森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探索

李映廷

摘要：指出了森林火災(zāi)一直是森林當(dāng)中一個(gè)較為嚴(yán)重的隱患，居高不下的發(fā)生率是世界上擁有大面積森林面積的國(guó)家都需要面對(duì)的問題，分析了針對(duì)森林遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究的必要性，闡述了其監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，探討了森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中其他設(shè)備的支持技術(shù)。

關(guān)鍵詞：森林防火；視頻系統(tǒng)；技術(shù)探究

中圖分類號(hào)：S762.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1674-9944（2017）13-0189-02

1 引言

由于森林火災(zāi)的發(fā)生具有隨機(jī)性和突然性的特點(diǎn)，在破壞性方面又十分強(qiáng)大，因此對(duì)森林防火以及森林火災(zāi)的早期預(yù)警就顯得十分重要。森林火災(zāi)，在規(guī)模和擴(kuò)大速度方面是難以利用人工的方式進(jìn)行控制的，因此一旦發(fā)生森林火災(zāi)，后果都會(huì)非常嚴(yán)重，除了對(duì)森林當(dāng)中樹木等各種資源造成破壞，對(duì)野生動(dòng)物的棲息場(chǎng)所和安全造成影響外，對(duì)人類社會(huì)的影響也十分巨大。大面積的火災(zāi)造成森林面積減小，對(duì)其下部地表水土的保持能力也會(huì)減弱，從而造成水土流失等更加深遠(yuǎn)的影響。

2 對(duì)森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控進(jìn)行研究的重要性

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代森林火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警，借助圖像本身攜帶的大量信息，對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行有效的預(yù)警，在沒有災(zāi)情發(fā)生時(shí)，也能夠?qū)ι謱?shí)施動(dòng)態(tài)的檢測(cè)，并及時(shí)對(duì)信息進(jìn)行記錄，對(duì)森林進(jìn)行全面的控制以減少森林火災(zāi)發(fā)生的幾率和安防人員的反應(yīng)時(shí)間。

我國(guó)早期的森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)工作主要采用地面巡邏的方式來進(jìn)行，而這種方式使用時(shí)會(huì)受到人力和技術(shù)層面的限制而無法全面進(jìn)行，在進(jìn)行地面巡邏時(shí)還會(huì)形成較大的運(yùn)營(yíng)成本，由于種種原因，導(dǎo)致在對(duì)森林進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)控的過程當(dāng)中，出現(xiàn)了以視頻監(jiān)控的方式作為地面巡邏的補(bǔ)充。在視頻監(jiān)控方式的應(yīng)用當(dāng)中，也受到4個(gè)方面的限制：第一是由于視頻應(yīng)用過程中由于偏遠(yuǎn)山區(qū)或林區(qū)里無法對(duì)基本的生活需求進(jìn)行滿足，瞭望臺(tái)即便進(jìn)行建立也不能進(jìn)行充分地使用；第二是森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)很大程度上要收到地形和地貌的限制，一些關(guān)于森林火災(zāi)的數(shù)據(jù)不能被準(zhǔn)確分析；第三是這種監(jiān)測(cè)受到的影響過于復(fù)雜，雷電天氣、陰雨天氣都不能利用瞭望臺(tái)進(jìn)行測(cè)量；最后是天文臺(tái)式的監(jiān)測(cè)方法由于過于依靠人員的經(jīng)驗(yàn)，無法準(zhǔn)確對(duì)森林火災(zāi)情況進(jìn)行精確判斷，而且瞭望人員也常常會(huì)受到環(huán)境、氣候、動(dòng)物甚至森林蚊蟲傳染病等方面的威脅無法完成對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)工作。

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)在視頻和監(jiān)控方面的不斷創(chuàng)新，對(duì)于森林火災(zāi)的預(yù)防監(jiān)控手段也不斷隨著科技的進(jìn)步而完善，其中就包括了定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、航天巡護(hù)甚至是基于衛(wèi)星技術(shù)的及時(shí)檢測(cè)技術(shù)。新技術(shù)的發(fā)展無疑給森林防火工作帶來了新的契機(jī)，為了更好地應(yīng)用這些新技術(shù)投入到森林防火技術(shù)當(dāng)中，森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生，將各種視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，從而在人力、物力等資源方面進(jìn)行有效節(jié)約，并提高對(duì)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)防的能力，結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)更加有效地控制森林火災(zāi)的發(fā)生，這也是現(xiàn)代對(duì)森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究的一個(gè)主要原因。

3 森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)

森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成部分較為簡(jiǎn)單，包括在系統(tǒng)當(dāng)中包含森林防火工作中發(fā)揮出指揮功能的監(jiān)控中心以及其傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)；前端設(shè)置的采集點(diǎn)實(shí)施監(jiān)控的多樣設(shè)備兩部分組成，通過利用雙通道智能分析系統(tǒng)在全天候的工作時(shí)長(zhǎng)內(nèi)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，對(duì)火災(zāi)早期預(yù)警以及火源火勢(shì)的報(bào)警進(jìn)行有效實(shí)現(xiàn)，此外還根據(jù)智能預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)疑似火源的報(bào)警，在防火人員進(jìn)行工作時(shí)提供較為可靠的高質(zhì)量紅外圖像和現(xiàn)場(chǎng)畫面。并且利用紅外技術(shù)在火源等區(qū)域當(dāng)中溫度監(jiān)控方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)一些高危地帶的溫度實(shí)施全天候控制，之后智能分析系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行系統(tǒng)分析，判斷出現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備通常是設(shè)置在森林瞭望塔制高點(diǎn)上的，除了普通可見光的視頻監(jiān)控設(shè)備，還包括有紅外線監(jiān)測(cè)設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火災(zāi)的多項(xiàng)監(jiān)控方式的建立。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成，而攝像部分則是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成，而在攝像部分當(dāng)中，除了有常見的攝像頭、攝像機(jī)之外，建設(shè)云臺(tái)和使用防護(hù)罩也是重要的部分，此外系統(tǒng)中還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用相應(yīng)的報(bào)警探測(cè)器以及譯碼器等工具幫助視頻正確傳輸和轉(zhuǎn)錄。通過不同的傳播介質(zhì)將視頻的攝像部分與控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的連接，構(gòu)成視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2.1 攝像機(jī)

攝像機(jī)是這個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)較為前端的設(shè)備之一，而攝像機(jī)的主要工作方式是通過圖像傳感器對(duì)監(jiān)控環(huán)境下所對(duì)應(yīng)的圖像進(jìn)行有效獲取，并進(jìn)行記錄和傳遞。除此之外，還需要同步信號(hào)生成電路來配合攝像機(jī)的工作，產(chǎn)生圖像并存儲(chǔ)或傳輸圖像信息。攝像機(jī)通常分為彩色和黑白兩種，黑白攝像機(jī)在分辨率上更有優(yōu)勢(shì)而且能夠兼具紅外成像的功能，因此在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛。而彩色攝像機(jī)雖然能夠在白天進(jìn)行很好的圖像監(jiān)控，但是在夜晚就無法發(fā)揮出應(yīng)有的作用，因此采用的數(shù)量與黑白攝像機(jī)有所差距。

3.2.2 鏡頭

鏡頭也是攝像部分一個(gè)重要的組成，同時(shí)也是整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實(shí)際操作中，鏡頭一般是與CCD攝像機(jī)配合使用，在多場(chǎng)合、多視角、多視距下形成全方位監(jiān)控。而在利用鏡頭進(jìn)行拍攝的過程中，也會(huì)因?yàn)楸O(jiān)控空間和攝影的方向等原因出現(xiàn)監(jiān)控死角或盲區(qū)，這時(shí)就需要在視角方面進(jìn)行控制，避免攝像盲區(qū)的出現(xiàn)，以此提高鏡頭乃至攝像系統(tǒng)在森林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中效果的發(fā)揮，也使監(jiān)控區(qū)域得以有效擴(kuò)大。

3.2.3 云臺(tái)與防護(hù)罩

云臺(tái)是攝像第底部幫助攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拍攝的主要設(shè)備，云臺(tái)方面的輔助也能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝角度的多方位調(diào)節(jié)。通過云臺(tái)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是全方位的，在垂直或水平方向都能夠?qū)崿F(xiàn)。而云臺(tái)也分為室內(nèi)和室外兩種，室內(nèi)用云臺(tái)相對(duì)較小，也不需要防水等措施，而室外的云臺(tái)在承重和規(guī)格上通常會(huì)較室內(nèi)的云臺(tái)大，而且由于室外環(huán)境復(fù)雜，也會(huì)有一些防護(hù)措施作為保護(hù)，一些高端的云臺(tái)也會(huì)應(yīng)用防護(hù)罩作為對(duì)云臺(tái)和攝像設(shè)備的保護(hù)設(shè)施。

3.3 傳輸技術(shù)

傳輸技術(shù)一般是針對(duì)視頻信號(hào)和控制中心控制指令的發(fā)布來構(gòu)建的，而在信號(hào)的傳輸當(dāng)中，根據(jù)傳播途徑的不同也分為有線傳輸和無線傳輸兩種。其中有線傳輸重要利用電纜（或光纜）對(duì)型號(hào)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的傳輸，而另一種則是通過微波或高頻傳輸?shù)仁侄螌?shí)現(xiàn)的無線傳輸。在深林防火遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)過程中，由于山區(qū)面積較大，也導(dǎo)致了不同瞭望點(diǎn)之前存在著較遠(yuǎn)的距離，加上有些路徑還較為陡峭，不利于線路的布設(shè)，因此比較適合應(yīng)用無線傳輸方式，而在林區(qū)檢查站等站點(diǎn)，由于視頻監(jiān)控的設(shè)備之間較為密集而且站點(diǎn)之中人員設(shè)備實(shí)施力度較大，因此在其中應(yīng)用更加穩(wěn)定的傳輸也較為重要。

3.4 控制系統(tǒng)

控制部分的影響在視頻監(jiān)管控制系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，一路輸入可以多路輸出信號(hào)的切換控制器和非單一畫面切割控制器組成了往的控制部分而隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，微處理器從性能到速度都已經(jīng)有了質(zhì)的改變，單片機(jī)的性能也有了増強(qiáng)，再加上多媒體技術(shù)的應(yīng)用，都為系統(tǒng)按制設(shè)備的改造升級(jí)提供了技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)從功能到結(jié)構(gòu)的全方位變化。并且伴隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的更新發(fā)展，此為基礎(chǔ)的視頻矩陣的實(shí)現(xiàn)也不是遙不可及的事請(qǐng)，并且數(shù)字視頻矩陣必將成為可預(yù)見的新的發(fā)展趨勢(shì)。

4 系統(tǒng)當(dāng)中其他設(shè)備支持

4.1 解碼器

裝置在攝像機(jī)旁邊，類似于攝像機(jī)屬于視頻監(jiān)管控制系統(tǒng)中的前端裝備的裝置就是解碼器。解碼器通過控制電纜與云臺(tái)及攝像鏡頭連接在一起，同時(shí)通過通信線與系統(tǒng)的中也主化進(jìn)行連接。解碼器上安裝有撥碼開關(guān)，通過該開關(guān)可進(jìn)行解碼器編號(hào)的設(shè)置，通常情況下解碼器的編號(hào)應(yīng)當(dāng)與其對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)編號(hào)保持一致，否則容易造成操作過程中的混亂。

4.2 紅外系統(tǒng)的部分

紅外熱像儀的結(jié)構(gòu)主要由紅外鏡頭、調(diào)焦凸輪、調(diào)焦鏡筒、微動(dòng)開關(guān)、調(diào)焦電機(jī)、角度傳感器、紅外探測(cè)器組成。調(diào)焦機(jī)構(gòu)的作用是在外界條件發(fā)生變化時(shí)，為系統(tǒng)提供補(bǔ)償，保證系統(tǒng)成像清晰。結(jié)構(gòu)配有微動(dòng)開關(guān)限位結(jié)構(gòu)，保證調(diào)焦過程中，使運(yùn)動(dòng)部件不會(huì)超化設(shè)計(jì)行程，一方面保護(hù)了結(jié)構(gòu)部件，另一方面還為操作提供便捷，使調(diào)焦耗時(shí)不至于過長(zhǎng)。探測(cè)器的連接采用法蘭式結(jié)構(gòu)。通過修磨調(diào)整墊的后都有尺寸，保證探測(cè)器的像面處于成像的最佳軸向位置。同時(shí)，該固定方式穩(wěn)定性極佳，具有較好的抗震動(dòng)沖擊性能。通常，調(diào)焦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部件需要有特殊的設(shè)計(jì)，最為常用的是大減速比行星直流減速電機(jī)。

5 結(jié)語

森林的防火技術(shù)，目前在世界范圍內(nèi)都得到了廣泛的關(guān)注，在一些科技較為發(fā)達(dá)的國(guó)家甚至能夠利用衛(wèi)星配合技術(shù)對(duì)森林情況進(jìn)行監(jiān)控，我國(guó)在此類技術(shù)當(dāng)中還需要加大投入才能得到充分地發(fā)展，以配合其他方面的工作起到保護(hù)森林資源的最終目的。

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