系統方案分析 

系統分析

“森林防火監控預警系統”項目由防火指揮中心（監控中心），傳輸系統，前端視頻采集系統、聯動報警系統、終端處理系統、視頻錄像存儲系統、防雷接地，野外供電等組成。前端視頻、報警、數據采集系統共計XXX個，各個前端視頻、音頻、數據采集系統包括：視像采集、報警采集、氣象數據采集、云臺控制及角度數據反饋系統、太陽能供電及防雷等。

系統軟件主要包括：操作系統軟件Microsoft Windows Server、數據庫軟件、地理信息系統（GIS）、網絡視頻管理錄像軟件、視頻存儲軟件、林火識別報警系統等組成，還包括一些二次開發軟件，如定位云臺定位信息與GIS嵌合模塊等。

“森林防火監控預警系統”引進國際上先進的防火技術，以國內價格水平提供國際品質的優質、穩定的森林防火監控預警系統。該系統是以森林火情監測為主，將GIS技術、納米波濾光技術、數字圖像處理技術等高新技術綜合應用于森林資源管理中的高科技產品。 

本系統在監控森林火情的同時，還可以對森林資源、生態環境、森林病蟲害及野生動物等進行有效監控。系統構成圖示如下： 

 

圖2-1系統構成圖

系統中每個前端采集站有獨立地址編碼，且每個前端采集站的坐標與地理信息系統中的位置一一對應，通過安裝在前端采集站的定位云臺巡回監控覆蓋區域的林區火情，一旦發現火情，GIS系統接收到特定地址編碼的定位云臺回傳的位置數據，即可實現火點定位功能。同時，啟動后臺的短信發布平臺第一時間通知防火相關領導和人員。系統還可以提供最近撲火隊前往火情點最短路徑以及通往現場的主要道路和通行能力，提供防火隔離帶的位置和阻火能力，以及趕赴火場的時間等重要信息，相關領導可以在監控中心進行遠程調度指揮。

系統以數字設備的監控方式，通過無線傳輸網絡將采集的信息、數據傳輸到防火監控指揮中心，利用GIS（地理信息系統）對發生的火情、火警區域實現定位，并實時做出分析判斷，確定撲救方案，將火險控制在萌芽狀態。同時對大量資料數據進行儲存、處理和分析，對今后的森林防火預防工作起到指導和參考決策價值。

獲取信息：利用建立分布在火災易發區不同至高點的野外信息采集站，獲取覆蓋范圍內的監控視頻圖像、環境信息，實現全天候不間斷監控；

動態監測：在數字化網絡平臺系統的支持下，將視頻圖像及其它信息實時、同步傳輸到防火監控中心，實現真實觀測林區的動態情況；

火災預警：如有火情，利用GIS地理信息系統，提調相關數據了解并掌握火場的基礎情況，實現準確定位，同時通過專業林業數據庫分析，得出一套切實可行的撲火方案，確定撲火的人、機、物力量的配置，得出撲救具體措施和最佳路線方案；

預報分析：參考林區物候、可燃物特性數據,利用專家數據庫模型進行綜合分析,預測出相應地區的森林火災等級數據。

“森林防火監控預警系統”避免了原始人工了望觀察火情的局限，實現了林區管理數字化、科學化，大大減少了林業部門的費用支出和管理成本，提高了林區企業的效應。該系統在監控森林火情的同時，還可以對森林資源、生態環境、森林病蟲害及野生動物和亂砍亂伐等林業活動進行有效監控。

1.1.1 前端采集系統 

1.1.1.1 視頻監控發展歷程

視頻監控系統的發展大致經歷了三個階段。

第一代模擬監控系統：在九十年代初以前，主要是以模擬設備為主的閉路電視監控系統，稱為第一代模擬監控系統。

第二代數字化本地視頻監控系統：九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術的發展，人們利用計算機的高速數據處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質量，這種基于PC機的多媒體主控臺系統稱為第二代數字化本地視頻監控系統。

第三代遠程網絡視頻監控系統：九十年代末，隨著網絡帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現，視頻監控步入了全數字化的網絡時代，稱為第三代遠程視頻監控系統。

第三代視頻監控系統以網絡為依托，以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色，引發了視頻監控行業的技術革命，受到了學術界、產業界和使用部門的高度重視。

1.1.1.2 視頻監控應用背景

數字視頻監控系統是以數字視頻處理技術為核心，綜合利用光電傳感器、計算機網絡、自動控制和人工智能等技術的一種新型監控系統。

在人類感官接受的各種信息中約有80%來自視覺。視頻、圖像是對客觀事物形象、生動的描述，是直觀而具體的信息表達形式，是人類最重要的信息載體。特別是在今天的信息社會，隨著網絡、通信和微電子技術的快速發展和人民物質生活水平的提高，視頻監控以其直觀、方便和內容豐富等特點，日益受到人們的青睞，監控產品也正經歷著從模擬化向數字化、網絡化的革命。

根據森林防火的需要，前端監控點必須具備360度全方位、24小時全天候監控的特點，因此選擇的設備必須符合森林防火的實際需求。

前端監控點的功能是采集視頻、音頻信號后，利用成熟的視頻、音頻處理技術，對視頻、音頻信號進行壓縮、分析、IP化處理，然后通過傳輸系統傳輸到監控中心。

前端視頻采集配置示意圖

“森林防火監控預警系統”項目建設的前端視頻采集部分主要完成視頻圖像的采集和對森林著火點的定位，每個前端采集站主要設備包括：定位云臺、低照度透霧攝像機、傳輸設備、智能太陽能供電系統、野外保溫箱等設備。

攝像機輸出的模擬視頻信號通過視頻線纜聯接到視頻編碼設備再通過以太網連至傳輸設備發送至中心控制室，通過傳輸設備可以傳輸多種需求的信號，為實現系統的音視頻信號、報警信號、定位云臺角度數據回傳、前端設備控制信號等傳輸提供了一個更為方便的平臺。

“森林防火監控預警系統”前端信號采集平臺采用CCD透霧攝像機（大倍數夜視鏡頭）+野外定位云臺+傳輸設備，由于該系統強大的數據處理和系統集成能力，可以實現在一個平臺上完成數字圖像監控采集、傳輸、防盜報警監控管理、遠程控制等功能，從而降低系統的造價、提高了監控維護的效率并降低了使用難度。前端由采集定位系統、編碼傳輸系統、設備防盜監控系統、避雷接地系統、智能太陽能供電系統等組成： 

 

圖2-2前端采集系統

1.1.2 無線傳輸系統

無線傳輸有發送端，接收端和中繼點組成，都由無線網橋、傳輸天線、智能太陽能供電系統、避雷接地系統等組成； 

 

圖2-3無線傳輸系統

1.1.3 視頻控制系統

視頻控制編碼可以高效的壓縮處理接入的圖像，通過電腦監視器就可以實現所有圖像的實時動態監視，同時利用該系統可以調用存儲在硬盤中的歷史資料，本系統采用業內頂尖壓縮技術MPEG-4/H.264算法，壓縮比高達1:500，大大節省了通訊帶寬。視頻控制包括視頻源的選擇、視頻源的切換、攝像機的控制等操作，視頻控制系統由網絡視頻管理平臺、視頻編碼器、視頻解碼器、視頻服務器、傳輸系統、數字矩陣、全方位旋轉云臺等組成。 

 

圖2-4視頻控制系統

1.1.4 視頻存儲系統

新一代的視頻監控系統以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放應用為主，以智能實用的圖像分析為特色。其中針對視頻監控開發和設計的存儲系統越來越成為影響監控系統整體性能的關鍵性設備。因為網絡視頻存儲的數據不再僅僅是簡單的錄像數據，而是監控資源使用部門對圖像進行分析的數據源。監控系統的應用模式決定了其中的存儲系統必須能夠同時支持高級別的安全性、豐富的權限管理功能、數據的高共享性、數據讀取和寫入的高性能以及具有靈活的擴展性。綜合以上因素再加上IP SAN在性能、功能以及擁有成本等角度上的優勢，無疑成為最適合監控應用的存儲產品。自動磁盤空間動態檢測功能，圖像動則錄，不動則不錄或慢錄，可降低存儲成本。

    視頻存儲由存儲控制軟件，磁盤陣列、磁帶庫等組成

1.1.5 林火自動識別系統

林火自動識別系統是森林防火的關鍵所在，能在第一時間發現起火點，可以預防森林火災及提高森林滅火的成功率，林火自動識別是森林防火監控預警系統的核心，依據煙火的視頻圖像和溫度特征，利用各種圖像處理技術和紅外測溫對數字化視頻信號進行圖像處理和分析、判斷，實現對監控區域的煙火檢測。用戶可以根據應用場合對檢測參數（如最小檢測范圍、檢測區域、告警級別）進行設置，提高識別的準確率，避免誤報及起火錯誤判斷。

1.1.6 聯動報警系統

系統靈活設置報警信號和圖像的聯動關系，當系統發生報警時，通過事先的設置，可以啟動相應的攝像機錄像及報警輸出功能。同時控制中心也可同時得到報警信號，并可通過遠端控制進行實時監控觀察等功能。

1.1.7 地理信息系統 

現在的視頻監控系統正在向數字化方向發展，并且與地理信息系統（GIS）結合也是其發展的必然方向。 

經過與地理信息開發部門的合作，我公司應用定位云臺與地理信息系統無縫連接，成功的投入使用，將定位云臺所返回角度將送入地理信息系統，并在林業地理信息系統上進行精確坐標定位。 

利用1：10000、1：50000、1：100000等地形圖進行數字化處理生成電子地圖，并依據實際使用情況分層制作。 

在地理信息系統上，可以對撲救林火進行宏觀調控，指揮整個撲火的行動，同時在地圖上進行撲火行動標繪，對火情態勢進行跟蹤，為火場撲救提供輔助決策。根據不同需要，GIS對數據庫資料進行統計分析，生成各類專題圖，實現資源管理信息化。通過地理信息系統，可以在電子地圖上數字化顯示監測地區林場 的歸屬，林區面積，種植林種、樹徑、樹高、樹齡，方便林區部門領導直觀的了解林區概況。 

此外，利用地理信息系統，還可以進行火災發生地形地勢分析、緩沖區分析、可視域分析、最短路徑分析等。 

1.1.8 防火指揮中心 

遠程控制與通訊是指揮中心的主要功能，即通過指揮中心可完成對林場各個地區的通訊指揮工作，同時在指揮中心可以實現對火情地區的實時監視、控制功能。以指揮中心為核心將各個系統進行整合，實現辦公的信息化網絡化，通過有線、無線調度系統完成對下屬部門的命令發布、工作查詢、人員調配工作；同時把監控系統與地理信息系統進行無縫結合，完成對林區的監控、以及資源調查工作。

 

1.2 功能需求分析

“森林防火監控預警系統”項目是以XXXXX森林防火信息為重點和主要對象，以地理信息為中心為基礎，基于成熟的傳輸技術、IP技術的網絡視頻系統和數字定位技術的，集防火信息管理、生態建設管理為一體的，為XXXXX森林防火及其它林業工作服務的綜合應用系統。該系統應具有以下特點：

1.2.1 經濟性需求

投資省，建設快，無線傳輸方式特別適合無通信線路、無電能、無道路情況。

1.2.2 實時性需求

可實現遠程圖像實時圖傳和控制，通過前端設備實時掌握現場情況。

1.2.3 數字網絡化需求

視頻信息可在IP網絡上傳輸，用戶可在網絡上的終端看到現場的圖像。

1.2.4 擴展性需求

系統具有可擴展性，系統具有升級功能，適合森林防火防護監控系統的發展要求。

1.2.5 方便簡潔性需求

界面清晰、操作簡單，具有森林地理信息系統等輔助系統。

1.2.6 準確性需求

火點經緯度定位準確。

監控服務器提供了對前端采集工作站的分層次管理，對用戶的分級權限管理；用戶可以根據需要通過網絡將前端音視頻數據實時存儲在中心服務器上；服務器數據庫記錄了所有視頻資料信息（視頻文件可以是分布在各個采集工作站或服務器）、報警信息、監控點信息、其它數據信息，一般用戶通過WEB登陸服務器，可以在統一的界面查詢任何對他授權的信息；對于前端和中心之間不支持多播的網絡環境，服務器提供了單播到多播的數據轉發，這樣中心的多個人員查看前端的實時流大量節省帶寬。

第2章 系統方案設計

2.1 設計原則

“森林防火監控預警系統”項目設計和功能的實現將遵循以下原則：

2.1.1 先進性與科學性

所謂先進是指要求采用的產品和系統是當代先進計算機技術的應用成果，具有一定的前瞻性，特別是符合計算機和網絡通信技術最新發展潮流并且應用成熟的系統。

我們這里講的科學性是指要求所采用的產品和技術經過了市場的考驗，能滿足目前監控系統的需要而無華而不實之嫌，決不搞盲目投資、浪費資金。

2.1.2 可靠性和穩定性

方案設計遵守的原則是保證系統的可靠穩定運行。主要表現在以下兩方面：

1. 系統運行可靠：

系統的運行要求可靠。要求從計算機的配置到系統的配置、前端設備的配置都要仔細考慮這個問題，對所有的設備進行認真的可靠性認證。系統設計采用的產品和系統，必須是經過了一定時間市場考驗的成熟產品，特別是在國內應該有成功的應用案例。對需要實現的功能進行合理的配置，并且這種配置應該是可以被改變的，甚至在工程完成后，功能、配置的改變也是可能的和方便實現的。

2. 保存和恢復設置方便：

在實際運行中，即使系統的故障率非常低，也會因為各種意想不到的原因而出現問題。所以在系統設計時要考慮到系統設置數據的方便保存和快速恢復。

2.1.3 保密性和安全性

必須符合國家的安全標準和要求，以保護內部信息特別是密級信息不被非法訪問。系統設計時應充分考慮數據庫和應用系統的安全性， 建立身份認證、權限認證，徹底屏蔽內外非授權用戶的非法訪問。 

2.1.4 智能化和人性化

系統中采用的產品和系統本身必須具有智能特征，比如自主編程、記憶功能、主動檢測等；前端設備與系統必須有良好而可靠的通訊能力和故障自動檢測、報警功能等等。系統的前端產品和系統軟件均具有良好的學習性和操作性。特別是操作性，應使一般水平的管理人員，在粗通電腦操作的情況下通過培訓能掌握系統的操作要領，達到能完成監控任務的操作水平。

2.1.5 數字化和標準化

在計算機網絡技術高度發展和廣為應用的信息社會，設計完成的監控系統中所采用的產品和系統均采用國際或國內標準，并且與計算機網絡技術相結合，實現各個子系統的信息共享，才能適應時代的前進、技術的進步，滿足更廣范圍巡查的要求。

2.1.6 兼容性和擴展性

 考慮到國家林業局、區林業局已建成的或在建的防火信息系統，本系統能與區林業局、國家林業局的防火信息系統接軌和共享數據；同時考慮到今后重新開展森林資源調查后資源數據庫與最新衛星影像的更新問題；另外，本系統能夠妥善處理好與上下級防火信息系統的連接，做到與相關已建立好的信息系統的兼容。即使是最先進的系統，也有隨時間的推移而落后的可能。在系統設計中，我們選用產品和系統時，應充分考慮系統的升級、擴展、維護問題，設計應全面、周到，注意預留到位并留有充分余量,以適應未來發展需要，主要體現在以下方面：

智能化升級：系統的軟件是最有可能升級的，選用的系統管理軟件必須有廠家的免費升級承諾。升級的操作應該相對簡單，由系統管理員即可完成，不需要繁復的操作和專門的技術。

模塊化結構：為方便硬件的維護和升級，設計時采用的設備應為高度集成的模塊化產品。由其組成的系統應是模塊化結構。這樣便于系統的維護和升級。

2.1.7 經濟性與實用性

為了確保投資合理性，要在滿足其它基本原則的基礎上選擇性能價格比最優的系統和產品，從而使系統投資物有所值，不造成盲目投資

2.2 設計依據

《民用閉路監視電視系統工程技術規范》(GB/50198-94)

《系統接地的型式及安全技術要求》（GB14050-93）

《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）

《安全防范工程驗收規則》（GA/T308-2001）

《工業電視系統工程設計規范》(GBJ 115)

《安全檢查防范系統通作圖形符號》（GA/74-94）

《火災自動報警設計規范》（GB50116-98）

安全防范工程費用概預算編制辦法（GA/T70-1994）

視頻安防監控系統技術要求（GA/T367-2001）

 

2.3 系統設計

2.3.1 硬件設備方案設計

2.3.1.1 信息采集

利用建立分布在不同至高點的野外信息采集站，獲取覆蓋范圍內的監控音視頻信息、氣象信息，主要通過日夜型高清攝像機，高變倍鏡頭和紅外夜視儀或紅外測溫儀輔助氣象數據采集儀來實現全天候不間斷全方位覆蓋監控，真正做到險情馬上識別，并同步預警錄像。

2.3.1.2 實時監測

在無線或有線網絡傳輸系統的支持下，將視頻、音頻及氣象信息等實時、同步傳輸到防火監控中心，通過林火識別系統智能分析判斷，加上護林隊員規律的巡視易發林火現場，保證對林區的實時監控，將林火發生概率降到最低。

2.3.1.3 動態存儲

2.3.2 軟件平臺方案設計

林業防火監控管理系統應用軟件總體設計思路

一、傳統的視頻監控加紅外熱成像方式與林火自動檢測、識別；溫度預警、探測和報警軟件監測相結合，形成一個立體的檢測預警網，將火情消滅在可控基準下。

二、林火自動檢測、識別和報警與林業防火監控GIS管理平臺相結合，精確定位易燃點和起火點，并實現三維立體監控觀測，結合火勢推演軟件分析系統，可全方位掌握火情蔓延趨勢，為消防人員的救援提供有力可靠的依據。

三、通過紅外熱成像的成功應用可大幅的提高煙火自動識別率，降低誤報率。普通的視頻監控以可見光為主，監控重點與景物背景很難區分，誤報率一般都比較高，而我們采用紅外熱成像監控系統可以完全彌補這一缺點，由于紅外熱成像它的成像原理是以接收物體輻射的熱能量來成像的，而起火點的熱輻射要比我們林區普通樹木的熱輻射高很多倍，這樣在我們的監控后端就可以非常清晰的看到起火區在監控圖像中成亮斑（如圖3-1）。系統采用三維展示預警（圖3-2），可立體呈現預警點和起火區域的地理特征，為我們消防救援方案的制定提供直觀的現實依據，可大大節省救援時間和救援成本，在最短的時間內用最有效的撲救方法，將林火消滅

 

圖3-1

 

圖3-2

四、在有限的投資內，重點強調實現林業防火監控管理系統運行的“林火自動檢測、自動識別、自動報警和支持滅火指揮”的全過程