智能化林火監(jiān)測(cè)管理技術(shù)與應(yīng)用

智能化林火監(jiān)測(cè)管理技術(shù)與應(yīng)用

在林業(yè)信息化發(fā)展過程中，智能視頻、無人機(jī)、衛(wèi)星遙感、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)手段在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中逐步應(yīng)用。這些新技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)管理水平，有效減少了森林火災(zāi)損失。主要內(nèi)容一、智能林火識(shí)別視頻系統(tǒng)二、無人機(jī)林火監(jiān)測(cè)三、衛(wèi)星遙感調(diào)查林火監(jiān)測(cè)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)林火監(jiān)測(cè)五、物聯(lián)網(wǎng)智能林火監(jiān)測(cè)體系人力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控智能與機(jī)器視覺趨勢(shì)：人力→網(wǎng)絡(luò)視頻→

智能與機(jī)器視覺智能1、智能林火識(shí)別視頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)事件服務(wù)器智能數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊告警調(diào)度模塊視頻服務(wù)器用戶權(quán)限模塊識(shí)別算法模塊與專家系統(tǒng)用戶界面與情景聲光告警與手機(jī)告警原始數(shù)據(jù)顯示RT-GISUI微波傳輸寬帶傳輸衛(wèi)星傳輸光纖傳輸4G/3G帶寬僅需>1Mbps智能林火視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)紅外+高清前端智能林火視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成2、智能視頻前端硬件設(shè)備穿霧攝像儀數(shù)字云臺(tái)紅外線熱成像儀鏡頭護(hù)罩前端硬件系統(tǒng)配置圖高清鏡頭高清攝像儀前端路由器前端工控板基站控制板紅外熱像儀MCU控制板設(shè)計(jì)基站控制板軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雨刮控制、排氣扇控制、加熱系統(tǒng)控制、透霧控制、鋰電充電控制、GSM開機(jī)控制、GSM/GPS、防雷重啟控制、防盜等功能。使前端設(shè)備處于合適的工作環(huán)境。野外供電在沒有市電的地方，運(yùn)用風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)，解決了野外使用上電力供應(yīng)問題。廣東省2011年12月增城太子坑森林消防“立體滅火演習(xí)”全程監(jiān)測(cè)保障3、林火監(jiān)測(cè)智能視頻系統(tǒng)功能及特點(diǎn)自動(dòng)巡檢利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的智能方式運(yùn)作，無需看管而自動(dòng)巡測(cè)。自動(dòng)預(yù)警當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常狀態(tài)時(shí)自動(dòng)生成故障告警信息，并可自動(dòng)通知相關(guān)人員。智能分析當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度異常，可以調(diào)出此設(shè)備的正常時(shí)的熱圖譜及正常時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，與異常時(shí)的熱圖譜及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)行準(zhǔn)確分析。全景模式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同部位紅外熱像圖的無縫智能拼圖的全景紅外熱像分析功能，從而避免局部分析無法快速定位和無法系統(tǒng)分析故障原因。已知熱對(duì)象屏蔽通過標(biāo)識(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的已知熱對(duì)象，并設(shè)置為屏蔽探測(cè)，避免誤報(bào)。三維火災(zāi)位置圖一旦偵測(cè)到火情，可立即獲取到三維火災(zāi)位置圖，幫助制定應(yīng)急方案。火災(zāi)音頻報(bào)警一旦偵測(cè)到火情，立即觸發(fā)報(bào)警，可第一時(shí)間采取應(yīng)急方案。支持多種掃描方式全范圍自動(dòng)掃描/選定范圍自動(dòng)掃描/手動(dòng)掃描。遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)場(chǎng)景情況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)溫度分析和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視。自動(dòng)分類存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)和報(bào)警信息分類存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確調(diào)用分析。超強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在高溫、濃霧、大雨、霧霾等惡劣環(huán)境連續(xù)工作。濟(jì)南歷城區(qū)的應(yīng)用數(shù)據(jù)管理與組織柵格數(shù)據(jù)，采用多分辨率層次細(xì)節(jié)(LOD)模型組織數(shù)據(jù)。主要利用四叉樹算法。即對(duì)二維地平面進(jìn)行分割時(shí)，每次把正方形分成4個(gè)等分的小正方形，直到分割的正方形尺寸達(dá)到某個(gè)閾值為止，然后對(duì)不能再分的正方形進(jìn)行三角形剖分渲染。矢量數(shù)據(jù)采用Geodatabase數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)和管理。矢量數(shù)據(jù)即要存儲(chǔ)在Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)中，也要有對(duì)應(yīng)的LOD文件庫(kù)。系統(tǒng)在服務(wù)器端配置了矢量數(shù)據(jù)切片工具，該程序利用ArcSDE的CAPI接口編寫代碼，該程序可以根據(jù)客戶端的請(qǐng)求參數(shù)（包括矢量圖層名稱、地圖范圍、顯示級(jí)別等）在Geodatabase庫(kù)中查詢對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的矢量數(shù)據(jù)，然后將查詢結(jié)果轉(zhuǎn)化為KML文件發(fā)回客戶端。系統(tǒng)特點(diǎn)：高性能的林火智能視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)超遠(yuǎn)探測(cè)距離：640×480紅外探測(cè)器可探測(cè)識(shí)別8㎞外3m×2m的火源，384×288的紅外探測(cè)器可探測(cè)識(shí)別5㎞外2m×1m的火源；極高定位精度：且可保證5㎞單點(diǎn)定位精度30m以內(nèi)；快速反應(yīng)：7分鐘能完成360°監(jiān)測(cè)范圍的全掃描，有效保證了在林火初發(fā)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)。清遠(yuǎn)市清新縣八面山山火早期報(bào)警火情分析與自動(dòng)告警算法是針對(duì)紅外熱成像傳感器開發(fā)的軟件算法，具有超高火情識(shí)別率，誤報(bào)率極低的特點(diǎn)。系統(tǒng)從紅外熱成像傳感器以數(shù)字通道獲取每像素14位元的紅外線熱圖，并透過森林火災(zāi)熱成像圖像分析算法找出面積變大和溫度變熱速度快的可疑熱源。該算法比一般使用固定或動(dòng)態(tài)報(bào)警值的算法能更準(zhǔn)確的捕獲火源，并能去除車輛、煙花等轉(zhuǎn)瞬即逝的熱源干擾而不會(huì)觸發(fā)誤報(bào)。紅外探火算法測(cè)試珠海高欄港測(cè)試遠(yuǎn)程林火識(shí)別算法測(cè)試白天紅外熱成像儀取值變化趨勢(shì)夜晚紅外熱成像儀取值變化趨勢(shì)基于DEM實(shí)現(xiàn)火情的定位項(xiàng)目以NASA提供的數(shù)字高程模型(ASTERGDEM)，結(jié)合MAPMART提供的9米精度衛(wèi)星圖，建立高精度3D地理信息模型。通過重載云臺(tái)結(jié)合軟件算法與DEM模型實(shí)現(xiàn)火情事件精確定位技術(shù)，能將事件定位至30米半徑內(nèi)(5公里探測(cè)范圍)

工業(yè)級(jí)電腦控制云臺(tái)掃描森林范圍火源識(shí)別模塊在紅外熱圖像中找出火源在圖片中的平面坐標(biāo)位置火源識(shí)別模塊將平面坐標(biāo)位置和云臺(tái)指向角傳送到火源定位模塊火源定位模塊利用紅外熱圖像坐標(biāo)位置在數(shù)字高程模型中依照攝像儀位置指向角模擬投射出一條指向火源的直線模擬直線在數(shù)字高程模型中逐步延長(zhǎng)，每次一像素，每次增長(zhǎng)都進(jìn)行觸碰感測(cè)模擬直線是否與數(shù)字高程模型的面觸碰若無觸碰，表明有火情但超過測(cè)量范圍若有觸碰，找出觸碰點(diǎn)在數(shù)字高程模型中的三維位置該DEM三維坐標(biāo)位置換算成地球經(jīng)緯度及高度動(dòng)態(tài)干擾源：基于背景差分法和幀間差分法的視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能去除車輛等轉(zhuǎn)瞬即逝的熱源，同時(shí)與高清視頻結(jié)合綜合判定火情。靜態(tài)干擾源：通過自主專利的林火干擾源智能屏蔽技術(shù)去除日間太陽照在山體沒有植被的石層和土層導(dǎo)致的高溫干擾等靜態(tài)干擾源，還可以通過自學(xué)習(xí)判定和屏蔽干擾源；這些方法綜合起來使視頻監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)的誤報(bào)率和漏報(bào)率趨近于零。系統(tǒng)特點(diǎn)：極低的視頻林火識(shí)別誤報(bào)及漏報(bào)率靜態(tài)干擾源智能屏蔽球形分割模型站點(diǎn)覆蓋仿真GPS位置：N22.304386E113.553663珠海市大鏡山水庫(kù)白沙嶺二號(hào)亭為中心高精度數(shù)控云臺(tái)自動(dòng)橫向340度轉(zhuǎn)動(dòng)，垂直上下80度轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍達(dá)5公里以上。監(jiān)測(cè)林區(qū)范圍約為40㎞2。站點(diǎn)覆蓋仿真廣州：根據(jù)廣州重點(diǎn)林區(qū)森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，在全市30個(gè)森林防火視頻監(jiān)控點(diǎn)建設(shè)。（增城林場(chǎng)）珠海：利用系統(tǒng)前端基站模擬仿真覆蓋功能，為項(xiàng)目進(jìn)行選址設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容一、智能林火識(shí)別視頻系統(tǒng)二、無人機(jī)林火監(jiān)測(cè)三、衛(wèi)星遙感調(diào)查林火監(jiān)測(cè)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)林火監(jiān)測(cè)五、物聯(lián)網(wǎng)智能林火監(jiān)測(cè)體系兩類無人機(jī)森林防火不同應(yīng)用旋翼無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)：起降要求低、操控簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)傳輸影像。缺點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間短、監(jiān)控范圍小。適用：短距離火情偵查、火案調(diào)查。固定翼無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、監(jiān)控范圍廣。缺點(diǎn)：起降要求高、操控較復(fù)雜、影像需內(nèi)業(yè)處理。適用：較大范圍火燒跡地調(diào)查、較大范圍可燃物調(diào)查。兩類無人機(jī)航拍應(yīng)用（韶關(guān)翁源）二、無人機(jī)林火監(jiān)測(cè)飛行控制攝影控制攝影控制器控制處理中心飛行控制器影像處理導(dǎo)航設(shè)置指令、數(shù)據(jù)傳輸指令下達(dá)飛行姿態(tài)拍攝影像無人機(jī)火場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與我國(guó)北方較大面積的森林火災(zāi)不同，南方森林火災(zāi)面積相對(duì)較小，對(duì)無人機(jī)抗風(fēng)及遠(yuǎn)距離通信的要求較低，小型無人飛行器的優(yōu)勢(shì)在這時(shí)候可以得到充分發(fā)揮。無人機(jī)火場(chǎng)勘查（仁化）無人機(jī)協(xié)助撲救指揮（乳源）無人機(jī)林火實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)2011年3月31日，在韶關(guān)仁化火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，該火場(chǎng)面積達(dá)到70多公頃，無人機(jī)平臺(tái)可以獲取整個(gè)火場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并將拍攝到的視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]中心的電腦屏幕上，以便了解整個(gè)火場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)。旋翼無人機(jī)應(yīng)用-災(zāi)后火因調(diào)查2015年12月17日潮州登塘鎮(zhèn)火場(chǎng)災(zāi)后調(diào)查利用無人機(jī)找出煉山跑火點(diǎn)位置旋翼無人機(jī)應(yīng)用-災(zāi)后火因調(diào)查2015.4.6河源市東源縣船塘鎮(zhèn)火場(chǎng)災(zāi)后調(diào)查利用旋翼無人機(jī)按照火燒跡地狀況找出初發(fā)火火點(diǎn)位置InsigntAS系列固定翼無人機(jī)InsigntAS3無人機(jī)長(zhǎng)度2m翼展3.3m升限3000m最大航程180km速度范圍50-130km/h巡航速度90km/h起飛速度40km/h續(xù)航時(shí)間2hours有效載荷2.5kg起飛重量<20Kg抗風(fēng)12m/s起降方式彈射/滑降作業(yè)效率2000公頃/起落可見光相機(jī)分辨率4.8cmGSD畫幅250mx200m像素20.1MP鏡頭40mm（兼容佳能EF鏡頭卡口）輸出格式KMLWorldfile/twf數(shù)據(jù)處理數(shù)字正射影像模型（DOM）數(shù)字表面模型（DSM）多光譜相機(jī)分辨率11cmGSD像素物理尺寸5.5microns畫幅250mx200m像素2.1MPto4.2MP頻帶NIR,blue,green數(shù)據(jù)處理NDVI熱像儀分辨率20cmGSD數(shù)據(jù)處理Thermalimage固定翼無人機(jī)作業(yè)流程任務(wù)規(guī)劃精確航線設(shè)計(jì)無人機(jī)航攝質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)預(yù)處理現(xiàn)場(chǎng)像控測(cè)量應(yīng)用后處理InsigntAS3固定翼無人機(jī)作業(yè)任務(wù)規(guī)劃及航線設(shè)計(jì)（惠州博羅羅陽鎮(zhèn)可燃物調(diào)查）InsigntAS3固定翼無人機(jī)作業(yè)彈射起飛、飛行作業(yè)及傘降回收InsigntAS3固定翼無人機(jī)輸出全彩色（Pan）提取2、3、4波段（G、B、NIR）1、4波段NDVI（NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)）InsightAS無人機(jī)馬來西亞應(yīng)用作業(yè)任務(wù)：馬來西亞140公頃棕櫚樹種植園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取作業(yè)時(shí)間：2014.10作業(yè)機(jī)型：InsightAS3；作業(yè)載荷：可見光+多光譜；作業(yè)高度：300米；作業(yè)速度：90km/h；作業(yè)時(shí)長(zhǎng)：26分鐘；航攝重疊：航線內(nèi)80%，航線間60%；圖像獲?。嚎梢姽?34張，多光譜551張；地面分辨率：5cm；地面控制點(diǎn)：10個(gè)。InsightAS無人機(jī)馬來西亞應(yīng)用正射影像NDVI航線設(shè)計(jì)數(shù)字表面模型主要內(nèi)容一、智能林火識(shí)別視頻系統(tǒng)二、無人機(jī)林火監(jiān)測(cè)三、衛(wèi)星遙感調(diào)查林火監(jiān)測(cè)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)林火監(jiān)測(cè)五、物聯(lián)網(wǎng)智能林火監(jiān)測(cè)體系基于衛(wèi)星遙感多光譜影像數(shù)據(jù)分類技術(shù)的林火跡地提取方法的研究，應(yīng)用LandSat衛(wèi)星遙感多光譜影像數(shù)據(jù)對(duì)廣東省全省的林火跡地進(jìn)行提取和統(tǒng)計(jì)，結(jié)合衛(wèi)星定位系統(tǒng)，確定森林火災(zāi)發(fā)生位置、過火面積等信息，為廣東省森林火災(zāi)的預(yù)防和評(píng)估提供了精準(zhǔn)的說明。1、衛(wèi)星遙感林火跡地提取技術(shù)原始影像數(shù)據(jù)Landsat-TM圖像共17景，購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心火燒跡地提取流程項(xiàng)目提出使用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類結(jié)合的方式對(duì)TM遙感影像進(jìn)行分類并最終提取火燒跡地信息，采用的火燒跡地信息提取流程為：TM數(shù)據(jù)坐標(biāo)系設(shè)置配準(zhǔn)糾正3、4、5波段合成分類重編碼分類圖像融合聚類統(tǒng)計(jì)去除分析火燒跡地分布直接非監(jiān)督分類采集已知跡地樣本用樣本監(jiān)督分類廣州花都河源連平縣城附近韶關(guān)武江河源紫金與惠州博羅交界火場(chǎng)樣本遙感圖像分類利用遙感提取地物信息需要根據(jù)地面物體的圖像特征按照研究要求分成各種類型。研究火燒跡地就是把火燒跡地提取出來，首先對(duì)圖像進(jìn)行非監(jiān)督分類，然后使用已知的火場(chǎng)做樣本，利用監(jiān)督分類的方法提取出其它火場(chǎng)。汕尾陸豐地區(qū)火燒跡地分類清新縣驗(yàn)證結(jié)果通過熱點(diǎn)數(shù)據(jù)查找火燒跡地。共驗(yàn)證17處火燒跡地，4處未從圖像中檢驗(yàn)到，均為云霧遮擋。緯度經(jīng)度類型面積（hm2）驗(yàn)證23.984112.879煉山15√23.838112.943灌木林10√23.842112.957煉山30√23.712112.993煉山25√23.759112.935馬尾松4×23.789112.775灌木林3√23.816113.039燒雜3√23.848113.185灌木林3×23.950112.903灌木林5√23.927112.756灌木林4√24.015112.663桉樹6√24.031112.910馬尾松4√24.032112.643桉樹3×24.033112.655桉樹3×24.124112.829煉山5√24.122112.718煉山5√24.132112.717灌木林4√2、衛(wèi)星遙感可燃物類型調(diào)查應(yīng)用采用遙感影像數(shù)據(jù)及野外實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方式進(jìn)行森林植被類型調(diào)查。柬埔寨豆蔻山脈。柬埔寨衛(wèi)星遙感植被類型調(diào)查原始圖像采用spot5遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為多光譜數(shù)據(jù)4個(gè)波段（10米空間分辨率）+PAN波段（2.5米空間分辨率），共兩幅影像數(shù)據(jù)，分別為2011年1月21日1/4景（數(shù)據(jù)1），2012年1月28日1/8景（數(shù)據(jù)2），其中數(shù)據(jù)1調(diào)查區(qū)域完整無云，數(shù)據(jù)2只覆蓋東側(cè)區(qū)域，且有少量云霧遮擋。柬埔寨衛(wèi)星遙感植被類型調(diào)查遙感圖像處理流程柬埔寨衛(wèi)星遙感可燃物類型調(diào)查主要內(nèi)容一、智能林火識(shí)別視頻系統(tǒng)二、無人機(jī)林火監(jiān)測(cè)三、衛(wèi)星遙感調(diào)查林火監(jiān)測(cè)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)林火監(jiān)測(cè)五、物聯(lián)網(wǎng)智能林火監(jiān)測(cè)體系無線傳感器網(wǎng)絡(luò)林火監(jiān)測(cè)智能化野外林火數(shù)據(jù)采集前端系統(tǒng)能采集氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、含水率等與森林火災(zāi)相關(guān)的因子數(shù)據(jù)，并通過有線及無線網(wǎng)絡(luò)不斷將信息傳送回林火監(jiān)測(cè)中心，為林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與撲救指揮提供即時(shí)信息。利用傳感器節(jié)點(diǎn)采取相關(guān)氣象因子信息。由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。遵循Zigbee協(xié)議，使用2.4Ghz小功率射頻通訊技術(shù)，將傳感器節(jié)點(diǎn)互相配合建成一個(gè)自我修復(fù)網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器終端：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSNWSN體系結(jié)構(gòu)：平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WSN體系結(jié)構(gòu)：邏輯分層結(jié)構(gòu)WSN自組網(wǎng)以傳感終端進(jìn)行的自組網(wǎng)：遵循ZigBee協(xié)議增城的自組網(wǎng)連接性測(cè)試平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。仁化火場(chǎng)測(cè)試無線收發(fā)器傳感器裝配布點(diǎn)與設(shè)計(jì)仁化WSN測(cè)試邏輯分層結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容一、智