引航作业单跟踪定位和分解系统.docx

引航作业单跟踪定位和分解系统.docx

《引航作业单跟踪定位和分解系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《引航作业单跟踪定位和分解系统.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

引航作业单跟踪定位和分解系统

作业单跟踪定位和分解系统

技术方案

目录

1概述1

1.1项目概况1

1.2需求分析1

1.2.1视频网络监控1

1.2.2烟火智能识别1

1.2.3视频采集存储2

1.2.4火点定位2

1.2.5GIS地图2

1.2.6专题绘图2

1.2.7其它2

1.3.使用分析3

1.3.1环境要求3

1.3.2供电要求3

1.3.3防雷接地要求3

1.3.4传输信道要求3

1.3.5防盗监控要求4

2系统设计4

2.1设计依据4

2.2设计原则5

3技术方案6

3.1网络组成6

3.2系统组成7

3.2.1远端站点7

3.2.2中心站点8

3.3组成设备及其功能8

3.3.1远端站组成8

3.3.2中心站组成12

3.4关键技术16

3.4.1烟火智能识别软件16

3.4.2云镜控制软件16

3.4.3烟火识别处理的环节17

4其它应用18

1概述

1.1项目概况

我国地域广阔，林地较多，每年都由于天气干燥炎热，电闪雷击，以及人员野外用火不慎，发生火灾。

给国家和人民的生命财产安全带来很大的损失，造成严重的生态灾难。

针对我国森林面积覆盖的实际情况，采用无线网络结合有线网络传输系统，将远端的实时画面传到森林防火监控指挥中心，监控中心指挥人员可通过监视器看到林区现场实时连续画面，一方面不仅减少了护林工作人员的巡山次数，另一方面还可为林区的防火、防虫灾以及动植物保护工作提供强有力的保证。

传统的防火监控是城市监控的简单延伸，将采集视频图像通过微波汇总，由人工完成集中监视，由于人工监视易造成肉眼疲劳，百密一疏，容易造成漏报，而且工作人员必须时刻职守。

采用智能化森林防火监控系统，对烟火自动识别报警，降低了人为干预，发现火情早，准确率高，而且自动定位火点，有利于及时做出预案进行灭火，降低火灾危害。

1.2需求分析

1.2.1视频网络监控

1、中心站监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像。

图像中包含时间、地点以及经纬度等信息；

2、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；

3、每个远端站点可实现与关联站点及上级站点联网，实现远程监控；

4、网络系统安全性高，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；

5、监控系统能覆盖本次目标监控区域的98%以上，力争做到无死角。

1.2.2烟火智能识别

1、基于图像识别技术，提取烟雾及火焰动态信息进行处理，自动识别报警；

2、不分昼夜，均可实现烟火图像识别及处理。

在夜间能有效避免环境路灯、车灯、霓虹等其它光源的干扰，在白天能有效区分雾和烟，排除太阳光、强风等外部环境的影响和干扰；

3、烟火在视频图像中的最小靶面面积为30*30象素即可识别；

4、要求烟火智能识别的漏报率在1%以内，误报率在10%以内。

1.2.3视频采集存储

1、视频信号为数字信号，采用D1格式，编解码标准为H.264；

2、数字图像可以通过微波通讯和计算机网络实现远程传输；

3、视频存储满足24*30天的存储需求；

4、通过现有设置的监测点,实现整个林区监视范围的全覆盖；

1.2.4火点定位

1、对前端云镜设备进行经纬度、水平、航向、高度标定，给出绝对三维；

2、前端控制系统能实时回显云台的水平转角、垂直夹角，镜头的焦距；

3、当林区发生火情，系统能够根据前端控制系统能实时采集的云台的水平转角、垂直夹角，镜头的焦距这三个参数，根据基站所在位置的经度、纬度、海拔高度，结合GIS系统测算出火点的经度、纬度、海拔高度；

4、定位误差不大于500m。

1.2.5GIS地图

1、二维地图与三维电子地图可任意切换；

2、矢量地图可任意放大、缩小、旋转、漫游；

3、支持鹰眼功能，扑火指挥时可切换为视频；

4、各类资源信息按图层显示，管理员可根据图层控制显示。

5、管理员可根据坐标、名称、范围等，动态查询各类资源信息。

1.2.6专题绘图

林业管理工作人员可通过本系统的GIS地图进行专题绘图，专题遵循国家标准，涉及森林资源、地形地貌、防火力量、社会资源等几个大类，具体类别以最后提交的需求为准。

1.2.7其它

1、火情推演

2、扑火预案

3、灾后评估

4、日常管理

1.3.使用分析

1.3.1环境要求

1、前端设备置于野外环境中，需要保证在以下温度下能运行正常

工作：

-30℃～+65℃贮存：

-40℃～+70℃；

2、空气最大相对湿度：

95％；

3、海拔高度：

4000m；

4、8级风（18m/s），正常工作；10级风（25m/s），不破坏；

5、防晒、防雨、防冻、防雾、防腐蚀。

1.3.2供电要求

1、野外环境多无市电，需要采用太阳能和风能组合供电，并用蓄电池蓄电，蓄电能力需保证前端设备在无风光发电情况下3天内能连续供电；

2、前端设备在满足系统需求的情况下，尽可能选用低功耗设备，以减轻供电输出的功率要求；

3、供电单元需要做防水、防潮保护，所用材料要有防腐蚀特性。

1.3.3防雷接地要求

1、在发射机和天线之间串接避雷器，以避免来自天线的雷击，起到保护

微波发射机；

2、电源部分进行防雷电处理，避免浪涌冲击毁坏前端设备；

3、铁塔建设时防雷接地的水平应符合国家标准，应≤4Ω，在部分比较困难的地方，应控制在10Ω以内。

。

1.3.4传输信道要求

1、前端天线与中心站天线（中继站天线）方向要对准，保证对端的接收增益为最大；

2、收发天线之间要无遮挡物；

3、传输分析时要考虑因天气等因素造成的信道信号衰落情况；

4、保证天线固定位置和方向牢固，避免发生移动。

1.3.5防盗监控要求

1、在前端站安装声光报警设备，在有疑似破坏或者入侵时，将报警信号

传回中心站点；

2、前端站点有喊话功能，对入侵着可提出警告；

3、在发现闯入后，将视频切换至防盗摄像机，图像回传至中心站。

2系统设计

2.1设计依据

1《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）

2《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）

3《中国人民共和国公共安全》

4《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-01）

5《报警图像信号有线传输装置》（GB/T6677-96）

6《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）

7《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

8《安全技术防范产品管理办法》国家技术监督局公安部令第12号

9《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232。

90。

92）

10《无线局域网标准》IEEE802。

11

11《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

12《钢结构工程施工质量验收规范》GB5025-2001

13《中华人民共和国森林法》

14《中华人民共和国环境保护法》

15《森林防火条例》

16《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》

17《森林资源非空间数据》DF01-1110

18《林业数字矢量基础地理数据标准》DF01-1311

19《林业政策法规数据标准》DF01-1410

20《林业文献资料数据标准》DF01-1430

21《数据库建库标准》DF01-4100

22《数据库软件规范》DF01-4710

23《数据库管理规范》DF01-4200

24《中华人民共和国森林法》全国人民代表大会1998年4月

25《中华人民共和国森林法实施条例》国务院，2000年1月

26《中华人民共和国森林防火条例》国务院，1988年3月

27《全国生态环境建设规划》国务院，1988年10月

28《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号

29《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》中发[2003]9号

30《全国森林防火“十五”计划及2015年规划》2001年12月

31《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号

32《国务院办公厅关于切实加强当前森林防火工作的紧急通知》国办发明电〔2006〕11号

33《中华人民共和国无线电管理条例》中华人民共和国国务院、中央军事委员会令（第128号）

2.2设计原则

在设计方案时以监控地区的实际情况出发，以森林防火监控指挥系统结构配置的合理性、科学性和经济性为原则，同时严格掌握以下原则进行设计：

1、规范性原则

本系统是一个严谨的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应严格执行各方面的标准与规范，并遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。

各配套设备的性能和技术要求稳定可靠，所有的器材应符合国家标准和行业规范。

2、先进性原则

无论是软件配置，还是硬件选型，力求做到技术先进，安全可靠防范严密。

3、兼容性原则

即系统设计合理，无论是硬件的匹配，还是系统与特定环境的适应性，都要求有很好的兼容性。

硬件方面，要求将来系统升级时对既有硬件设备能上下兼容，节省投资。

4、前瞻性原则

即系统的设计能充分考虑森林防火监控指挥系统的发展需要，能充分适应科技的快速进步，对系统的扩展性预留可持续发展的接口和技术空间。

5、易用性原则

系统在设计时能充分考虑林业系统的行业特点和管理人员的操作习惯，运行过程简单易行，人工操作易学易用，监控管理快捷高效，应急指挥科学可行，灾后评估快速准确。

能做到开机即可工作，通电即可运行的程度。

3技术方案

3.1网络组成

系统从物理环境的组成来说，由省林业局监控指挥中心、地/市/州林业局监控指挥中心、区县林业局监控指挥中心、大型林区监控中心和林区前端设备等组成，并经由网络联结，组成一个有机的整体。

第0级到第3级网络通过专网连接，第4级主要通过无线传输设备来连接

网络组成连接框图如下

二级以下站点网络连接图如下

3.2系统组成

基于上述网络组成，将系统简化为中心站与远端站点，远端站点通过预置的扫描方式对监控区域进行扫描，当发现火情，烟火识别系统发出报警信息，此时将云台方位和俯仰角度显示，在画面中用指示框锁定着火区，弹出提示信息，待管理人员确认后，云台开始继续扫描。

3.2.1远端站点

远端站点主要包括以下几个部分：

供电单元、图像采集单元、视频服务

单元、云台控制单元、数据传输单元、防盗监控单元、雷电防护单元等

1、供电单元：

风光发电设备、太阳能发电组件、蓄电池组、电源控制系统

2、图像采集单元：

摄像机、长焦透雾镜头、视窗护罩

3、视频服务器：

视频编码器

4、云台控制单元：

室外高精度云台

5、数据传输单元：

5.8G无线传输设备

6、防盗监控单元：

红外摄像机、智能红外探测器、报警主机、声光报警器

7、雷电防护单元：

避雷针、三合一视频监控防雷器、接地模块、接地电极降阻剂、接地汇流排

图像采集单元

视频

供电单元

视频服务器

数据传输单元

云台控制单元

控制

防盗监控单元

雷电防护单元

远端站系统组成框图

3.2.2中心站点

中心站点主要包括以下几个部分：

数据传输单元、视频服务器、智能监控应用软件单元、防盗监控单元、视频存储与显示单元、雷电防护单元等

1、数据传输单元：

5.8G无线传输设备

2、视频服务器：

视频解码器

3、智能监控应用软件单元：

监控点信息管理模块、云镜控制模块、视频采集设置模块、烟火识别报警模块烟火识别报警模块、监测数据调用模块、GIS地图模块

4、防盗监控单元：

报警器、21寸显示屏

5、视频存储及显示单元：

嵌入式硬盘录像机、视频分配器、LED显示大屏

6、雷电防护单元：

三相电源避雷箱

雷电防护单元

控制

此处用市电供电

视频服务器件

数据传输单元

智能监控应用软件单元

视频2

视频1

视频存储

大屏显示

防盗监控单元

视频1

中心站系统组成框图

3.3组成设备及其功能

3.3.1远端站组成

1、供电单元：

给远端站各设备提供工作所需电源。

⑴通过计算，远端站所有设备供电总功率在150W以内，其它厂家提供的远端站供电总功率通常也在200W内，此处我们选择200W可留足够的余量，在森林防火系统中，通常充电设备需要预备2-3天的电量，所以蓄电池通常要求达到24V/600AH（6块12V/200AH的组合），在使用风光互补发电设备的时候，需要考量到当地的日照和风力资源等，结合陕西的实际应用情况（深圳亿成安在安康化龙山国家自然保护区所做的森林防火案例），太阳能和风力发电功率均要达到600W。

随环境不同可根据实际情况进行调整。

⑵在使用方面，太阳能发设备可靠性较好，价格相对昂贵，且体积大，风力发电设备相对便宜，但是容易坏，所以风力发电设备要选择比较好的品牌，且从当地购买最好。

另外，蓄电池的使用寿命可达到3-5年。

⑶选型设备

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

太阳能电池组件

单晶硅

150W

4-6块

2

风力发电机

风机

1KW（2KW）

1套

3

蓄电池

密封式铅酸蓄电池

12V/200AH

6-8块

4

风光互补

控制系统

风光互补控制器

48V/60A

1个

正弦波逆变器

1KVA

1个

控制机柜（带数显）

1个

5

配件

太阳能板接线

风能发电系统

2、图像采集单元：

采集监控区域内的图像信息。

⑴摄像机要选用低照度日夜转换夜视摄像机，带透雾功能，监控5km区域内，镜头选用35-40倍的电动三可变镜头采集的图像较好，有利于后端图像处理。

如果监控距离在10km，需要改选用50倍的。

在夜间使用情况下，激光夜视仪可以做为一个补充（根据需要配备），可以监视距离约1km。

⑵考虑到环境因素，在视窗护罩的内部有散热和加热部分，散热部分采用风扇，加热部分采用30-40W的加热块，有温度传感器可以感应视窗的温度，然后根据所测结果自动开启加热或散热模块。

⑶图像采集单元集成一体，对外留有一个航插和一个BNC视频接口，模块化设计，通过外部控制可完成调焦，变焦与预置等功能。

⑷选型设备

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

透雾

摄像机

SU-2006T

1/2″SONYExviewHADCCD，彩色540TVL，黑白600TVL最低照度：

0.003LuxF1.2（night,IRunder0Lux）；0.02LuxF1.2（DAY），支持远程切换滤光片

1

2

长焦透雾镜头

LMZ375AMPDC-XD/AF

1/2"，15-375mm，F2.3-36，C接口，自动光圈（DC驱动），带预置位功能。

自动聚焦，具有透雾功能。

1

3

视窗

护罩

（单双可选）

SU-29INT

室外全天候一体化双视窗护罩，温度控制，遮阳板,内部尺寸：

660×270×180mm，视窗ø95+ø50，工作温度：

-30~70，24VAC/220VAC。

（适用于300mm以上镜头）

1

4

1000米激光

夜视仪

（可选）

SU-L1000Z

808\915nm波长可选,LAZ光源自动变焦、APC自动光敏控制功能，光斑均匀,专利分光镜技术，激光利用率大于96%，照射距离可达1000米。

防护等级IP66。

1

3、视频服务器：

实现图像和数据信息的压缩编码，转化为TCP/IP协议传输。

⑴需具备报警输入与输出控制端口，实现与防盗窃单元远程监控。

⑵支持RS485通信，用于云台和摄像机的控制。

⑶支持双向语音功能，防盗单元监控可用此功能。

⑷支持H.264压缩编码，能传输1M高清图像。

⑸符合环境使用要求。

⑹选型设备

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

音视频编码器

海康威视

DS-6101HF

见说明书

1

⑺存在问题

设备最低工作温度为-10度，不满足环境使用要求，需购置保温箱，以达到低温环境下能正常使用。

4、云台控制单元：

实现云台方位和俯仰的运行，并将云台的姿态信息回传。

⑴云台属于室外设备，工作环境相对恶劣，需要保证在低温-30度能够正常启动，通过调查，大部分厂家都选择在云台内部增加60-80W的加热模块，启动前进行预加热，待温度升高到某一限定值停止加热，云台开始正常运行。

⑵在监控距离为5km的时候，通常要求云台的间隙控制在0.1度内，在监

控距离为10km时，要求云台的精度0.01度。

原因有如下几个：

第一，

当报警系统发出火警报告，工作人员需要将镜头拉近，观察情况是否属

实。

此时，如果云台控制精度不够，镜头不能进行窄角观察，影响对烟

火的二次识别。

第二，GIS系统提出了对云台控制精度的要求，GIS的标

定需要借助云台的位置信息，云台精度差，会导致GIS标定的误差较大。

⑶云台的设计要考虑顶载设备的重量，以及顶载设备的接口的走线，国内

厂家一般标定顶载承重15kg为轻载云台，25kg为重载云台，另外还有

对自重的要求，自重大的云台平台稳定性好，个别厂家云台载重50kg，

自重50kg。

⑷设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

重型数字云台

见说明书

1

5、数据传输单元：

将远端站的图像与数据信息传回中心站，同时通过传输链路

实现中心站对远端站的远程控制。

⑴数据传输单元需要具备以下几点功能：

a、传输距离不小于20km

b、传输带宽不小于1M

c、功耗不大于30W

d、双向传输

e、符合环境使用要求

⑵传输单元可供选择的方式有多种：

3G、光纤、微波等，在有移动基站的地点，通常可以借助移动的电源和传输系统，根据环境的不同选择合适的传输方式。

⑶设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

微波通信设备

艾赛通

ELINK-NEB

见说明书

1

6、防盗监控单元：

监控远端站点，当站点被破坏或者外物入侵时发出警报。

⑴在顶载云台运行范围能满足对远端站点本身的监控覆盖要求情况下，

不需要选择红外一体摄像机。

⑵选型设备

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

红外摄像机

国产

JC-7012MG

30米夜视距离，0LUX

1

2

智能红外探测器

安定宝

DG-85

12*12米范围锥形空间

1

3

报警主机

安定宝

PA-728EX4

4防区报警主机

1

4

声光报警器

安定宝

TLE-1101

旋转闪灯

1

7、雷电防护单元：

防止远端站点受到雷电破坏

⑴供电部分输出大电流，且容易受雷电影响破坏整个站点的设备，增大接地面。

⑵设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

避雷针

不锈钢材料；球径280mm；高度1500mm

1

2

三合一视频监控防雷器

220V电源、视频与控制信号三合一

3

接地模块

模块接地极Ф500x70（10.2KG）

4

接地电极

铜包钢金属接地极

φ20x1.5M（6KG）

5

降阻剂

袋装长效降阻剂，袋装（50KG）

6

接地汇流排

防雷器等电位接地,4个接线端子

3.3.2中心站组成

1、数据传输单元：

接收远端站的图像与数据信息，同时通过传输链路实现中心

站对远端站的远程控制。

⑴数据传输单元需要具备以下几点功能：

a、传输距离不小于20km

b、对单点的传输带宽不小于1M

c、功耗不大于30W

d、双向传输

e、符合环境使用要求

⑵传输单元可供选择的方式有多种：

3G、光纤、微波等，在有移动基站的

地点，通常可以借助移动的电源和传输系统，根据环境的不同选择合适

的传输方式。

⑶根据远端节点数目，通过调整中心站天线的收发增益与功放大小来适应

传输速率要求，具体参照设备说明书。

⑷设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

微波通信设备

艾赛通

ELINK-NEB

见说明书

1

2、视频服务器：

实现图像和数据信息的压缩解码，转化为TCP/IP协议传输。

⑴需具备报警输入与输出控制端口，实现与防盗窃单元远程监控

⑵支持RS485通信，用于云台和摄像机的控制

⑶支持双向语音功能，防盗单元监控可用此功能

⑷支持H.264压缩编码

⑸支持一点对多点功能

⑹可根据节点的数目进行拓展

⑺编码视频信号为数字信号，采用D1格式

⑻选型设备

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

音视频解码器

海康威视

DS-6308-D

见说明书（8路）

1

2

音视频解码器

海康威视

DS-6102-D

见说明书（1路）

1

3、防盗监控单元：

接收远端站点发出的报警信息，视频显示远端站点图像

⑴设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

21寸纯屏显示器

1

2

报警器

1

4、视频存储及显示单元：

大屏显示多个监控点信息，并将远端站回传图像进行存储。

⑴设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

LED屏

1

2

嵌入式硬盘录像机

1

3

专用路由器

1

5、雷电防护单元：

防止中心站设备受到雷电破坏

⑴设备选型

设备

品牌

规格

参数

单价

数量

1

三相电源避雷箱

1

6、智能监控应用软件单元：

森林防火软件控制平台

⑴监控点信息管理模块

模块包括如下内容：

a、基站基本信息的查询、删除、修改、添加功能

b、基站的ID信息

c、基站的站点名称

d、视频服务器IP

e、视频服务器端口

f、云台编号

g、摄像机编号

注：

将每个基站进行编号管理，便于系统组网及地址的动态分配。

⑵、云镜控制模块

a、雨刷开关

b、透雾镜头开关

c、聚焦、变焦、光圈调整功能

d、显示当前焦距

e、方位、俯仰姿态信息

f、云台手动控制模块

g、自动巡航

包括三种模式：

1、按照设置的预置位编号进行逐个扫描

2、按照设置的方位和俯仰扫描范围、速度和扫描梯度进行

3、根据手动控制走过的路径自学习路径扫描

注：

前两种方式适合烟火识别处理，第三种不适合。

h、预置位设定

I、系统复位

⑶、视频采集设置模块

烟火识别处理的图像为同一地点在不同时间的变化，而且这个变化是在短

时间内的，所以采集点为位于系统预置点，在预置点采集