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浅谈热成像森林防火监控预警系统

据统计,世界上95%的森林火灾属于中度和弱度,较易控制和扑救,只有5%的森林大火和特大火灾很难控制和扑救,预防森林火灾,不仅要依靠建立严密的应急机制、强有力的指挥系统,组织训练有素的扑火队伍,同时也可依靠先进的视频监控及预测报警的设备,防患于“未燃”。
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  据统计,世界上95%的森林火灾属于中度和弱度,较易控制和扑救,只有5%的森林大火和特大火灾很难控制和扑救,预防森林火灾,不仅要依靠建立严密的应急机制、强有力的指挥系统,组织训练有素的扑火队伍,同时也可依靠先进的视频监控及预测报警的设备,防患于“未燃”。

  ■ 文/邓朝辉

  据新华社报道,当地时间9月10日,美国加州杰克逊市一山林发生大火。9月13日继续肆虐,侵袭超过155平方公里土地,致4名消防员受伤、数千名居民撤离,大火使原本绿树覆盖的内华达山几乎变成一座“秃山”,摧毁了不计其数的建筑物。

  为了防止此类事件的再度发生,为此无论国内、国外都在预防、减少和控制森林火灾方面做了大量的工作。为了贯彻“预防为主,积极扑救的方针”,真正做到早发现,早解决,很多国家都采用先进技术,用高科技手段来加强森林防火工作,在最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,最大限度地减少损失是森林防火管理发展的必然趋势。

  基于森林防火的实际情况,森林防火可利用热成像摄像机监控系统有效实现森林火险的早发现、早预防。

  热成像技术是什么?

  热成像技术是利用了人眼无法感知的红外波段的电磁波来进行探测。自然界中凡是温度超过绝对0℃(-273.15℃)的物体都能产生热辐射,通过接收物体发射的红外热辐射,将被测目标物体表面的红外辐射转变成可视化的“热图像”,由于不同物体甚至同一物体不同部位辐射能力和它们对红外线的反射强弱不同。利用物体与背景环境的辐射差异,以及景物本身各部分辐射的差异,热图像能够呈现景物各部分的辐射起伏,从而能显示出景物的热能分布状态。

  红外热成像摄像机无需任何光照,依靠物体自身辐射的红外热能即可清晰的成像,可适用于任何光照环境,不受强光影响,无论白天黑夜都可清晰地探测和发现目标,识别伪装及隐蔽的目标,因此可真正实现白天/黑夜24小时监控。同时,利用长波红外穿透能力强,大气、云雾烟尘等会吸收可见光和近红外线,但是对于3~5微米(中波红外区)和8~14微米(长波红外区)的热红外线却是透明的,因此传统摄像机很难在云雾密布的环境下拍摄到清晰的图像,而热成像摄像却能有效穿透大气、云雾等环境拍摄出清晰的图像,可有效解决雾霾天气下的监控需求。

  同时热成像摄像机通过对非接触探测到的红外热能加以量化,能较为准确测量被摄物体表面温度,通过对被摄场景的热能分布和温度分析,实现对环境或物体的异常诊断。可追踪场景或区域高温目标,当温度高于设定值时可发出报警。

  热成像森林防火监控预警系统

  该系统基于“测温预警型热成像+高清可见光”数字音视频远程双向传输、地理信息系统、太阳能供电等多种高新技术,是一套能够及时发现林场火情隐患或突发火情,并进行实时监控、报警的系统。通过系统的建设能够实现林业防火业务的数字化、网络化、可视化,实现信息的规范管理及共享。系统发现火情后及时上报准确告警信息,同时可提供火点定位功能,为林业部门的防灾救灾提供强有力的技术支持,将传统的森林防火系统提升到数字林业的综合监控管理的高度。

  系统主要功能和特点:

  热成像探测发现,“测温预警型热成像+高清可见光”双视系统利用先进的热成像技术和可见光摄像机的图像增强技术,在监控中心观察每个监控点配置的测温预警型热成像发现林火目标自动报警、定位、锁定跟踪火源移动。

  热成像自动锁定高温点

  热成像自动锁定高温点,同时也得到高清晰度摄像机传回实时稳定的彩色图像,白天、晚上都能获得清晰的图像;采用高清产品,监控画面清晰、色彩还原好,具备透雾、透风沙功能,对森林环境中的雾、霾、风沙具有明显的穿透效果;具备图像降噪、夜视增强、日夜转换功能,不结雾、防凝水,确保外界恶劣环境下也可以看到较好的图像。

  “测温预警型热成像+高清可见光”双视系统安装在同一个云台上,既可以保证两个摄像机监视的是同一个区域位置,也解决了红外热像难以识别目标的问题,便于及时判断的具体报警点。

  前端采集、传输与数据管理

  7×24小时不间断的“测温预警型热成像+高清可见光”视频监控和集中录像,及时发现火情或火灾隐患。还可对森林砍伐、造林情况、湿地保护、病虫害防治、野生动物等森林资源进行监控管理。对系统采集的热图进行自动目标识别,通过图像配准的方法识别出该有效的监测目标,保证温度监测的有效性。

  自动预警

  在系统巡航过程中,如发现目标设备温度异常自动报警,报警信息有文字信息和声音信息,提示运行人员具体的报警位置状况信息,以便跟踪报警点,确认告警情况并排除隐患。

  前端监控点安全防护和应急广播

  在每个监控点架设安全防盗监控系统对铁塔设备进行防护,同时通过网络广播系统对前端进行音频广播。

  远程语音通信

  省、市、县三级监控中心同所辖林区前端监控点进行点对点双向语音通信、及各级监控中心的对前端监控点的语音广播通信。(覆盖“省-市-县-林场”)。

  专用前端设备

  采用野外重载数字云台,具有实时回显位置信息功能,能进行火场定位,电动三可变长焦距镜头配备远程可控滤色片低照度高清晰摄像机监控半径可达3-5公里。

  防雷系统

  系统具有全面安全的防雷保障措施,确保系统能够安全运行;平台软件能自动识别、分析定位。

  二维、三维GIS

  实现地图基本操作功能,通过各类空间操作和分析方法,通过二维或三维方式查看山形地势,实现对森林火灾的分析预报,森林防火工作的动态管理,为防火提供直观的规划和决策支持。

  火情自动识别

  当监控摄像机/测温预警型热成像自动巡视中扑捉到林火时,系统具有的火情识别功能,可及时告警并联动报警录像,提醒值班人员察看显示画面,及早发现火情及火点位置。

  火情报警联动

  一旦火情自动识别模块判断出图像上有疑似火点,立即自动发出报警、通知监测人员,同时,也可在 GIS软件平台上,进行火情自动跟踪和火场定位,如果确认火情,发出林火报警信息。

  报警信息短信转发服务模块

  针对系统探测出的报警信息,本系统支持通过短信息的方式向预先设定的电话号码发送报警信息短信。

  红外热成像在森林防火中的作用

  红外热成像系统通过接收物体发射的红外线,经过一系列的处理,可形成物体表面的热图像,并进行相关部位的温度测量。主要特点有:

  穿透烟雾、克服雨雾能力强

  森林气候复杂,雨雾或火焰产生的烟雾往往会掩盖初始火情,造成火情加快蔓延而成灾。红外热像仪具备穿透烟雾、克服雨雾的能力,可有效地发现真正着火点以及火灾的蔓延趋势。

  抗隐蔽性强,挖掘潜在隐患

  森林火灾往往由不明显的小火苗引起,但很难及时发现这些隐火;火灾扑灭之后,可能仍存在地下隐火,容易造成死灰复燃。

  全天候监测,不受可见光影响

  红外热像技术是被动接收目标物体的红外线辐射而成像,因此,它不受可见光干扰,不论白天或黑夜,监测效果相同。

  独特的热能状态异常诊断能力

  红外热成像是唯一一种可将热信息瞬间可视化并加以验证的诊断技术。热成像摄像机通过对非接触探测到的红外热能加以量化,能准确测量被摄物体表面温度,通过对被摄场景的热能分布和温度分析,实现对环境或物体的异常诊断。可追踪场景或区域高温目标,当温度高于设定值时可发出报警。

  此外,测温预警型热成像可实时自动测量视场中物体的最高温度,如发现温度超过系统设置的报警温升,可自动报警,并输出报警信号。因此,可提供森林防火早期预警。在大面积的森林中,火灾往往是由不明显的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源,用现有的普通方法,很难发现这种隐性火灾苗头。采用红外热成像仪,则可以快速有效地发现这些隐火,把火灾消灭在最初。

  (作者现任深圳市景阳科技股份有限公司市场副总监邓朝辉)

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