内蒙古东升科技发展有限公司

森林火灾预警监控系统架构方案

9
发表时间:2021-03-22 15:34
一、火灾预警视频信息采集系统
  视频监控系统中前端智能视频采集系统是采用摄像机和长焦镜头对基站附近数公里范围进行视频监控图像采集,采用热成像模块通过温度智能生成图像用于分析火险重点区,采用重型数字云台对摄像机和镜头实现方位角360°,俯仰角-55°到+55°多方位监控,通过重型数字云台的方位角和俯仰角以及长焦镜头焦距实现火点的精确自动定位,在摄像机后端配置一套先进的嵌入式烟火识别系统,烟火识别系统应能识别烟火有效面积低至10×10像素,以达到几乎没有漏报,误报率低的优点。为了进一步减少误报率,烟火识别系统应能够在发现疑似烟火后,通过控制信号自动推进长焦镜头将视频监控图像进一步放大后,进行第二次进行识别和确认。实现烟火的智能识别,一旦发现疑似烟火,烟火识别系统自动识别并自动向后端监控中心发送报警信号。
  根据火灾预警视频监控图像采集的要求,摄像机具有全天候24小时实时监测,在夜间极低的光线照明度下获得监控图像;日夜24小时拍摄清晰的图像等功能。
  由于火灾预警视频监控系统采用野外大型防护罩用来保护摄像机和长焦镜头,将摄像机和长焦镜头安装在防护罩内现实智能监控全天候24小时工作的重要保障,面对野外恶劣的气候条件,大型防护罩具有防火、防雨、防风、防潮、温控、防腐性能指标。
  火灾预警视频监控系统的位置较高,风力较大,极易导致基站上的摄像机发生晃动从而引起监控图像抖动,为了满足监控的需要,采用重型数字云台安装摄像机和长焦镜头防止晃动,同时由于基于火灾预警的智能监控范围较大,重型数字云台能够实现0-360°的多方位角以及-55°~+ 55°俯仰角度的大范围监控满足火灾预警视频监控系统的要求。火灾预警视频监控系统配置的750mm 长焦镜头能够监控到5公里以上的范围。
  作为智能化的火灾预警视频监控系统,重型数字云台具备自动巡检和手动巡检功能,日常运转的情况下,通过系统管理员设定重型数字云台预置位后,由系统控制云台进行全天候24小时自动巡检,当出现可疑情况时,可由管理员手动控制云台到达需要的监看位置。
  为了实现火灾预警智能监控系统的火点自动定位,重型数字云台具有定位功能,配合监控指挥中心的平台软件实现火点自动定位。
  视频采集系统主要包括全高清网络摄像机、长焦镜头、野外大型防护罩、重型数字云台、烟火识别模块、热成像模块及控制模块等。
  1、全高清宽动态网络摄像机
  实现功能
  火灾预警智能监控系统视频图像采集的是:
  全天候 24 小时实时监测;
  在夜间极低的光线照明度下获得监控图像;
  日夜 24 小时拍摄清晰的图像 根据要求采用:全高清宽动态透雾网络摄像机。
  采用的摄像机具有:
  成像器 1/2.8" PS Exmor 2.38M CMOS
  日夜模式:自动 (ICR) / 彩色 / 黑白 / 外部 / 日程,满足火灾预警 智能监控全天候 24 小时实时监测需要;
  照度:彩色 : 0.1 Lux (F1.2, 50IRE), 0.0017Lux (50IRE),黑白 : 0.01 Lux (F1.2, 50IRE),满足火灾预警智能监控在夜间较低光线照度下的监控需要;
  分辨率:1920x1080,输出 1080p 全高清画质(实时图像),保证了摄 像机日夜 24 小时拍摄高清晰的图像需要;
  扫描方式:逐行扫描,让图像更为清晰,减少动态模糊,消除运动 图像拖尾现象;
  宽动态 120dB,满足在光线较强的环境能够拍摄清晰图像;
  透雾 自动/手动/关
  数字降噪 SSNRIII (2D+3D 噪点波滤器) (关/开);
  聚焦控制 简易聚焦/手动,过网络远程操控,按钮控制(手动,简易聚焦,日夜转换)
  视频压缩格式 H.264 (MPEG-4 Part 10/AVC), H.265, MJPEG;
  网络接口:10Base-T/100Base-TX,RJ-45 端口;
  工作温度/湿度-10°C ~+55°C(+14°F ~ +131°F) /小于 90% RH;
  2、长焦镜头
  根据火灾预警监控范围的不同,选用不同焦距的长焦电动变倍镜头,以满足火灾预警监控大范围大视野监控的需要,本项目选用750mm的长焦镜头,确保5公里的监控范围。
  采用的长焦电动变倍镜头具有:
  焦距:750mm,满足火灾预警 5公里监控范围要求;
  倍率:62 倍
  光圈:F3.5,大光圈是实现较远距离清晰图像的重要前提;
  驱动:DC 自动;
  规格:1/2″,与高清摄像机配套获取大范围清晰图像;
  带预置位:是实现火灾预警智能监测系统火点自动定位的重要功能;
  分辨率:2 百万像素。 采用的高清晰镜头与高性能日夜两用高清摄像机配套使用,即使在雾气、灰尘、烟雾、小雨等可见光(彩色图像)环境中,也可拍摄到非常清晰、高对比度的影像,提升远距离观察效果。
  3、野外大型防护罩
  由于火灾预警智能监控系统前端长焦摄像头需要采用野外大型防护罩用来保护摄像机和长焦镜头,将摄像机和长焦镜头安装在防护罩内是实现智能监控全天候 24 小时工作的重要保障,面对野外恶劣的气候条件,大型防护罩需要防火、防雨、防风、防潮、温控、防腐性能的要求。
采用的野外大型防护罩具有:
材料主体:铝合金,满足野外火灾预警监控的防腐、防雨、防火?要求;
  视窗:双视窗,红外热成像视窗,可将管视窗采用高清晰纳米自洁透明玻璃,满足野外视频监控摄像机在获得到更好的图像效果的同时,长时间无需人工维护,即纳米自洁玻璃不易附着灰尘等杂物,在下雨的情况下,由于纳米材料的亲水性,可以让雨水均匀分布在玻璃上,将玻璃上附着的灰尘等通过雨水粘贴,在雨水重力的作用下带走达到自洁的目的,并且能够有效的防止雾气;
  智能温控系统:低于设定温度自动加热至设定温度,高于设定温度自动开启风扇降温至设定温度;确保护罩内电子设备全年全天候?正常工作。
  4、重型数字云台
前端长焦视频一般都位于较高的位置,风力较大,极易导致基站上的摄像机发生晃动从而引起监控图像抖动,为了满足野外湿地公园监控的需要,采用重型数字云台安装摄像机和长焦镜头防止晃动,同时由于基于火灾预警的智能监控范围较大,需要重型数字云台能够实现 0-360°的角以及-55°~+55°俯仰角度的大范围监控才能满足火灾预警智能监控的要求。火灾预警智能监控系统配置的长焦镜头能够监控到数公里的范围,较远的监视距离对重型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,不会造成远端监视范围画面不连续的情况。
  作为智能化的火灾预警监控系统,其重型数字云台必须具备自动巡检和手动巡检功能,日常运转的情况下,通过系统管理员设定重型数字云台预置位后,由系统控制云台进行全天候24小时自动巡检,当出现可疑情况时,可由管理员手动控制云台到达需要的监看位置,对于远距离大范围的火灾预警监控,其重型数字云台的预置位越多越好,越多的预置位是实现对于火灾预警所需的远距离大范围全面监控的重要保证。
  为了实现火灾预警智能监控系统的火点自动定位,需要采用的重型数字云台具有定位功能,配合后端 GIS 平台软件实现火点自动定位。
  5、智能双重识别系统
  智能双重识别系统(烟火识别+红外热成像)是构成火灾预警监控智能监测系统核心的和重要的功能,是实现传统普通火灾预警监控由人工监看向智能型火灾预警监控由智能设备自动监看的重要转换,采用智能设备自动监测的火灾预警监控系统能够提高工作效率,减少因人工的疏忽而造成的漏报情况,智能监控系统能够实现全天候24小时监测火灾预警,智能设备一旦发现疑似烟火通过系统报警平台及时为用户提供的现场信息,让用户通过智能监控系统迅速判断,并作出相关的应急处理措施。
  火灾预警智能双重识别系统主要由基于湿地公园视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器和基于湿地公园热辐射探测通过不同目标温差实现林火的智能探测的红外热成像识别构成。
  基于视频监控图像智能分析烟火的智能烟火识别处理器可以在监控中心通过远程视频监控图像直观、真实的反映湿地公园的情况,并且能够在能见度较好的环境下有效识别林火,且即使湿地公园内部出现林火的情况也能有效的识别,但是在雾霾天气由于能见度较低造成视频监控的图像不清晰从而会出现不能够正确识别林火的情况存在。
  红外热成像智能识别系统由于红外热成像探测湿地公园热辐射,通过不同目标温差实时成像,且图像为灰度图像,不能直观、真实的反映湿地公园的情况,但是由于红外热成像是通过探测湿地公园热辐射不受雾霾天气影响,所以能够全天候的探测,但是红外热成像探测的物体之间不能有遮挡,例如湿地公园内部出现林火时,由于有高大的树木遮挡,存在有遮挡的地方不能有效的探测物体表面温度从而造成不能正确探测的情况。
  基于以上单个智能识别系统的优缺点分析,采用基于视频图像分析的智能烟火识别处理器+基于物体温差探测的红外热成像构成的双重智能识别系统,可以有效的解决单一智能识别系统存在的缺点,可以极大的提高湿地公园林火的智能识别能力,从而达到全年全天候的高效智能预警系统。
  6、智能烟火识别处理器
公司具有自主创新开发的前置嵌入式烟火识别系统来解决智能火灾预警监测系统的要求。考虑到野外环境,已将烟火识别系统嵌入到基站控制系统内。
烟火识别系统具有:
  基于可编程摄像技术的烟火智能识别方法,支持根据不同湿地公园实际环境进行调整的需要;
  采用前置嵌入式烟火智能识别技术,支持快速发现快速报警的需要;
  基于视频图像分析技术的湿地公园烟火智能处理技术;
  在夜间能有效避免环境路灯、车灯等干扰,有效地识别火点,有效避免误报的发生;
  具有火点二次判别机制,有效降低误报;
  一旦判断监视区域图像上具有疑似火点,自动触发报警;
  灵敏度:烟火在视频图像中的靶面面积为 10*10 像素即可识别;
  处理器内含图像去抖动功能;
  7、红外热成像模块
  采用红外热成像设备,配合带预置位的高清重型数字可控云台,系统可实现以下防火预警功能:
  手动或自动开启红外热成像设备,对区域进行扫描、图像采集和温度数据分析,实时进行温度搜索,实时显示当前视场的高点温度,一旦达到火点温度或设定温度,系统通过自动报警接口向后端发送防火预警信号;
  可将采集到的红外图像存储下来,送入数据库,在数据库管理系统的支持下分析比较,利用设定的判断依据,确定是否发出防火预警信号。
  采用的基于视频图像分析的智能烟火识别+红外热成像智能识别双重识别系统可以大幅提供防火预警效果,利用远程视频监控图像智能识别结合红外热成像对湿地公园的温度测量的双重判断,可以大幅提供防火预警的准确性,在天气条件较好的情况下充分利用可见光烟火智能识别、红外热成像物理判断的双重识别判定,在天气条件较差的情况下充分利用热成像物理判断,可确保这套防火预警系统能够全年全天候的正常防火预警工作。还可以在监控指挥中心借助可见光远程 监控视频图像观测前端湿地公园报警点的现场情况。
  二、基站控制系统
  由于前端长焦视频设备都工作在野外,前端长焦视频涉及到烟火识别系统、防盗报警的数字报警主机、逆变器、控制电路、编码器、交换机等设备,针对野外恶劣的气候条件,这些电子设备都无法正常工作在野外的环境,只有采用一体化设计的集成控制设备,将前端长焦视频的智能监控设备集成到一个恒温控制防水箱内,才能保证野外火灾预警智能监控系统长时间稳定可靠运行。
基于火灾预警智能化监控的特点,我们采用:基站控制系统采用一体化集成电路设计,集成烟火识别系统、防盗报警的数字报警主机、逆变器、控制电路、编码器、交换机等火灾预警前端长焦视频全部控制系统。
  三、视频传输网络设计
  
  1、网络传输协议要求
  联网系统网络层应支持IP协议,传输层应支持TCP和UDP协议。
  2、媒体传输协议要求
  视音频流在基于IP的网络上传输时应支持RTP/RTCP协议;视音频流的数据封装格式应符合GB/T 28181-2011标准要求。
  3、信息传输延迟时间
  当信息(包括视音频信息、控制信息及报警信息等)经由IP网络传输时,端到端的信息延迟时间(包括发送端信息采集、编码、网络传输、信息接收端解码、显示等过程所经历的时间)应满足下列要求:
  1)前端设备与信号直接接入的监控中心相应设备间端到端的信息延迟时间应不大于2s;
  2)前端设备与用户终端设备间端到端的信息延迟时间应不大于4s。
  网络带宽需求
  结合项目实际需求,视频传输专网网络带宽设计应能满足前端设备接入、监控中心互联、用户终端接入监控中心的带宽要求,并留有余量:
  1、视频监控前端接入线路满足视频监控前端数据传输需求,同时考虑到网络传输过程中的开销,建议300万像素高清网络摄像机,至少提供10Mbps以上的接入带宽;
  2、中心网络设备满足服务器、存储设备接入带宽需求,传输带宽至少达到千兆以上;
  网络质量要求
  联网系统IP网络的传输质量(如传输时延、包丢失率、包误差率、虚假包率等)应符合如下要求:
  1、网络时延上限值为400ms;
  2、时延抖动上限值为50ms;
  3、丢包率上限值为1×10-3;
  4、包误差率上限值为1×10-4。
  4、网络传输设备选型和光纤使用要求
  核心交换机承载能力按预留50%以上,采取双机热备的形式进行搭建。核心交换机使用的华为S7700产品,2个端口做链路聚合连接到OLT,共接入摄像机321路,卡口设备37路,共计视频图像358路。考虑到网络传输过程及其他应用的开销,链路的可用带宽理论上为链路带宽的80%左右,为保障视频图像的高质量传输,带宽使用时建议采用轻载设计,轻载带宽上限控制在链路带宽的50%以内。
  1)核心交换机到接入交换机的网络采用光纤传输,带宽建议达到千兆;
  2)OLT到交核心换机之间的带宽需达到千兆;
  2端口接入视频计算公式:1000×0.8÷4×2=417路。
  总承载能力计算公式:1000×0.5÷4×48=3000路。
  以上的计算为流媒体转发方式,如采用视频直接调取的方式,总承载能量将减半。
  传输网络主要作用是接入各类监控资源,为中心管理平台的各项应用提供基础保障,更好地服务客户。传输网络结构如下图所示:
  网线直接接入:当前端IPC距离交换机小于100m时,可采用以太网线直接将前端IPC接入交换机。
  光纤接入:当前端IPC距离交换机大于100m时,可采用一对光纤收发器实现点对点接入或者采用PON实现点对多点接入。
  5、网络整体架构设计
  视频监控传输网络建设的目的是将各子系统集中联网并形成统一的网络,网络整体架构采用星形,其特点是易于扩展、故障隔离较容易、控制简单、网络维护方便。
  1)前端视频资源接入
  前端摄像机和卡口视频资源通过网络接入监控中心。
  2)数据中心网络
  本项目中的监控中心需要部署管理平台,前端所有的数据信息将在此处汇聚并对相应的数据进行存储。
  因此监控中心将会部署大量的服务器和存储设备,考虑到服务器及存储设备对网络接入的需求(稳定性、可靠性、网络带宽方面),数据中心网络将部署两台核心交换机组成集群交换机系统,为中心管理平台的统一接入提供基础保障,以便能够更好的服务于各项业务应用。
  四、火灾预警平台功能介绍
  火灾预警监控管理平台是实现对火灾预警视频监控系统的视频图像进行实时监控、保存处理,以及控制和管理前端基站设备的重要核心系统,通过视频监控管理平台配合前端烟火识别系统在发现疑似烟火后实现后端监控管理中心自动报警功能,由于监控管理平台系统支持联网功能,所以系统具有可以与上、下级单位的系统联网的功能,实现统一的视频监控管理平台。
  监控指挥中心是整个火灾预警视频监控系统的处理中心,所有前端的视频监控图像、报警信息、监控前端长焦的远程控制、输出展示等均在后端监控管理中心完成。
  监控中心设置在县级指挥中心,具有显示、控制、火点定位、烟火识别报警等功能。
  后端监控管理中心主要包括:视频监控管理平台软件、以及支撑软件系统的硬件服务器、监控管理 PC 机、报警相关的软硬件、显示系统及相关控制器、控制台等构成。及同时显示画面数量的控制,对于可控摄像机的旋转、预置、变焦等功能,使用视频监控平台里的云台控制模块来实现。
  火灾预警视频监控管理平台是实现对前端长焦视频监控视频图像进行实时监控、保存处理,以及控制和管理前端长焦视频设备的重要核心系统,通过视频监控管理平台配合前端烟火识别系统在发现疑似烟火后实现后端监控管理中心自动报警功能,由于监控管理平台系统支持联网功能,所以系统具有可以与上、下级单位的系统联网的功能,实现统一的视频监控管理平台。
  火灾预警视频监控管理平台主要包括:联网监控管理软件、服务器以及其它功能附件等构成。
  基于以上分析,视频监控管理平台配置如下:
  火灾预警视频监控管理平台软件采用:管理模块、代理服务模块、流媒体服务模块、电视墙管理模块、远程管理模块、报警管理模块、存储服务模块、客户端管理
  采用的网络数字监控系统具有以下功能:软件平台由联网监控管理系统软件、辅助决策及应急指挥系统软件以及其它控制软件等组成。
  联网监控管理平台是一套视频监控的解决方案,系统包含:管理模块、代理服务模块、流媒体服务模块、电视墙管理模块、远程管理模块、报警管理模块、存储服务模块、客户端管理。具有以下主要功能:
  多层级、多元式联网监控视频监控管理平台将不同地区、不同环境的湿地公园监控设备有效整合,实现分布式监控,集中式管理。
  管理权限层级分明,具有多层次、管理,建立视频监控、报警联动。
  集成报警联动系统设计采用基于视频分析技术的烟感智能预警技术,前端智能监测点设计防盗报警装置,当湿地公园出现疑似火情或防盗警情,系统在作出响应并报警,报警发生时,将当前浏览窗口自动切换成报警画面。支持报警信息的接收,同时具备声音,图像,文字的提示,并要随机生成报警日志,有报警自动恢复功能;报警类别,可能包括为火情报警、防盗报警、设备故障以及其它类型的报警信息等;当发生报警时,可自动在屏幕上显示报警类型。报警信息应该和录像数据相结合,可由报警信息检索回放相应的图像录像。
  林业行业的远程联网监控管理系统区别于其它行业的联网监控系统的特点之一是丰富的产品兼容性,在林业系统的视频控体系中,所采用的监控设备和辅助设备,考虑它们的兼容性和扩展性,避免出现设备不兼容的情况,采用的设备或系统应为系统的扩展升级预留接口。
  监控管理平台软件。根据多级联网监控需要管理和使用海量的监控资源,结合行政管理架构的特点,将海量的监控资源划归各监控中心管理,各监控中心按行政管理架构多级级联形成倒置树状结构。从功能上可以将系统分解为下图结构:一级监控中心,二级监控中心,三级监控中心,内部用户,社会用户群体,外部监控资源及内部监控资源。其中监控中心是管理平台,用户为服务对象。
  四、防雷等电位系统
  机房精密设备,由于内部结构的高度集成化,从而造成设备耐过电压,耐过电流的水平下降,对电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压)浪涌的承受能力下降。感应雷侵入机房系统的途径主要有三个方面:交流电源380V、220V电源线引入;信号传输通道引入;地电位反击等。
  1)、电源系统保护
  电源防雷器并联安装于线路上,当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时,防雷器在纳秒内导通,将脉冲电压短路于地泄放,后又恢复为高阻状态,从而不影响用户设备的供电。
  电源系统实行二级防雷防过压保护,配置如下:
  一级防雷保护:在机房UPS输出配电柜前端加二级防雷器。由于电子设备的高速、高密,微小的过电压和浪涌电压以及线路的二次感应,都会引起脆弱的电路损坏。能在≤25ns的响应时间内吸收达40KA的峰值电流,从而致使雷电流进一步减小。按实际情况我们在UPS输出配电柜加装二级电源防雷器,其前端加装32A空气开关。其接地线接至共用接地排(PAS)。
  二级防雷保护:在机房内重要设备前端加装三级插座型防雷器,从而达到精细保护的目的。
  2)、接地系统
  接地系统是防雷接地的重要组成部分,他不仅直接影响通信设备的通信质量和电源系统的正常运行,还起到保护人身安全和设备安全的作用。本工程按一级防雷建筑考虑,弱电系统与大楼其它电气系统共用一个联合接地体,其接地电阻不大于1欧姆。
  中心机房设置局部等电位均压带和等电位接地网,所有设备均与接地线连接。但为提高可靠性,将保护接地、工作接地与防雷器接地的引入线分开,各自单独接至接地体,防雷器通过防雷接地引入母线泄放浪涌电流,安全保护、直流工作接地另一引入母线。等电位均压带采用规格为30×0.5mm 的铜带以网格方式敷设。机房设备通过设备地线、屏蔽接地线等与均压带连接,同时将等电位均匀带与独立接地体相连,使机房所有设备处于等电位状态。


©2020 内蒙古东升科技发展有限公司 版权所有   电话:0477-8506262    手机:18504875188     18004771133
地址:鄂尔多斯市东胜区杭锦北路凤凰城B座写字楼23层2307   蒙ICP备2020004539号-1