設備再次掃描到該處時，
將不會再次產生報警，提高了預警系統的報警準確率，避免了不必要的誤報，提高了值班人員的工作效率。
系統在檢測到火情時，會自動將火情區域居中放大，方便用戶的近距離觀察火情�；蛘哂脩艨梢赃x擇手動定位功能，通過在畫面上自右上到左下框選感興趣的區域，將該區域進行居中放大；
同時用戶也可以在畫面上自右下到左上框選區域，將該區域進行縮�。贿@樣可有效的降低用戶的操作復雜度，用戶可兼顧到近距離觀察火情和遠距離觀察火況。
報警提示界面
日志查詢：
可實時檢索用戶的登陸記錄、設備的報警記錄、設備的操作記錄。
日志查詢界面
視頻回放：
通過日期、錄像類型（計劃錄像、報警錄像、手動錄像）、設備名稱等檢索條件對存儲在錄像服務器上的錄像文件進行檢索，并下載指定視頻文件到本地進行播放，可對播放的錄像視頻進行快進、拖動、慢放等。
視頻回放界面
電子地圖：
客戶端中的電子地圖能夠實現如下功能：地圖的放大、縮小、測距及拖動等常用功能功能；選定指定設備開啟或者關閉設備的巡航、蘋果皮掃描等功能；支持模糊查詢地名及居中顯示附近區域的功能；設備的添加刪除功能；報警信息的顯示功能。
電子地圖截圖
四、功能設計
功能設計緊密貼近林業單位實際需求，提出面向專業應用、滿足項目專業需求的整體解決方案，組建成能模塊以實現對林區火情狀態全面監控的目標。
可滿足系統對專業分析、處理、輔助決策等方面的總體要求。系統主要功能如下：
煙火識別系統與視頻監控管理相結合，實現煙火的智能檢測。
火情的快速識別與報警。
GIS定位與撲救指揮管理相結合，實現防火決策的預控性、準確性與實效性。
事件的記錄與查詢
將傳統視頻監控和森林煙火識別相結合，實現無人值守；森林煙火識別和地理信息系統(GIS)相結合，實現煙火精確定位；
傳統視頻監控和網絡負載均衡相結合，保證視頻有效傳輸和系統穩定工作；視頻瀏覽和錄像相結合，需要時可以回放。
煙火智能檢測系統
煙火智能檢測系統是森林防火視頻監控智能管理系統的基礎功能。正常狀態下，系統會按照預設自動掃描模式對目標林區進行全面巡航掃描。
當前端基站在監控林區發現異�；鹎闊嵩�，系統將自動進入事件預警模式，自動記錄下火情事件發生的時間、經緯度及實時監控錄像和圖片，
并自動生成檔案日志儲存在系統目錄文件下，供用戶日后翻查事件過程記錄，方便分析出火災成因與優化應對方案。
同時，系統前端會將檢測到的多種信號，包括火情警報、防盜警報及設備故障警報等通過無線傳輸架構，即時反饋到每一級后端管理指揮中心平臺，生成聲光告警通知用戶。
用戶可以通過對云臺的控制來實現鏡頭的調節，還可以通過云臺的調節來獲取不同角度的圖像。通過云臺控制模塊控制云臺固定范圍（或定點）掃描。
當發現火情時，報警模塊發出報警信息，回傳火情方位數據到監控中心。
火情的快速識別與報警
火情的快速識別與報警是系統的核心技術模塊，迅速、準確地識別火情是森林防火視頻監控系統的核心功能。
該功能模塊主要作用是分析前端紅外熱成像儀采集到的林區紅外視頻，依靠所獲取的火源紅外輻射數據分析視頻輻射量的波動值及畫面上顯示的色深變化，
從而實現對林區火源的判定與告警，帶動系統其他功能模塊的響應運作。
智能圖像處理器（該處理器已經嵌入到設備中）能夠利用超溫檢測算法自動檢測出監控區域內出現的火情，第一時間發現明火和隱火，并將檢測結果通過網絡傳輸系統傳送到監控中心。
災后，也可以監控隱火是否完全熄滅，是否還存在隱患等。是系統運行可靠性的關鍵。
火情識別模塊具備識別精度高、需求探測的有效面積小、誤報率低等功能特點，比一般可見光視頻系統更快更準確地識別火情，能有效實現火情早期監控的效果。
云臺方位計算模塊
負責接收來自前端監測設備傳送的云臺數據，依據事先約定的編碼規則，對云臺當前的動作信息進行解析，判斷云臺當前的水平旋轉方向、垂直旋轉方向以及預置位的信息。
煙火報警和交互確認模塊
一旦煙火圖像識別模塊判斷出圖像上有疑似火點，煙火報警模塊會立即發出聲音報警信息以喚醒監測人員，監測人員通過目視辨別有疑似火點的圖像，確認該區域是否發生了森林火災，
如果確認有火災，系統發出正式的煙火報警信息。
從上圖可以看出，在熱成像畫面上已經發出報警信息，此時系統彈出報警確認對話框，用戶可通過可見光的畫面，對該報警信息進行二次目視確認。
如果用戶的確認此次報警為誤報警的話，系統會自動將該點的詳細數據記錄到屏蔽點中，再次掃描到該點后將不會產生報警；
如果用戶確認該次報警為正確報警，則會根據設置的預案進行報警聯動，比如發送報警短信、啟動聲光報警、聯動指定的報警設備等。
熱點及火點定位模塊
通過監測人員的交互式識別，判定確實有林火，將云臺的參數傳遞給林火GIS 子系統，用于確認火災點距設備點的距離、報警方位、報警位置等信息；
如果設備設置為自動3D定位狀態，在產生報警時視頻畫面上自動將火災發生區域居中放大，方便用戶對報警信息的確認。
GIS定位與撲救指揮管理
GIS平臺是實現林區火情自動定位的功能模塊。除監控視頻圖像外，系統前端基站會將監測過程中實時采集的云臺水平角度、垂直角度等數據自動返回到系統GIS信息平臺，
結合GIS數據庫和三維平臺，精確定位火情的經度、緯度和海拔高度，實現火災的自動定位功能。
系統GIS信息平臺提供實時地圖縮放、旋轉及俯仰調整功能，為用戶平日進行林區巡護、火災時實施緊急撲救及災害評估清理提供路線決策依據。
系統GIS信息平臺提供設備點查詢、地名查詢、反控云臺、報警信息顯示、兩點測距、框選縮放等功能。
用戶可以設備列表框中，雙擊某一個要居中顯示的設備，在右側的地圖顯示區域會將該設備所處的區域自動居中顯示，方便用戶對報警設備所處區域進行詳細觀察，輔助指揮人員進行火災的撲救指揮。
設備搜索界面
用戶如果想了解監控區域中，某個地名附近的地形及災情，可以再地名搜索框中，輸入要查詢的地名，在下方的列表框中會實時顯示搜索到的地名信息，
雙擊要觀察的地名，在右方的地圖顯示區域會將該地名附近的區域自動居中。系統可支持模糊地名檢索功能。
地名檢索界面
在設備列表框中，選中某一臺要進行控制的設備，可以對該臺設備進行巡航、掃描、蘋果皮掃描等功能的開啟和關閉
云臺操作界面（注：使用紅色方框框出的為反控云臺的按鈕）
系統提供了兩點測距功能，用戶可通過該功能在地圖上對設備點和火災點之間的直線距離進行實時測量。
距離測量界面
事件記錄及查詢
系統能對火情監控畫面進行計劃錄像、報警錄像，可實現全天候的火情監控視頻存儲。自動保存報警設備的報警時視頻、抓圖及發生時間。
用戶能在后端軟件平臺通過日志查詢、報警查詢等來翻查歷史數據及儲存圖片，可按報警時間、報警設備、報警地點隨時查詢過往發生火警的詳細情況，
方便用戶的對比及災后防護，并可作為歷史數據進行保存，對以后森林防火工作具有重要的指導意義。
報警記錄查詢
多級監控中心設計：
在林業局指揮中心設立聯網監控管理平臺，可以實現瀏覽、調度、控制、管理各分控監控點的前端設備以及錄像資料。
在各個分控中心可以使用多個客戶端登陸至指揮中心服務器對權限內的前端設備進行控制和管理。
森林防火指揮中心系統總體架構圖
分控站點監控中心作為二級節點，部署硬盤錄像機、顯示控制設備等，實現對前端視頻采集設備的本地存儲和顯示控制，同時負責向一級節點轉發視頻。
一級節點為林業局指揮中心，部署監控管理平臺、存儲服務器、流媒體服務器、解碼器、電視墻等，負責所有設備管理、用戶管理、視頻預覽、回放、轉發、存儲、分析、上墻顯示等。
|
