森林防火远程无线高清视频监控系统解决方案2

第一部分 方案背景

随着国家经济的发展和信息技术的飞速发展 ，森林防火从人防到技防。据国家林业局统计中国现在每年平均发生森林火灾约1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5～8%。林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内可造成巨大损失的特点，因此森林防火监控，迅速发现和扑灭林火，就成为了森林防火的重中之重。

1.1 森林防火智能监控系统的趋势

森林防火及林业资源管理预警系统历史发展图

1.2 传统森林防火智能监控系统的缺陷

1、漏报和误报现象。传统的第一代模拟视频监控系统，第二代、第三代部分或完全数字化网络化的视频监控系统，都具有一些固有的局限性，由于人类本身弱点，易导致漏报；监控人员分析前端采集的图像由于现象相像很容易产生错觉导致误报。

2、图像数据分析困难。很少有视频监控系统会按照1∶1的比例为监控摄像机配置监视器，通常按照矩阵视频切换的方法来实现图像切换（除了一些规模较小的视频监控应用之外）。因此，对于森林防火及林业资源管理预警系统等大型的视频监控系统，各个监控点并非每时每刻都处于监控当中。 

3、工作量大。监控人员发现预警后通常会对实时预览视频或调取录像数据进行分析，而误报和漏报现象则进一步加剧了对数据分析的需求。由于传统视频监控系统缺乏智能因素，不能很好的及时标记发生地和现象分析，因此数据分析工作变得极其耗时，并且很难获得全面的信息，而经常发生的误报现象使无用数据进一步增加，从而给数据分析工作带来更大的难度。

4、缺乏林火知识行为训练

1.3 森林防火智能监控系统的现状

1、资源利用率大。现代森林防火及林业资源管理系统智能化的到来，还是存在误报和漏报的现象，现代智能化系统是利用林火识别软件、数据库、GIS地理信息软件和计算机仿真技术的结合对前端采集的图像进行及时分析、标记、定位和辅助决策的功能，通常为了减少林火识别软件的误报和漏报，首先要有高清晰度的前端采集图像给到林火识别软件进行分析，从而对前端视频摄取图像系统、传输系统、视频分析系统的要求相对比较高，那么对前端摄像机的像素、传输带宽、和信号衰减方面要求非常严格，大大提高了人力、物力、财力的投入。

2、图像分析不到位。由地热能产生的灾害，林火识别软件在发生的早期无法监测到，由于产生的突发性，造成不堪设想的后果。

3、监控中心管理服务器过忙。由于整个森林防火及林业资源管理预警系统都由监控中心的管理服务器进行运算和管理造成管理服务器运行过慢，影响管理服务器的运行寿命。

针对传统和现状的森林防火智能监控系统，彼洋森林防火专用的高清智能一体化摄像机和远距离高带宽无线网桥对此问题迎刃而解。　

高清智能一体化摄像机BY-KLT-03产品专为高端森林防火监控系统设计，配备高性能测温型红外热成像模组和高清可见光摄像机模组，搭载360°全方位高速数字云台，内嵌火情识别模块，采用先进算法，对原始测温数据进行分析，能监测5公里处1米×2米的木质火源，避免了以往采用纯视频分析算法的缺陷。

无线传输部分采用彼洋高性能远距离高带宽无线网桥BNET-8500系列，最远传输距离达到60公里，带宽高达867Mbps,采用领先的远距离优化技术，能确保远距离高带宽无线传输性能和可靠性，该技术使得远距离应用性能大大超越了市面上的同类产品，同时也为客户提供最佳的投资回报率。

森林防火系统通过在辖区内的主要高点安装视频监控点，来监控林区的日常情况，并利用专用分析软件定时对林区进行扫描，智能的判断是否有火情发生。前端监控点采用太阳能、风能互补供电，采用微波无线传输技术将图像传输到监控中心。

 第二部分 方案需求分析

2.1 项目需求与理解

本项目为森林防火及林业资源管理视频监控项目，林区的监控面积都比较大，而且林区地形复杂，再加上森林植物生长的特点，加大了视频监控的难度。前端监控点一般安装在辖区内的高点，前端监控点和监控中心相距较远并且位置较分散，而且在不破坏原有的环境下进行，利用传统网络布线的方式对林区来说施工不便，而且成本较高，为了降低成本和提高系统的可扩充性、灵活性，所以前端监控点采用风光互补发电原理供电，采用微波无线传输技术将图像和信息传输到监控中心。

2.1.1 发生森林火灾必须具备的条件

发生森林火灾必须具备三个条件：

1、可燃物（包括树木、草灌等植物）是发生森林火灾的物资基础；

2、火险天气是发生火灾的重要条件；

3、火源是发生森林火灾的主导因素。

以上三个条件缺少一个，森林火灾便不会发生。大量的事实说明森林火灾是可以预防的，可燃物和火源可以进行人为控制，而火险天气也可进行预测预报来进行防范，进而减少损失和伤害。

2.1.2 预防措施

针对以上三个条件，我们有必要建立智能化的森林火险综合管理系统，弥补人工防范的不足，采取有效的手段能够对林区进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测，能够自动发现林区火源并自动报警，并且能够将火点的位置准确定位和实时观看现场视频。

传统的森林防火及林业资源管理预警系统通常误报很高，而且对一些早期的特殊防火预警监测不到位，比如说地热能的问题，光学幻影和类似烟雾的飞行物等问题。彼洋BY-KLT-03产品专为高端森林防火监控系统设计，配备高性能测温型红外热成像模组和高清可见光摄像机模组，搭载360°全方位高速数字云台，内嵌火情识别模块，采用先进算法，对原始测温数据进行分析，仅用75mm镜头，就能监测5公里处1米×2米的木质火源，避免了以往采用纯视频分析算法的缺陷。该产品通过网络输出火警数据、白光图像和热图像等，支持主流图像编码格式。

第三部分 系统设计

3.1 项目设计依据

3.1.1 设计规范 

根据贵方项目的要求和国家有关法规的要求，我们经过认真研究、分析设计本系统方案。该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。为实现森林防火智能监控系统的可视化管理奠定了基础。

依据的相关规范包括：

3.1.2 设计原则 

1、先进性原则

系统应充分考虑科学技术的迅猛发展趋势，应用国内外业界较先进和标准的主流技术来保证智能化系统各项功能的实现；采用“现代化计算机网络信息科技”智能化相结合的系统结构，使得系统可以方便灵活地在处理能力、系统容量、功能点等方面进行扩充和升级换代，从而确保系统可以支撑未来一段较长的时间内形势和业务发展的需要。

使用无线传输设备，没有布线的烦恼，不破坏原有环境设施，施工周期短，性价比高，且扩充性强，只要增加或减少被监控点的无线桥接器，就可以完成被监控点的增加或减少。

模拟监控、有线网络数字监控、无线数字监控对比：

森林防火一般摄像机和彼洋高清智能一体化摄像机对比：

2、实用性原则

系统的设计应遵守实用性原则，人机互通原则。以监控各信息系统作为指挥和通知的主要手段，为其它的各项职能提供所需的信息。系统的输入设备和系统软件还应具有良好的操作性，使一般文化水平的防护人员，在略懂电脑操作的情况下通过基本的培训就能掌握系统的操作要领，达到胜任值班和监控任务的水平。

3、可靠性原则

系统采用“现代化计算机网络信息科技”技术相结合的方式，在关键节点保证系统的可靠性；采用成熟的技术和优质品牌的配套设备，并充分考虑系统实施地点和使用环境进行选择，以提高系统的可靠性和使用寿命；系统设计时还应考虑数据的备份保存和快速恢复，以便在系统出现问题时能以最快的速度恢复正常运作。

4、可扩展维护性

系统采用的硬件设备及软件系统产品应支持国际工业标准以及行业相关标准，以便能和不同厂家的开放型产品在同一系统中共存。在系统设计中，应选择具有可扩展性的系统结构，特别是通过模块化设计的设备和可升级的系统软件，使系统能灵活增减或更新各个子系统的功能来满足各项职能发展的需要。

5、安全性和保密性

在系统设计中，既考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的保护和隔离，因此系统应分别针对不同的应用和不同的通讯环境，采取不同的措施，包括系统安全机制、数据存取的权限控制等。

  由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，因此与有线线缆不同，任何人都有条件窃听或干扰信息，因此在无线局域网中，网络安全很重要。常见的无线网络安全方法有：物理地址（MAC）过滤、连线对等保密（WEP）等。

 第四部分  系统简介

4.1 系统构成

4.1.1前段视频信息采集子系统

前端摄像机选型特点

1、双波段监测，测温型热像仪全天探测，远距离时仍可精准识别火情。独特的森林火灾热成像分析算法，最远能监测5公里处1米*2米木质火源，从8公里处能侦测到3米*3米火源。单终端最大覆盖面积超过80 km2；能去除车辆等转瞬即逝的热源和日间太阳照在山体没有植披的石层和土层导致的高温干扰。高火情识别率，低误报率；系统能侦测5公里处4平方米木质火源，8公里处9平方米木质火源。

2、内嵌火情识别模块，抛弃单靠热像视频分析的方法，对无损测温数据合理运算，搭配75mm热像仪镜头能监测5公里处1米×2米的木质火源, 8公里处9平方米木质火源。

3、高清200万像素彩色摄像机，长焦透雾，可监视画面中的细小物体。根据森林易起雾的特点，我们采用高清200万像素彩色摄像机同时具有长焦的镜头和透雾的功能，即使在雾气、灰尘、烟雾、小雨等可见光（彩色图像）环境中，也可以拍摄到非常清晰、高对比度的影像，从而提升远距离的观察效果。长焦镜头的选用是为了根据监控范围实际的需要，长焦电动变倍镜头，满足森林防火大范围大视野监控的需要。

4、高速一体化结构，操作灵活，体积小，抗风能力和防腐蚀能力强，易安装维护。由于森林的地形较复杂，一般情况会把前端的监控基站设立在监控区域的高点，以便大范围监控，增大了摄像机的安装与维护。根据森林防火前基站的设立，由于都安装在野外，所以我们选择安装体积小、抗风能力强、防腐性能强以及易安装维护的摄像机。

5、火警数据、白光图像和热图像通过网口三输出，支持主流图像编码格式。

6、具有PTZ数据回传功能，协议兼容主流管理软件平台。

建立智能化的森林防火综合管理系统，其数字云台必须具备数据回传、自动巡检、手动巡检以及预置位等功能，在日常的运转情况下，系统管理员可设置数字云台的预置位，最重要的还是自动巡检,这样云台可进行全天候24小时的自动巡检，当出现可以情况或发生自动判定报警时，云台通过数字回传的角度及经纬信息实现对森林防火所需的远距离大范围全面的重要保证和云台的定位功能配合后端GIS平台软件实现火点自动定位。

数字云台能够实现0-360°的全方位角以及－75°～＋75°俯仰角度的大范围监控才能满足森林防火智能监控的要求。森林火险综合管理系统配置的长焦镜头能够监控到数公里的范围，较远的监视距离对数字云台的运转精度要求也非常高，越小的运转精度在远距离监控时才能够实现监控画面的平滑过渡，不会造成远端林区监视范围画面不连续的情况。

共有14个监控点（转台点），各监控点离“调度中心站”的直线传输距离太远，且各监控点与“调度中心站”之间有阻挡，不能通视，需进行多次中继传输，无线传输链路见下图所示：

“转台1”视频无线传输到“转台4”，汇总无线传输到“转台6”，再汇总无线传输到“转台5”；

“转台2”视频无线传输到“转台3”，汇总无线传输到“转台5”；

“转台7”视频无线传输到“转台8”，汇总无线传输到“转台5”；

“转台10” 和“转台12”视频都无线传输到“转台13”，汇总无线传输到“转台14”，再汇总无线传输到“转台11”；

再把汇总到“转台5”的8路视频，一起无线传输到“转台9”。

再把汇总到“转台11”的5路视频，一起无线传输到“转台9”。

将汇总到“转台9”的14路视频，无线传输到“中继站4”，最后再无线传输到“调度中心站”。

通过对以上无线传输方案，结合项目现场情况分析，该项目的“重点”在于：

1：项目为森林地带，环境比较恶劣，各监控点与各节中继点的直线距离较远，都在20公里左右，必须采用高性能，高稳定性微波传输设备，要确保设备长时间稳定可靠无故障运行，要避免工作人员经常上山维护；

2：该项目视频传输质量要求很高，在职保证远距离传输的同时，传输链路也要保证高带宽，务必在监控中心能够实时监看到视频图像，不允许出现卡、停现象，对视频图像要求质量高，必须采用故障率极低，传输距离远，带宽高，不衰减，抗干扰性强的远距离高带宽无线网桥设备；

3：该项目是在森林地带，风力和湿度较大，对设备的外壳和IP防护等级要求较高；而且森林地带天气变化比较剧烈，微波传输设备必须具备极强的抗干扰和多路径效应的能力，不受天气等因素的影响；同时，风力较大，要求产品外壳以及外壳支架具有较强的抗风性，能够在强大风力中不被折断，且能在极其寒冷和酷热的恶劣环境中，长时间无故障稳定可靠的运行。

通过对以上“重点”分析，建议采用彼洋“森林防火专用型”远距离高带宽数字微波传输设备（型号BNET-8500A）；该设备是业界最高端的无线传输设备，采用此系统，能够确保系统长时间稳定的运行，图像不会出现卡停现象，能在监控中心，高清晰、实时、流畅的监看视频图像。

设备采用抗腐蚀性， 防强风、防水、防雷、防晒、防尘、防震、抗酸碱腐蚀以及散热设计；采用业界最大内置28dBi双极化高增益天线，采用世界领先的设计方案和全球创新技术领导者-美国Atheros芯片，使产品能在极其恶劣的环境中，长时间无故障稳定可靠的运行，产品具备极强的抗干扰和多路径效应的优势，不受天气等因素的影响。

“转台5”共用3对BNET-8500A把汇总的视频无线传输到“转台9”；

“转台14”和“转台11”各用2对BNET-8500A把汇总的视频无线传输到“转台9”；

 “转台9” 用5对BNET-8500A把汇总的14路视频无线传输到“中继站4”；

“中继站4” 用3-4对BNET-8500A把汇总的14路视频无线传输到“调度中心站”；

其余各点均用1对BNET-8500A。