森林防火数字化远距离昼夜监控预警联动指挥系统白皮书.docx
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森林防火数字化远距离昼夜监控预警联动指挥系统白皮书
森林防火数字化远距离昼夜监控
预警联动指挥系统白皮书
XXXX科技有限公司
2014年3月
目录
第一部分、概述5
1.引言5
1.1概况5
1.2国际通常森林防火技术6
1.3国内采用的监测方法7
2.本方案的特点优势8
3.与传统森林监控系统对比如下：
9
第二部分、系统简介11
1.前端设备13
2.中心控制设备13
2.1地理信息系统14
2.2GIS系统实现的功能14
3.防火指挥中心15
第三部分、系统方案设计15
1.建设目标15
2.功能需求分析16
3.设计原则17
4.设计依据19
5.功能概述19
6.视频采集配置说明21
6.1视频监控应用背景21
6.2系统发展21
6.3系统的特点：
22
6.4系统建设的目标28
6.5前端设备30
6.6系统设计31
6.7.SZ-LCT/CTM系列森林防火预警监控摄像特点34
7.无线传输配置说明42
8.视频监控平台47
9.防雷接地配置说明50
9.1防雷概述50
9.2雷电侵袭主要途径51
9.3雷电防护措施51
9.4防雷产品选型54
10.风光互补供电系统56
10.1设计原则56
10.2设计依据56
10.3电站功率及配置的确定57
11.设备安装铁塔64
11.1.设备安装铁塔的制作64
11.2.铁塔基础施工要求68
第四部分、红外热像仪林火监测预警系统-71-
1、红外辐射：
-71-
2、红外热成像技术：
-71-
3、红外热成像原理：
-71-
4、用于森林防火的红外热成像仪：
-72-
5、用于森林防火的红外热成像仪特点：
-72-
6、软件运行界面：
-73-
7、软件功能特点：
-74-
7.1软件具备的功能：
-74-
7.2软件具有的特点：
-75-
第五部分、森林防火GIS系统介绍-76-
1、选择成熟和成功应用经历的软件产品-76-
2、产品的主要功能要点-76-
3、突出特色、亮点和示范作用-76-
4、GIS信息系统软件平台-80-
第六部分、监控中心建设-81-
1.液晶显示大屏-81-
1）显示单元要求-81-
2）、处理器要求-82-
3）、大屏控制器及控制软件-83-
2.监控中心控制、存储系统-84-
第七部分、项目实施计划-87-
1.施工总体部署-87-
2.进度计划及保证措施：
-87-
3.安全计划：
-88-
4.质量计划：
-88-
5.劳动力安排：
-88-
6.文明施工措施：
-88-
7.台风防汛安全措施：
-88-
第八部分、技术支持及售后服务-89-
1.保修与维护-89-
2.紧急现场技术服务-89-
3.现场技术培训-89-
4.系统升级与更新服务-89-
5.提供完善的系统文档及使用手册-89-
6.由于人为或不可抗拒自然因素损坏不在保修之列。
-89-
第一部分、概述
1.引言
1.1概况
森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。
森林防火必须贯彻“预防为主，积极扑救“的方针，真正做到早发现，早解决。
目前，基于无线/有线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控领域。
森林防火远程监控系统，由森林防火指挥部监控中心、传输系统，以及前端采集点构成。
前端采集点：
一般设置在林区各消防瞭望塔制高点上。
包括全天候远红外热成像、可见光透雾摄像机、长焦距变焦透雾镜头、全方位定位云台、野外护罩、网络视频编码器等。
前端采集设备负责全天候对林区自动扫描，具有多种光学传感器，利用可见光透雾摄像机与热成像探测成像性能，客服了林区水雾大、光照不足的缺点对林区植被情况、病虫害情况、火情现场情况进行实时观察、监控，并可对林火扑救提供远程指挥的可靠依据。
如果要进一步了解前端发生火灾时，能准确判断出火势的蔓延情况，以及对林区造成的损坏的统计，可在前端增加设置智能化微型气象站，通过气象站采集到的林区实时环境下的风力、风向、风速、温湿度等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息；满足当前森林防火的各种要求。
传输系统：
本次建设拟采用有线光纤传输方式与无线数字微波传输相结合方式，在植被密集或不方便铺设光纤的监控点位置安装数字微波，将视频图像转发到就近的监控点，与该点视频监控系统数据图像同时利用光纤传输到监控管理中心。
监控中心：
不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，还可以对前端摄像机焦距和云台运动进行操作和控制,对于前端发生林火报警的监控点，通过云台的实时角度回传，结合GIS系统的经纬度数据可以实现火灾发生点的精确定位；
通过森林防火远程监控系统，森林防火指挥中心能实时监控林区现场实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的。
火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失；该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。
1.2国际通常森林防火技术
国际上现有的森林防火报警技术：
德国：
FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统
德国投入使用的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要120-130套，约1000万欧元。
美国：
护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻
美国利用“大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。
美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。
加拿大：
加拿大采用卫星巡回监测系统
加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出某一林区局部温度上升到150℃～200℃，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火.同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需5000-6000加元。
国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。
1.3国内采用的监测方法
●地面巡护
地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入了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。
●瞭望台监测
了望台监测，是通过了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了望台；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；了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。
另外了望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。
●航空巡护
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。
●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。
为弥补以上手段不足，我公司“森林防火数字化监控预警系统”可以实现快速、准确、实时的监控林火情况，配合林政管理、生态建设管理及林业活动等功能实现各种管理。
2.本方案的特点优势
本次系统建设是采用目前国际先进的远距离透雾摄像系统配合远红外热成像系统实现远距离昼夜监控，系统成像技术性能稳定，不受天气环境因素影响，无论是白天还是雨雾天气、漆黑的夜晚均能正常工作，采集高效的视频图像信息24小时无缝监控；并且该系统采用了目前国内唯一的物体温度差值分析探测、燃烧临界温度值自动预警模式，系统应用具有独立运算功能的内置CPU计算系统，红外温度自动感应测温模块，该模块的预警功能是利用物体自身发出的温度与环境温度的差值进行自动分析计算，当温度差值超过设置的燃烧临界温度时，系统会自动报警，；不仅对燃烧的明火具有精准的判断，同时对冒烟状态的暗火、高温状态的自燃物同样可以检测、识别、预警；预警识别率高达98%以上；对林区进行全天候的远程监控、监测，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。
该系统特点：
红外热成像:
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。
可见光摄像机、长焦距变焦镜头：
可见光成像设备，做为红外热成像仪的补充，可实时采集符合肉眼成像特征的可见光彩色、黑白视频，进行录像存储。
当热成像发生火灾报警时，也可以通过可见光摄像进一步确认报警的真实性，提高防火预警准确性，同时可以为远程指挥提供现场真实画面，作为辅助手段；
全方位定位云台：
高精度定位云台，可以让监控位置间的回转速度达到20度或更高，定位精度达到0.01度，变速控制方式，重点部位可以设置预置点，随时进行快速切换；并可实时回传云台水平、俯仰角度数据结合GIS系统，实现对火点的经纬度精确定位；
设备防盗：
由于系统设备造价较高，又处于野外无人地带，所以设备安全至关重要，配置设备防盗报警系统可以保护用户投资，保护设备安全，并能对入侵目标触发报警，通过语音警告非法行为驱离，为挽回损失提供有力措施；
风光互补供电系统：
由于施工困难，所以野外设备供电采用风力、太阳能方式逐渐被人们所青睐，我们通过对传统光伏供电系统的改进，利用传统系统一半的太阳能电池板即可实现同样或更大的太阳能转换效率，当无光照条件时自动转换为风力发电，为前端设备提供稳定可靠的不间断供电系统；
网络综合视频管理平台：
对前端视频进行解码，并做视频流转发、录像、回放、设备管理、多用户权限管理等服务，实现整个系统的集中管理和维护；
GIS（地理信息系统）：
和设备间及时联动，实现地图点与实际监控位置的协调一致，可以让您快速地从地图概念切换到实际的视频图像，或者从视频图像快速切换到地图位置，并可获得各类地形、地貌、植被等信息；
林火自动监测报警系统：
利用配套的林火监测报警软件，通过前端测温模块对实时红外热成像仪视频进行温度检测再结合其它数据判断被监控区域是否存有火灾险情，对于发生火灾的进行判决报警，并控制云台对火点的跟踪。
识别率在95%以上；
3.与传统森林监控系统对比如下：
方式/比较
森林防火数字化预警系统
传统森林监控系统
部署复杂度
复杂度低
很少的摄像机覆盖大面积区域
复杂度高大面积区域需要大量摄像机，且某些地方根本无法覆盖，如港口、海湾、山林
雾天正常监控能力
利用远红外线大气穿透性，即使雨、雪、大雾天气都能正常成像
雾天超出能见度无法监控
夜间监控能力
红外热成像属于远红外被动探测目标热辐射成像，不受可见光影响，夜间无光环境正常成像
多采用一体机，照度差，无法监控，即使增加红外灯仍然距离有限
和应用软件结合能力
标准通讯协议提供和各类应用软件结合
单一的应用软件，扩展性差
GIS联动能力
整合功能，可实现双向互动，高精度云台，0.01度的精度值，云台具有双向回馈功能，不仅可以实现电子地图精确定位，同时在地图中点击某一目标，摄像机自动转动到该目标位置监控的同时，显示出云台对应角度信息
定位精度低，一般最大到0.1度，单反馈信息，只能实现目标物电子地图显示功能，不能实现反向跟踪
林火报警能力
利用智能温度探测识别预警功能模块，检测目标物体与环境温度的差值，进行温度差判断，识别率98%以上，在环境好的情况下达100%
软件视频分析方式，采用视频图像画面分析预预警，识别率低、误报率高
火点定位能力
系统自动对火点经纬度进行精确定位，并在地图上进行标注
对于大面积的林区人工定位不准确，不直观
反应能力比较
采用温度检测预警方式，实时预警，只要发现火情或高温状态“零时差”预警
需要设置预置位，在每一个预置位需要停留10-25秒,对预置位的背景画面与当前画面进行比较做图像识别处理，发现不同画面产生预警，误报率极高
林火预警方式
温度检测预警，硬件检测方式，本系统摄像机为森林防火预警摄像机，在摄像机内设置两个视频口，一个远距离可见光透雾监控、一个远红外热成像摄像机，附带一个智能温度探测识别预警功能模块，检测前端目标物体与环境温度的差值，实时测温实时分，发现火情或高温实时预警，准确率极高
在监控中心用终端视频分析软件进行图像对比分析，只要前端视频图像出现变化，即认为是有图像变化，就产生报警信息；林区出现团雾，即可误认为是烟而报警，林区出现红色物体，会误认为是火而报警。
环境因素影响
不受环境影响，不仅对燃烧的明火、冒烟状态的暗火准确识别预警，密林根部的枯枝落叶等自燃状态的高温堆积物、石油石化区防爆等，只要检测到温度差值超出预警范围，即可准确识别预警
容易受环境因素干扰，对外界的干扰敏感，发生误判误报情况多，并且在林区树木茂盛、树叶密封的环境下，由于树冠的遮挡、小的火情基本没用，由于树冠的遮挡，视频图像不能正常分析无法检测，等该系统识别到火情时候，已经是“熊熊烈火”，无法达到真正有效的预警作用
巡航能力
巡航扫描监控能力高，设备在巡航检测中不需要做预置位停留，在巡航过程中实施检测监控点360度范围内的视距目标。
本系统所选择云台的水平转速是0~25度/秒，最高可到30度/秒；巡航一周360度所需要时间14.4秒，最快可达12秒，并且在巡航过程中对目标物体温度实时监测，发现超出警戒温度数值立即报警，真正实现了“零时差”预警，真正实现了防火预警的功能。
该系统是采用识别软件智能图像处理方式，在云台巡航监控中无法预警，只能利用预置位停留方式，等摄像机停止转动后，对视场目标进行分析，摄像机一周需要最少78个预置位，每个预置位需要10-25秒时间，一周需要130~325秒，才能在360度范围内做到不遗漏视场区域、全覆盖扫描监控，这样如果在第一个区域转动过之后出现火情，等20~30多分钟后第二圈转回，发现了林火“预警”出来，林火也已经燃烧起来，如果是大风天气，林火已经大范围燃烧，失去了预警的作用，只能通过视频“观看”燃烧的大火
第二部分、系统简介
“森林防火数字化监控预警系统”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系统。
该系统是以森林火情监测为主，将GIS技术、远红外热成像技术、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：
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视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，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：
通过远红外热感应成像技术，准确探测林区火险，即使在恶劣天气，如雨、雪、大雾天气都不影响火情识别，是真正意义上的全天候火情自动识别预警手段；
GIS及辅助决策系统：
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、气象信息等,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。
“森林防火数字化监控预警系统”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.前端设备
前端由采集定位系统、传输设备、设备防盗报警系统、避雷接地系统、智能风光互补供电系统等组成：
2.中心控制设备
中心控制设备视频监控设备及管理软件和GIS地理信息系统、林火监测预警系统、传输系统、电视墙系统、UPS电源等组成。
2.1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。
2.2GIS系统实现的功能
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。
3.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。
第三部分、系统方案设计
“森林防火数字化监控预警系统”项目由防火指挥中心（监控中心），前端视频、音频、数据采集系统，无线传输系统，林火监测及数字编码终端处理系统，铁塔，防雷接地，风光互补供电等组成。
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、定位云台系统、太阳能供电及防雷、铁塔及接地系统及防护系统。
软件系统包括：
操作系统软件MicrosoftWindows2003Server、数据库管理软件SQLServer2000（企业版）、地理信息系统（GIS）、网络视频管理录像软件、林火预警软件、短信网关系统等组成。
1.建设目标
根据用户提出的具体要求，依据中华人民共和国国家《公共安全行业标准》和《安全防范工程程序及要求》，结合贵单位的实际情况，我公司本着“布局合理、质优价廉、功能齐全、配套服务”的原则。
经过对目前技术情况的调查了解，通过多方比较，结合森林防火的特殊性和实际需要，采用微波远程图像传输及控制系统，设计的一套经济、实用的森林防火瞭望观察系统方案，对林区实时瞭望观察，做到早发现，早扑灭，减少森林资源损失，降低防火工作难度，提高林业管理效益。
●在森林火灾发生前自动监测识别火险火情，做到及时预警，同时防范纵火、乱砍乱伐、捕杀野生动物等违法行为，从而起到预防的目的；
●在森林发生火灾时把现场的图像实时传回指挥中心，指挥中心通过监视前端摄像机图像指挥调度救火，最大限度的减小火灾造成的损失；
●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，提供有效真实的直观资料；
●通过安装红外热成像、可见光摄像系统全天候监控林区，做到昼夜半径8-10公里内，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；
●从瞭望塔设备安装点的图像传输到森林管理指挥中心，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;
●林区监控管理指挥中心可以对前端设备进行长焦、广角控制;对云台进行上下、左右控制、设置各种特殊位置的预置位，做到重点区域重点设防；
●设备红外线防盗功能、实时探测有无入侵破坏行为，并能做到语音警告和取证功能，保护设备投资的安全性。
●系统具有多路画面实时录像，多路画面实时显示，图像压缩质量设置，录像存储，用户管理等功能。
●配置GIS林业地理信息系统，将林区地形地貌、植被情况、监控点信息、分布状态等信息数字化处理，实现地图点与实际目标的一致，做到火情联动、视频切换等功能，同时可作为植被管理、辅助决策的重要手段；
●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风光互补供电系统，保证山上不具备布线条件的监控点设备不间断供电，正常工作。
●在有灾难发生时系统可以与防火指挥车及移动救援系统对接，通过移动图像采集把现场情况传输各级指挥中心。
该系统根据林区面积广、海拔高、环境复杂、山顶没有电源、布线困难等特点进行设计。
2.功能需求分析
“森林防火数字化监控预警系统”项目是以森林防火信息为重点和主要对象，以地理信息为中心基
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