森林防火遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

森林防火遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)我國的森林資源十分豐富，森林防火任務(wù)艱巨，特別是對于一些無人居住的林區(qū)，其防火任務(wù)更是困難。國務(wù)院早在1988年1月16日發(fā)布的《森林防火條例》中明確提出森林防火預(yù)防的重要措施就是設(shè)置火情了望臺，能及時(shí)了解到各個(gè)林區(qū)的現(xiàn)狀，及早發(fā)現(xiàn)災(zāi)情，減少損失。

目前視頻監(jiān)控發(fā)展迅猛，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。森林防火遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)就是將攝像機(jī)分布安裝各林區(qū)，能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)林區(qū)的全面覆蓋，相當(dāng)于增加了若干個(gè)無人值守的火情了望臺，在林業(yè)局實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。

通過森林防火遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)能盡早發(fā)現(xiàn)災(zāi)情或是隱患，減少災(zāi)情；也能為災(zāi)情發(fā)生時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場指揮提供依據(jù)。

系統(tǒng)分析

大的林區(qū)一般面積廣闊，而且大多數(shù)林區(qū)沒有電，沒有有線通訊設(shè)施。

因此本監(jiān)控系統(tǒng)相對于常見的監(jiān)控系統(tǒng)而言，有以下幾點(diǎn)需要特殊考慮：

·需要選擇大變焦范圍的鏡頭，能夠使單個(gè)攝像機(jī)監(jiān)控的范圍盡量廣闊；

·需要選擇特殊的攝像機(jī)，能夠保證全天候的對林區(qū)進(jìn)行監(jiān)控；

·各個(gè)監(jiān)控前端的供電問題，需要采用太陽能方式進(jìn)行供電；

·前端和監(jiān)控中心之間的通訊采用無線通訊方式。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖1可知系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端和監(jiān)控中心。

監(jiān)控前端:監(jiān)控前端的任務(wù)就是負(fù)責(zé)各個(gè)林區(qū)視頻信號采集和控制實(shí)現(xiàn)，所包含的設(shè)備為：攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、云臺、解碼器和支架；無線圖像發(fā)送設(shè)備、無線指令接收設(shè)備；太陽能供電設(shè)備；設(shè)備安裝支架。

監(jiān)控中心:監(jiān)控中心主要的功能就是：顯示、控制、錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，中心結(jié)構(gòu)如圖2所示。設(shè)備以視頻矩陣和嵌入式硬盤錄像機(jī)為中心。顯示、控制部分采用以視頻矩陣為中心完成，錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化采用以嵌入式硬盤錄像機(jī)完成。

系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)

·要保證系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)無人值守火情了望臺功能，系統(tǒng)性價(jià)比高，取決于以下兩點(diǎn)

·系統(tǒng)中各設(shè)備選型時(shí)應(yīng)考慮到監(jiān)控對象特點(diǎn)，能否實(shí)現(xiàn)大范圍的清晰掃描、傳輸

·由于各個(gè)前端設(shè)備安裝在野外，設(shè)備安裝施工要充分考慮到野外設(shè)備工作的要求，并且應(yīng)該盡量減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量。

設(shè)備選擇

攝像機(jī)和鏡頭選擇

由于監(jiān)控環(huán)境為林區(qū)，日夜光線變化很大，要求攝像機(jī)具有彩色/黑白自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，在白天攝取的圖像為彩色的，當(dāng)光線很弱的時(shí)候自動(dòng)轉(zhuǎn)換成黑白模式。鑒于監(jiān)控的目的是森林防火，不但對于明火能夠進(jìn)行監(jiān)測，對于一些隱患也應(yīng)該能夠進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測，為此需要該攝像機(jī)具有紅外成像的能力，這樣將有助于發(fā)現(xiàn)火情隱患。

由于林區(qū)范圍較廣，為了減少安裝、維護(hù)的工作量，安裝的攝像機(jī)應(yīng)該數(shù)量少，這就要求每個(gè)攝像機(jī)負(fù)責(zé)的“片”就較大。要使攝像機(jī)能夠監(jiān)測的范圍夠大，除了需要選擇合適的安裝地點(diǎn)（無遮擋）和天氣良好（無霧）外，另外就是要選擇大變焦的鏡頭。

云臺選擇

在本系統(tǒng)中配置云臺的作用就是實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的大范圍掃描，在選擇云臺方面除了需要滿足適應(yīng)室外使用的要求外，很重要的一點(diǎn)就是要選擇變速云臺，因?yàn)閿z像機(jī)在最遠(yuǎn)焦距的情況下，其成像視場角為0.55度，而在近焦時(shí)，其視場角為27度。假如選擇了恒速云臺的話，要保證遠(yuǎn)焦時(shí)云臺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圖像平穩(wěn)的話，那么在近焦時(shí)云臺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圖像將基本沒有運(yùn)動(dòng)；要保證近焦時(shí)云臺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圖像平穩(wěn)的話，那么在遠(yuǎn)焦時(shí)云臺轉(zhuǎn)動(dòng)過程中圖像將基本不清楚。只有配置了變速云臺才能滿足要求。且云臺變速范圍需要和近遠(yuǎn)焦時(shí)視場角范圍相適應(yīng)。

圖像傳輸設(shè)備選擇

鑒于本系統(tǒng)中每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)傳輸單路視頻，適宜采用模擬傳輸傳輸方式。在本系統(tǒng)中選用了微波開路傳輸設(shè)備。因?yàn)樵擃l段設(shè)備頻率極高，兩通訊點(diǎn)之間必須“可視”才能實(shí)現(xiàn)通訊，而設(shè)備安裝在林區(qū)，必然導(dǎo)致比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)需要安裝微波中繼設(shè)備。

為了減少施工難度，并且考慮到減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量，在考慮中繼地點(diǎn)選擇方面采用了“盡量利用現(xiàn)成的監(jiān)控點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，盡量少設(shè)立單獨(dú)的中繼點(diǎn)”，如圖3所示。

遙控設(shè)備選擇

監(jiān)控中心與各個(gè)前端解碼器之間的通訊通道可以采用中頻波段數(shù)傳電臺方式，由于遙控設(shè)備工作在中波頻段（繞射能力較強(qiáng)），而且各個(gè)前端安裝在較高的位置，中心的鐵塔位置也較高，遙控需要中繼的數(shù)量較微波設(shè)備少。

太陽能設(shè)備選擇

太陽能設(shè)備包括：太陽能光電池、控制器、蓄電池和逆變器。

<0>光電池需要考慮的是光電板的面積（根據(jù)各個(gè)設(shè)備需要的總功率、光電池的特性及各個(gè)設(shè)備的效率進(jìn)行計(jì)算）。

蓄電池的容量一般可以根據(jù)在陰天情況下保證系統(tǒng)正常3天（一般在連續(xù)3天陰天的情況下，發(fā)生火情的可能性不大）的容量即可。由于蓄電池的工作時(shí)斷時(shí)續(xù)、而且很多時(shí)候是邊充邊放的狀態(tài)，對蓄電池的性能提出了很高的要求，應(yīng)該選用性能較好的產(chǎn)品，才能保證系統(tǒng)能長時(shí)間可靠工作。

中心設(shè)備選擇

監(jiān)控中心如圖2所示，設(shè)備以視頻矩陣+嵌入式硬盤錄像機(jī)為中心構(gòu)建。選擇時(shí)有以下幾點(diǎn)需要考慮：

·視頻矩陣，除了需要考慮功能外，還需要考慮到和其他設(shè)備（無線傳輸設(shè)備、解碼器和硬盤錄像機(jī)）的配合、互聯(lián)；

·嵌入式硬盤錄像機(jī)，應(yīng)選用易維護(hù)、高性能的嵌入式硬盤錄像機(jī)為宜，另外還需要注意廠家的開發(fā)能力（能否實(shí)現(xiàn)硬盤錄像機(jī)對矩陣的控制、通過數(shù)字硬盤錄像機(jī)能否實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化等）。

施工

除了設(shè)備選擇上要注意到以上各點(diǎn)外，施工好壞對保證系統(tǒng)可靠、可用十分重要，特別是各個(gè)前端的施工。

對于施工有兩點(diǎn)需要考慮：

·防雷：由于各個(gè)前端設(shè)備安裝在野外，而且安裝在較高處（保證可視范圍需要），發(fā)生雷擊的可能性很大，需要考慮全面的防雷措施，第一是在安裝桿的高處需要安裝避雷針，以防直擊雷的破壞，各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備需要安裝避雷器以浪涌對設(shè)備的損壞，另外接地良好是保證設(shè)備安全的關(guān)鍵。對于監(jiān)控中