红外热成像网络智能监控预警系统在森林防火中的应用及方案设计
一、前言：
随着现代高新技术在安防行业的不断应用，数字视频和智能识别技术的日趋成熟，互联网宽带技术及传感技术的发展，安防监控技术已由传统的模拟走向数字化、网络化、智能化和高度集成化，这一切都显示了人们**防范意识的提高。目前，大多数视频监控都采用可见光摄像机实现，但是采用可见光摄像机的监控系统对于夜间远距离或恶劣天气下的**防范总显得力不从心。而红外热像仪作为一种先进的高科技设备，由于它有着利用温度差来成像的无可替代优势，已在远距离**防范、森林防火等方面发挥着日趋巨大的作用。
二、红外热成像原理及成像技术：
我们知道，在自然界中一切温度高于**零度(-273.16摄氏度)的物体无论在什么环境下都在不断地辐射着红外线，这种现象我们称为红外热辐射。红外线具有两个重要的特性：(1)物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关，物体的温度越高，红外热辐射的能量越大。(2) 大气、烟云等会吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。 红外热像仪是以感知物体表面温度而成像的，利用红外线这两个重要特性，红外热像仪可以在完全无光的情况下清晰地观察到所需监控的目标，所以红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。
红外热像仪就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的热红外辐射信号，探测仪器通过测量目标本身和背景间的红外辐射差（温度差）得到不同热红外线形成的红外热图像。红外热图像和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是被测物体表面温度分布图像。因此，红外热像仪能在完全无光、距离较远等情况下对物体成像，它不仅可在黑暗中观测，而且可以在浓厚的烟幕、云雾等恶劣气候条件下探测到目标。
三、森林防火监控领域的现状与发展趋势：
随着我国造林事业的不断发展，林业面积、林业蓄积不断的增加，做好森林防火工作是保护现有森林资源加快林业发展的前提和基础。森林火灾是林业的重要灾害之一，具有突发性、随机性、短时间内能造成巨大损失的特点，一旦有火警发生，必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，大都取决于对林火行为的发现是否及时。因此，采用先进技术，用高科技手段来加强森林防火工作，在*短的时间内作出决策和调度，从而为森林灭火赢得宝贵时间，*大限度地减少损失是森林防火管理发展的必然趋势。
现代高新技术的应用发展使得森林防火也开始实现数字化和网络化的监控管理。目前，国内许多省市林业部门都开始着手建立基于有线或无线远程视频监控的森林防火监控系统。现有的视频监控系统主要由数字网络远程监控系统组成，包括一个监控管理指挥中心和多个远程监控点，这种通过数字网络形成的视频监控系统对比过去人工监控有了很大进步。
四、现阶段森林防火监控所采用的主要手段及其优缺点
1、 瞭望塔人工瞭望
人工瞭望是*常规的监控手段，但他存在着夜间与雾天不能观测的缺陷，同时也存在着人为失误这一不可预估因素，其可能造成的损失是*大的，这是一种局限性和不稳定性*大的监控方式。
2、 CCD视频监控
采用CCD视频监控，一般只有白天才能发挥其应有的作用，晚上和浓雾笼罩的时间里，CCD的监控将失去作用。这样的监控方式虽然可代替人工，但它的局限性也是显而易见的。同时CCD监控报警还存在着响应时间长的缺憾，在森林监控过程中，CCD监控必须看见明火才可能触发报警，而且报警信息可能是在林火燃烧已经很大时才被发现，容易错失*佳的救火时机。
3、 激光夜视视频监控
激光夜视监控，完善了CCD监控不能夜间观测的问题，但它夜间观测由于是靠激光照明，激光照明虽然照射距离远，但照射范围却很窄，容易造成漏测，不利于远距离大面积监控。除此之外，激光夜视监控的其它弊端和CCD监控是一样的。
以上的监控方式都会导致整个监控系统在预警性和实用性能上的降低。
4、红外热成像监控系统——森林防火监控领域的*佳方案
红外热成像监控系统结合现代化的网络传输技术，可实现信息的实时监控和远程传递，打破环境，区域和距离的限制，真正实现远程实时的信息资源和后期软件智能识别分析的同步共享，达到了高效保障人们的生命和财产**目的。使用红外热成像监控技术的优势还体现在以下方面：
首先，红外热像仪的成像原理是靠温度差来成像的，只要被测物体有0.06—0.08度的温度差，红外热成像监控系统就可把它区分出来并成像直观显示，这一特性正好满足了森林防火监控需要观测林区上空的细微温度变化需求。
其次，使用红外热成像监控系统可以真正实现全天候监控，特别是夜晚其观测效果与白天一样甚至更好。
再次，红外热成像监控系统同样可以实现CCD监控的报警、传输手段（网络或无线传输），而且发现火警时间要比其它监控手段提早很多，红外热像监控可以在林火还在地面燃烧时就被及时发现，不必肉眼看到再报警，因为林火还在地面燃烧时所产生的热量，足以改变林区上方的温度平衡状态，这点温度变化红外热成像监控系统是能够即使发现并报警的。
*后，在有雾的天气里，红外热成像监控系统能穿透浓雾，清晰成像。这一优势远比普通的CCD监控更为突出，特别适用于山林的重点防火区域监控。
以往红外热成像监控系统存在的不足。红外热像仪是靠温度的变化来实现成像与报警的，但由于红外热像监控温度变化与观测距离，日夜温差，春夏秋冬的季节变化有着密切的关系，所以在设定报警温度值时很难找到一个固定不变的常态参数，以适应上述变化的报警需要。
广州赛默信息科技有限公司经过多年摸索与攻关，研发出一种专门数学模型的模糊算法，其报警参数可以跟随上述环境变化的因素而自动调整，达到不同距离、不同时间、不同季节都能自动报警的目的。
五、Thermo红外监控系统在森林防火应用优势
红外热像仪以其“透烟透雾，日夜两用”，对温度场敏感等先进的特性越来越引起相关业界人士的关注。其在安防监控、变电站监控等领域的应用逐渐普及，并被人们所认可。而反观森林防火监控的红外热成像技术的应用，则极少人熟悉。究其原因，主要有以下方面：1、森林防火监控的距离远，地域辽阔，对红外监控产品的技术要求极高，由于距离远可能产生的温度检测误差是不可避免的，这也是人们担心的因素之一。2、监控的报警参考数值一般会受季节及昼夜的温度变化而难以随机设定，这就对红外热像监控产品能在不同季节准确地显示温度，并**报警产生难度，对于一般的红外监控软件是难以实现的，它只能像CCD监控一样看到火了再报警，人们很难确定一种方法去实现多变环境因素下的**报警。
广州赛默信息科技有限公司针对以上情况，专门组织技术研发团队攻关，开发出一种**的数学模型模糊计算法。这一算法能针对不同的环境参考温度去自动修订温度报警值，报警值能随季节温度变化不同而随机变化，以确保监控系统的报警**度。
Thermo红外热成像网络智能监控系统采用当今*先进的计算机压缩技术和网络传输技术开发而成，仅用一根网线将监控探头形成的多路CCD图像和红外热图像传输应用于森林防火监控中，能实现与原森林监控系统的相互补充，提高火焰的检测成功率和森林防火的预警能力。
当森林火灾初发时，火焰产生的烟雾很大，往往遮盖了真正的着火点以及火灾的蔓延趋势。因红外热像仪本身具有很强的穿透烟雾的能力，故可有效地发现被监控范围内真正的着火点和火灾蔓延趋势，特别是在着火初期，火在树林下面燃烧，其燃烧所产生的热量往上升，会在树林上部形成相对高温区域，由于红外热像仪是靠温度差来成像，被观测目标只要有0.08度的温度差就能分辨并成像，所以哪怕是在森林火灾发生的初期，红外热像仪也能及时准确的扑捉到着火点上方的相对高温区域，及时发现火灾隐情，及时自动报警，为火灾尽早扑救赢得时间。在救火过程中森林火灾在地面火被扑灭的情况下，地下往往还存在地下火，因此，经常会死灰复燃，红外热成像监控系统通过在远方监控火灾后森林表面的温度，可及时发现地表温度的异常，确定地下火可能存在的地点和蔓延方向趋势，能使森林火灾快速地被消灭在萌芽阶段。由此可见“Thermo红外热成像网络智能监控预警系统”在森林火灾预警监控中有着独特的优势和不可替代的作用。
六、解决方案设计：
方案一、网络实时监控智能预警系统（重点推荐）
本方案可以网线连接，也可以介入无线路桥系统与主控室连接
本方案是针对森林防火等远距离温度监控目标而研发出的新一代红外热成像网络实时监控系统，该系统除具备红外热成像的基本测温报警功能外，还采用了*新的互联网传输技术，使每个红外热像监控头都配有一个IP地址，通过互联网就可实现对监控区域的控制与参数设定，可实现不同地域，任意地点，多监控头（1—300个监控头）的远距离实时监控，同屏幕报警显示。系统采用模糊算法自动测温报警，报警准确迅速，可实现不同距离、不同时间、不同季节都能自动报警的目的，同时还可在监控屏幕上书写监控区域名称与应急扑救预案编号，便于发现火情时迅速查找行动预案。本系统可靠性高，报警迅速，是森林防火联网监控系统的理想工具。
系统组成：
前端设备：前端设备由红外热成像网络监控头和云台组成。
网络传输：对有条件的地方可采用网络光纤传输，条件恶劣的地方可采用接入无线网桥系统传输。
林火监控中心：林火监控中心由中心服务器、显示终端、软件平台构成，可向指挥调度人员提供**的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像，并可实现火情自动报警。
系统特点：
1、红外热成像IP网络监控头，世界任何地点都可通过互联网访问该监控点；
2、采用了*新研制出的模糊算法，大大提高了系统的报警灵活性与准确性；
3、林区温度分布自动识别，可随意设定报警温度数值发现超温火情自动报警；
4、可对监视图像进行实时录像、抓拍、存储、回放、进行分析处理；
5、前端和监控中心具有语音对讲功能。前端的智能图象处理单元可提供音频接口，用户在前端能方便地呼叫监控中心，中心端可做语音广播；
6、可任意在每个监控屏幕上书写监控区域名称或应急预案代码，发现火情便于准确及时的启动防火预案。
7、当架设布线困难时，可采用太阳能方式进行供电。太阳能设备包括：太阳能光电池、控制器、蓄电池和逆变器。
系统连接图片：
系统可实现方案：
“Thermo红外热成像网络监控智能预警系统”可实现以下三种监控模式：
1. 林区监控（适合单个林区使用）：监控人员通过监控计算机连接森林防火局域网或森林防火系统广域网来对林区的红外监测器进行24小时自动实时监测和控制。
2. 区域监控中心（适合地市局对所辖多个林区同时监控）：监控人员通过区域监控中心对森林红外防火监测器进行24小时监控。区域监控中心主要由监控服务器、监控数据库、海量数据存储设备、监控计算机等组成。一个区域监控中心可同时对多个林区的红外监测器进行实时监控（注：一个监控中心可监控林区的个数取决于森林防火系统广域网络的带宽）。
3. 广域监控（适合省、网局对下级辖区内林业监控系统运行设备**状态进行监控和管理）：监控人员通过互联网对林区进行24小时监控。监控计算机可通过互联网与选定的区域监控中心连接，实现对选定的林区进行实时监控。监控中心可通过互联网或电信网以图像、短信、电子邮件等形式向监控人员提供报警，向森林防火管理机构提供各种统计报告。
方案二：双通道网络实时监控系统
本方案的应用前提是必需通过有线网络与主控室连接
广州赛默信息科技有限公司研制开发的双通道网络智能监控预警系统，主要由前端监控头、网络传输、计算机分析报警等部分组成。系统采用了先进的计算机压缩技术与网络传输技术，只需通过RJ45标准以太网通讯接口，仅用一根网线就解决了多路红外热像与CCD图像的数字化实时传输和图像融合等问题，实现对监控林区内所有目标进行全方位实时监控，系统一旦检测到火灾隐患，则立刻显示报警信号，并能为监控指挥中心提供准确的时间、地点、灾情情况及详细的图像信息，以便指挥中心及时做出响应决策。
Thermo网络智能监控预警系统除可单独构成一个监控系统外，也可并入用户已有的在线检测系统、CCD图像监控系统、防盗防火报警系统中，考虑到用户旧有系统可能存在的一些问题，我们还开发出配套图像处理和温度数据分析处理软件系统。针对专业用户我们还可提供支持多种软件开发语言（如：C，C++，C#，VB，Power Builder，Java等)的红外热图像分析和处理软件开发包（SDK），向用户提供了软件二次开发环境。
系统组成：
主机：双通路全天候监控头（含高性能红外热像仪和CCD摄像机）。
云台：室外全方位监控专用云台。
软件：具有配套的红外图像处理、记录与报警软件：① 可以自行设定分析和采集功能；② 可以实现多条件组合报警管理功能，并给出声、光报警信号；③ 可以设定触发条件，自动/手动对红外图像进行拍摄和回播；④ 可以对所录制的图像进行后期分析；⑤ 可以方便地检索、查找录像及报警记录；⑥可自动生成图像处理分析报告。
系统特点：
1、监控预警系统由计算机网络构成，具备一线通特点，可以通过RJ45标准以太网通讯接口实时传输包含全部温度数据的红外视频信号(384×288点阵，16位数据，每秒25帧以上)，从而大大地降低安装费用；
2、监控预警系统提供了可视和红外图像混合监视和融合功能；提高火灾隐患的定位率；
3、红外热图和可视光图是以数字格式实时地传输，提高了监测的精度并可对传输的红外热图像离线再分析提供了可靠依据；
4、实时多通道或多种检测器进行混合监视功能；
5、可对监视图像进行实时录像、抓拍、存储、回放、实时进行分析处理；
6、自动火灾检测报警，火警报告自动生成功能，可对温度变化或趋势进行分析；
7、系统具有火灾自检、报警、自恢复，提高系统的可靠性和可维护性。
系统可实现方案：
“Thermo红外热成像网络监控智能预警系统”可实现以下三种监控模式：
1、 林区监控（适合单个林区使用）：监控人员通过监控计算机连接森林防火局域网或森林防火系统广域网来对林区的红外监测器进行24小时自动实时监测和控制。
2、 区域监控中心（适合地市局对所辖多个林区同时监控）：监控人员通过区域监控中心对森林红外防火监测器进行24小时监控。区域监控中心主要由监控服务器、监控数据库、海量数据存储设备、监控计算机等组成。一个区域监控中心可同时对多个林区的红外监测器进行实时监控（注：一个监控中心可监控林区的个数取决于森林防火系统广域网络的带宽）。
3、 广域监控（适合省、网局对下级辖区内林业监控系统运行设备**状态进行监控和管理）：监控人员通过互联网对林区进行24小时监控。监控计算机可通过互联网与选定的区域监控中心连接，实现对选定的林区进行实时监控。监控中心可通过互联网或电信网以图像、短信、电子邮件等形式向监控人员提供报警，向森林防火管理机构提供各种统计报告。
产品图片及系统拓扑图：
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