系统方案分析 

系统分析

“森林防火监控预警系统”项目由防火指挥中心（监控中心），传输系统，前端视频采集系统、联动报警系统、终端处理系统、视频录像存储系统、防雷接地，野外供电等组成。前端视频、报警、数据采集系统共计XXX个，各个前端视频、音频、数据采集系统包括：视像采集、报警采集、气象数据采集、云台控制及角度数据反馈系统、太阳能供电及防雷等。

系统软件主要包括：操作系统软件Microsoft Windows Server、数据库软件、地理信息系统（GIS）、网络视频管理录像软件、视频存储软件、林火识别报警系统等组成，还包括一些二次开发软件，如定位云台定位信息与GIS嵌合模块等。

“森林防火监控预警系统”引进国际上先进的防火技术，以国内价格水平提供国际品质的优质、稳定的森林防火监控预警系统。该系统是以森林火情监测为主，将GIS技术、纳米波滤光技术、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。 

本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。系统构成图示如下： 

 

图2-1系统构成图

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定位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定位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，通过无线传输网络将采集的信息、数据传输到防火监控指挥中心，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。

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、环境信息，实现全天候不间断监控；

动态监测：在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；

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；

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和乱砍乱伐等林业活动进行有效监控。

1.1.1 前端采集系统 

1.1.1.1 视频监控发展历程

视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。

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。

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。

第三代远程网络视频监控系统：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。

1.1.1.2 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，然后通过传输系统传输到监控中心。

前端视频采集配置示意图

“森林防火监控预警系统”项目建设的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：定位云台、低照度透雾摄像机、传输设备、智能太阳能供电系统、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设备再通过以太网连至传输设备发送至中心控制室，通过传输设备可以传输多种需求的信号，为实现系统的音视频信号、报警信号、定位云台角度数据回传、前端设备控制信号等传输提供了一个更为方便的平台。

“森林防火监控预警系统”前端信号采集平台采用CCD透雾摄像机（大倍数夜视镜头）+野外定位云台+传输设备，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、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。前端由采集定位系统、编码传输系统、设备防盗监控系统、避雷接地系统、智能太阳能供电系统等组成： 

 

图2-2前端采集系统

1.1.2 无线传输系统

无线传输有发送端，接收端和中继点组成，都由无线网桥、传输天线、智能太阳能供电系统、避雷接地系统等组成； 

 

图2-3无线传输系统

1.1.3 视频控制系统

视频控制编码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/H.264算法，压缩比高达1:500，大大节省了通讯带宽。视频控制包括视频源的选择、视频源的切换、摄像机的控制等操作，视频控制系统由网络视频管理平台、视频编码器、视频解码器、视频服务器、传输系统、数字矩阵、全方位旋转云台等组成。 

 

图2-4视频控制系统

1.1.4 视频存储系统

新一代的视频监控系统以数字视频的压缩、传输、存储和播放应用为主，以智能实用的图像分析为特色。其中针对视频监控开发和设计的存储系统越来越成为影响监控系统整体性能的关键性设备。因为网络视频存储的数据不再仅仅是简单的录像数据，而是监控资源使用部门对图像进行分析的数据源。监控系统的应用模式决定了其中的存储系统必须能够同时支持高级别的安全性、丰富的权限管理功能、数据的高共享性、数据读取和写入的高性能以及具有灵活的扩展性。综合以上因素再加上IP SAN在性能、功能以及拥有成本等角度上的优势，无疑成为最适合监控应用的存储产品。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，可降低存储成本。

    视频存储由存储控制软件，磁盘阵列、磁带库等组成

1.1.5 林火自动识别系统

林火自动识别系统是森林防火的关键所在，能在第一时间发现起火点，可以预防森林火灾及提高森林灭火的成功率，林火自动识别是森林防火监控预警系统的核心，依据烟火的视频图像和温度特征，利用各种图像处理技术和红外测温对数字化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。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）进行设置，提高识别的准确率，避免误报及起火错误判断。

1.1.6 联动报警系统

系统灵活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。

1.1.7 地理信息系统 

现在的视频监控系统正在向数字化方向发展，并且与地理信息系统（GIS）结合也是其发展的必然方向。 

经过与地理信息开发部门的合作，我公司应用定位云台与地理信息系统无缝连接，成功的投入使用，将定位云台所返回角度将送入地理信息系统，并在林业地理信息系统上进行精确坐标定位。 

利用1：10000、1：50000、1：100000等地形图进行数字化处理生成电子地图，并依据实际使用情况分层制作。 

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。通过地理信息系统，可以在电子地图上数字化显示监测地区林场 的归属，林区面积，种植林种、树径、树高、树龄，方便林区部门领导直观的了解林区概况。 

此外，利用地理信息系统，还可以进行火灾发生地形地势分析、缓冲区分析、可视域分析、最短路径分析等。 

1.1.8 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。

 

1.2 功能需求分析

“森林防火监控预警系统”项目是以XXXXX森林防火信息为重点和主要对象，以地理信息为中心为基础，基于成熟的传输技术、IP技术的网络视频系统和数字定位技术的，集防火信息管理、生态建设管理为一体的，为XXXXX森林防火及其它林业工作服务的综合应用系统。该系统应具有以下特点：

1.2.1 经济性需求

投资省，建设快，无线传输方式特别适合无通信线路、无电能、无道路情况。

1.2.2 实时性需求

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。

1.2.3 数字网络化需求

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。

1.2.4 扩展性需求

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。

1.2.5 方便简洁性需求

界面清晰、操作简单，具有森林地理信息系统等辅助系统。

1.2.6 准确性需求

火点经纬度定位准确。

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。

第2章 系统方案设计

2.1 设计原则

“森林防火监控预警系统”项目设计和功能的实现将遵循以下原则：

2.1.1 先进性与科学性

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。

我们这里讲的科学性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。

2.1.2 可靠性和稳定性

方案设计遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。主要表现在以下两方面：

1. 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。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。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。

2. 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。

2.1.3 保密性和安全性

必须符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。系统设计时应充分考虑数据库和应用系统的安全性， 建立身份认证、权限认证，彻底屏蔽内外非授权用户的非法访问。 

2.1.4 智能化和人性化

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。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。

2.1.5 数字化和标准化

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均采用国际或国内标准，并且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。

2.1.6 兼容性和扩展性

 考虑到国家林业局、区林业局已建成的或在建的防火信息系统，本系统能与区林业局、国家林业局的防火信息系统接轨和共享数据；同时考虑到今后重新开展森林资源调查后资源数据库与最新卫星影像的更新问题；另外，本系统能够妥善处理好与上下级防火信息系统的连接，做到与相关已建立好的信息系统的兼容。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。

2.1.7 经济性与实用性

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

2.2 设计依据

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB/50198-94)

《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-93）

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《安全防范工程验收规则》（GA/T308-2001）

《工业电视系统工程设计规范》(GBJ 115)

《安全检查防范系统通作图形符号》（GA/74-94）

《火灾自动报警设计规范》（GB50116-98）

安全防范工程费用概预算编制办法（GA/T70-1994）

视频安防监控系统技术要求（GA/T367-2001）

 

2.3 系统设计

2.3.1 硬件设备方案设计

2.3.1.1 信息采集

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音视频信息、气象信息，主要通过日夜型高清摄像机，高变倍镜头和红外夜视仪或红外测温仪辅助气象数据采集仪来实现全天候不间断全方位覆盖监控，真正做到险情马上识别，并同步预警录像。

2.3.1.2 实时监测

在无线或有线网络传输系统的支持下，将视频、音频及气象信息等实时、同步传输到防火监控中心，通过林火识别系统智能分析判断，加上护林队员规律的巡视易发林火现场，保证对林区的实时监控，将林火发生概率降到最低。

2.3.1.3 动态存储

2.3.2 软件平台方案设计

林业防火监控管理系统应用软件总体设计思路

一、传统的视频监控加红外热成像方式与林火自动检测、识别；温度预警、探测和报警软件监测相结合，形成一个立体的检测预警网，将火情消灭在可控基准下。

二、林火自动检测、识别和报警与林业防火监控GIS管理平台相结合，精确定位易燃点和起火点，并实现三维立体监控观测，结合火势推演软件分析系统，可全方位掌握火情蔓延趋势，为消防人员的救援提供有力可靠的依据。

三、通过红外热成像的成功应用可大幅的提高烟火自动识别率，降低误报率。普通的视频监控以可见光为主，监控重点与景物背景很难区分，误报率一般都比较高，而我们采用红外热成像监控系统可以完全弥补这一缺点，由于红外热成像它的成像原理是以接收物体辐射的热能量来成像的，而起火点的热辐射要比我们林区普通树木的热辐射高很多倍，这样在我们的监控后端就可以非常清晰的看到起火区在监控图像中成亮斑（如图3-1）。系统采用三维展示预警（图3-2），可立体呈现预警点和起火区域的地理特征，为我们消防救援方案的制定提供直观的现实依据，可大大节省救援时间和救援成本，在最短的时间内用最有效的扑救方法，将林火消灭

 

图3-1

 

图3-2

四、在有限的投资内，重点强调实现林业防火监控管理系统运行的“林火自动检测、自动识别、自动报警和支持灭火指挥”的全过程