森林防火监控报警系统设计方案.docx
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森林防火监控报警系统设计方案
森林防火监控系统设计方案
第一部分***保护区森林防火监控系统方案综述
第一章前言
随着造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火工作是首要任务。
森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，年年都有一定数量的发生，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。
森林火灾具有突发性、灾害发生地的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。
因此一旦有火警发生，就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，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。
为此国内外都在预防、减少和控制森林火灾而努力。
为了早日实现森林防火工作的规范化、科学化、信息化，贯彻“预防为主，积极扑救的方针”，真正做到早发现，早解决。
林区森林防火监控工程是由监控系统的前端系统、传输系统、控制系统、显示系统、电源系统和铁塔组成，总体的管理权集中在林区的监控管理指挥中心，
林区监控管理指挥中心系统提供整个系统的图像显示、远程控制功能，向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像。
林区监控管理指挥中心系统还具有向上级林业局和省林业厅接口的功能。
第二章森林资源无线监控系统设计简介
1、计算机数字监控系统简介
计算机数字监控系统是监控报警业界的新型产品，它将数字化视频图象记录与多画面图像显示功能和监视报警功能结合一起，现在正逐步取代传统模拟式多画面分割器和长时间录像机，具有灵活方便等特点。
与传统的监控系统所不同的在图像传输、信号控制和取电方式上。
图像传输及信号控制均采用了微波发射接收的方式，取电采用了太阳能和风能互补的方式。
在此基础上，采用高档的工业控制微机、PC工作站或者PC服务器，增加摄像机图像输入路数，提高多画面图像的显示速率、增加对云台和镜头的控制功能，配之以良好的人机交互界面，便构成了以计算机为核心的数字式监控报警系统。
2、森林防火监控系统简介
2.1监控在森林防火中的作用
（1）、森林防火电视监控以直观、真实、有效而被广泛应用在许多重点防范地区。
电视监控能在森林发生火灾前及时发现火情，从而起到预防火灾的目的。
（2）、森林防火电视监控能在森林发生火灾时把现场的图像传回指挥中心，指挥中心通过电视监控的画面指挥调度救火，最大限度的能减小火灾造成的损失。
（3）、森林防火电视监控能真实记录火灾发生前救火过程中以及救火以后现场的真实情况，从而对火灾进行处理，提供有效真实的资料。
2.2系统的组成：
监控系统由前端系统，传输系统、控制系统和显示系统四部分组成。
（1）、前端系统
采集前端由摄像机、镜头、云台、防雨罩和电源等构成。
摄像机能将光信号变成电信号，图像的清晰程度主要取决于摄像机的分辨率，分辨率越高，图像越清晰；摄像机的照度越低，夜晚观察的图像越清晰。
云台能带动摄像机和镜头355℃右转动，60℃上下转动，从而可起到全方位观察图像的目的。
防护罩起到对摄像机和镜头的保护作用。
它冬天有加热，夏天有风扇，雨天有雨刷。
室外电源：
监控点最好选到有电源的地方，若没有电源，可采用太阳能和风能供电，
蓄电池能支持前端系统正常运行。
（2）、传输系统
采集系统将光信号变成电信号以后，由传输系统将电信号传输到监控中心。
图像传输利用L波段（1000—1800MHZ），采用FM方式，可传输一路彩色图像，图像传输系统由发射端接收端、组成。
发射端有发射机，发射天线以及联接电缆组成。
接收端有天线、滤波放大器、接收机等组成。
（3）控制系统
云台、镜头等动作，可由监控中心硬盘录像机控制，控制指令为无线指令控制系统，利用150M、230M、350M或450M等波段，采用FM-FSK方式，系统具有256频点连续可调。
（4）显示端
显示端是整个显示的核心，它由主机，电视墙、操作台组成。
主机可将任意一路视频信号切换到电视墙上，并配上字符、年、月、日等。
硬盘录像用于记录每路信号，它可支持图像网络传输。
2.3闭路电视监控报警系统的主要功能：
2.3.1可选择输入摄像要的图像，共计4路摄像画面，3路全方位控制画面，1路定位画面。
2.3.2可从两路摄像机的输入图像中任选一路或多路在屏幕上作画面动态显示。
2.3.3用硬盘对图像作数字化记录，可储存5-7天录象资料。
2.3.4数字化硬盘存储及视频解压缩功能，可以完整的记录下摄像机的高清晰度画面，使画面回放时也能达到极高的清晰度。
2.3.5多画面分割显示。
2.3.6控制系统采用通过无线指令发射机控制云台和镜头的运动。
2.3.7传输系统采用微波传送的方式。
2.3.8监控中心图像经硬件压缩后可通过公共电话线或者局域网，广域网远程传输，再以软件解压重现压缩后的视频图像，通过一对调制解调器在公共电话线或者局域网，广域网上发送与接收，在接收端通过软件解压重现画面。
2.3.9在全方位摄像机旁，均加有太阳能发电系统或风光互补发电系统，可保持维持前端系统运行的24小时蓄电量。
第三章系统设计原则
1、充分考虑用户的各种具体要求和森林资源防护的具体情况；
2、先进性：
采用当今世界最为先进的计算机全数字化压缩监控系统，具有传统的监控系统无法比拟的优点，能够堵塞安全漏洞以及消除因工作人员的失职而引起的纠纷，为突发事件提供证据，很好地保护用户利益；
3、可靠性：
系统具有高度的可靠性和工作的连续性，极大程度地减少了用户的维护工作量；
4、可扩展性：
系统可扩展性、伸缩性很强，便用非常方便；
5、灵活性：
设计时充分考虑了日常可能发生的各种突发事件，灵活性强；
6、性能比：
比较合理的造价；
7、布线施工和系统维护容易；
8、采用集中式管理，管理简便，非电气专业人员，亦可管理整个系统；
9、使用高品质无线微波传输系统，符合数字监控系统图像数据传输介质标准。
第四章系统设计特点
1、应用于无线远程监控和移动图像监控。
2、可将20公里的图像传输回指挥中心。
3、传输距离远，中途无障碍，不加中继实际应用达到20km
4、接收端采用低噪声放大技术，系统抗干扰能力强
5、无线指令遥控系统可与任意矩阵和键盘、译码器相匹配，系统配置灵活方便
6、指令系统频点可调，有256个频点，可选择
7、体积小、重量轻、增益高
8、太阳能供电或风光互补供电
9、数字监控系统特点:
数字监控系统采用了当今世界最先进的全数字化的计算机压缩技术，使用了MPEG-4实时压缩技术，具有传统的“模拟”方式的监控系统无法比拟的许多优点。
可以完全自动地对监控对象进行永不间断的全程监控，并可以非常方便地查询5-7天内任一时间，任一地点的现场图像，为彻底解决安全问题提供了有力的措施，取代了传统的“模拟”方式的监控系统，这一“革命”性的监控系统，还会在相当长的一段时间保持领先地位，提高了用户的投资效益。
计算机数字监控系统，采用高性能的计算机，取代了传统的“模拟”方式的监控系统所需的大量监视器、录像机、图象分割器、解码器、视频切换器及矩阵系统等设备。
这不令降低了系统的造价，使得系统简单化，易于操作维护，而且还大大提高了可靠性，由于本系统采用了先进的数字处理技术，使得图像质量更高，更易于保存，特别是通过电话，调制解调器等设备还可以将图像进行远程传输。
本系统的软件，可以提供强大的图像处理功能，调节图像的亮度和对比度等，即使是在很低的照明度的情况下，也能得到高质量的被监控对象的图像，并且可以将图像保存为通用格式，在专业图像处理软件中进行进一步的处理。
该系统可以将所摄对象的图像通过数字压缩技术录存于计算机硬盘中，对被监控对象自动地永不中断地进行监控，系统自动循环，不需人工干预。
不仅节约了大量的录像磁带，而且还可以通过普通打印机将所录图像打印出来。
该系统独有运动目标检测技术，基于数字技术的图像报警，可以在画面上直接用软件进行设防。
系统自动“感受”画面上目标的变化，根据变化率产生报警。
以上所述特点，都是传统的“模拟”方式的监控系统所无法比拟的。
第五章系统设计方案：
1、本方案设计执行标准
（1）、保护区用户设计要求
（2）、《安全防范工程程序与要求》（ga75-94）
（3）、《安全防范系统通用图形符号》（ga/t74-94）
（4）、《民用建筑闭路监控电视系统工程技术规范》（gb50198-94）
（5）、《中国民用建筑电气设计规范》（jgj/t16-92）
（6）、《建筑弱电工程设计手册》
（7）、《安全防范工程费用概预算编制办法》（ga/t70-94）
（8）、《工业电视系统工程设计规范》（gbj115-87）
（9）、《安全防范工程设计标准》
2、用户功能要求和方案实施现的一些基本情况
（1）、在林区消防瞭望塔制高点架设红外低照度全天候摄像机各一台，覆盖半径5公里，观测方圆5公里的森林火情。
对初发火情，做到及时发现、及时救护。
使火灾隐患消亡在萌芽状态。
（2）、从监控瞭望塔至监控中心可传输20公里，如需距离更远或遮挡严重可使用中继设备满足传输要求。
森林防火消防中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现场情况协调调度指挥。
（3）、各监控点直接采用开路微波方式将图像传输到森林防火消防中心，中心可通过无线指令遥控系统对前端设备进行长焦、短焦控制。
对云台进行上下、左右控制。
（4）、森林资源防护监控中心能实时监控林区火情实况。
（5）、根据实际地形可在实际施工过程中考虑是否需预留或使用中继设备。
中继设备起到对图像转发功能。
适用于遮挡较严重的监控点。
（6）、森林防火管理中心能记录火情发生、发展和消灭的整个过程，对以后的火情的预防、治理提供真实有效的直观资料
（7）、中心设四路数字硬盘录像机一台，满足一幅画面同时观看多幅画面的需要，配有480G的硬盘。
具有报警连动及人工录像网络传输功能。
第六章系统的构成
本系统由摄像机、微波图像传输系统、无线指令遥控系统、固定支架、监控主机、操作台及相关软件、云台、解码器等组成。
本系统等程序化运行，可实现自动运行、自动摄录、自动传送。
1、远距离十公里之外有一个监控点，如图：
解码器
微波发射机机
遥控接收
卫星接收机译码器
高频头发射机
硬盘录像机
遥控发射
矩阵
键盘
2、前端监控设备有摄像机、云台和三可变30倍镜头（或三可变50倍镜头）；
3、视频音频或报警信号直接连接到微波图像发射机上,发射机靠DC12V
供电,发射机将调制的视频音频或报警信号通过天线发射出去。
4、中心：
接收前端发射的微波信号，通过低噪声滤波放大器将接收的信
号进行滤波放大，再将信号输送到微波接收机进行解调，还原成标准的视频音频或报警信号，这样就可以在矩阵监视器或硬盘录像机上对图像进行处理。
5、中心矩阵或硬盘录像机键盘将控制指令信号如云台（上、下、左、右）
镜头变焦、聚焦等发送到指令发射机sm2000YT,指令发射机将信号进行调制通过载波发射出去。
一般采用全向发射方式，有效覆盖十公里。
6、前端指令接收机sm2000YR,接收到中心指令信号后解调还原成标准的
控制信号，此键输入到解码器的通讯端口，解码器执行中心的指令信号，驱动云台上、下、左、右转动，镜头变焦、聚焦等。
解码器
发射机
遥控接收
放大器
接收机
解码器
发射机
遥控接收
接收机
滤波放大器
键盘
遥控指令发射
接收机
滤波放大器
发射机
数字硬盘录像机
中继点
录像机
接收机
滤波放大器
监视器
发射机
电视墙
森林资源防护监控指挥中心
前端监控系统
7、原理结构框图
NO1
NO2
NO3
第七章系统的主要功能及使用方法
1、系统的主要功能
（1）、在林区各瞭望塔制高点架设红外低照度全天候摄像机各一台，在气候良好情况下覆盖半径5公里，观测方圆5公里森林火情。
对初发火情，做到及时发现、及时救护。
使火灾隐患消亡在萌芽状态。
（2）、从瞭望塔至监控中心传输使用微波系统，森林防火监控中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现场情况协调调度指挥。
（3）、森林防火监控指挥中心可通过无线指令遥控系统对前端设备进行长焦、短焦控制。
对云台进行上下、左右控制。
（4）、森林防火管理中心能实时监控林区火情实况
（5）、系统能自动地通过摄像机对林区进行摄录，进行无终止监视。
系统平进的工作方式为各摄像机循环扫描全面监控，监控人员可以任意放大观看任意摄像机的画面。
每天不同的时段、星期几、每月的几日到几日，可以有不同的设置参数，即系统可以按时间划分不同的工作模式。
系统也可以实现无人值守。
森林防火管理中心能记录火情发生、发展和消灭的整个过程，对以后的火情的预防、治理提供真实有效的直观资料
（6）、中心设四路数字硬盘录像机一台，满足一幅画面同时观看多幅画面的需要，配有480G的硬盘。
具有人工录像网络传输功能。
录入的图像数字化压缩存贮在计算机硬盘里，压缩比可用软件进行调整。
存贮的图像文件自动循环删除，硬盘中图像文件保留时间取决于：
硬盘空间大小、图像分辩率、图像压缩比、扫描切换时间等，系统可以日复一日，年复一年地无休止工作。
还可以根据用户需要，加大硬盘以扩展存储周期，或增加其他外存设备。
系统可以随时方便、即时地检索、回放记录存贮的图像，如可按时间、地点（镜头）或图像文件进行检索和回放。
回放图像稳定、清晰，可反复读写，不存在传统监控系统中所存在的录像带的信号衰退减和磨损问题，森林防火管理中心能记录火情发生、发展和消灭的整个过程，对以后的火情的预防、治理提供真实有效的直观资料。
系统利用计算机强大的图像处理功能，可对采集的图像进行处理，包括画面修改、编辑、调节、放大、缩小以及打印等等；也可以将图像保存为通用数据文件格式，用其人专业图像处理软件进行处理。
全数字智能监控系统有安全密码，没有权限的人员将不以对监控系统进行查询，设置系统，删除文件等操作。
系统预留有报警接口，将来可以连接主动探测器或被动式紧急按钮，增加对突发事件的报警录像功能。
系统可以与其他计算机联网。
开机后，系统可直接进入监控状态。
2、具体设定
设定每一个摄像机的扫描程序，可以根据要求设定优先级。
扫描捕获速率可根据用户要求自行设定。
设定录制的工作时间及日期（如：
年月日、时分秒、工作日或假日）
可任意设定摄像机在监视屏上的显示数量（1-24）个窗口数量。
设定报警优先级，以及报警摄像机的捕获速率。
操作员可在系统正常工作状态下实进观察事件发展状况，或者仅用鼠标单击某一窗口，即可全屏实时观察事件发展状况。
用户可通过系统的设定，在出现突发事件时，无须立即启动报警按钮而使系统自动对现场进行实时视频捕获和报警，使防范工作更安全、周到、而且以后可以利用数据库进行任意查询。
本系统提供密码设置。
出于对系统保密性的要求，系统管理员可以设置密码，确定进入系统的许可优先级和使用权限，由系统管理员亲自管理，他人无权删改。
每一次操作，如：
停止捕获、开始回放、改变参数、退出某一程序等，都需要健入操作人的密码。
提高了安全等级，有效的防止内部人员作案。
存储在计算机硬盘上的报警文件，在正常的硬盘自动循环记录过程中不会被自动删除。
系统可以通过普通电话线，各种通讯网络与远端的计算机连接。
如：
自动将系统的工作状态传输到远端的计算机上，自动转发报警时间的帧画面。
同时，也可以从远端的计算机，使用密码进入本地的计算机系统，随时提取记录的画面，更改工作模式以及升级软件等。
传输速率取决于调制解调器。
如：
使用56KB的调制解调器在标准电话线上传输一帧高清晰度的画面需要3秒钟，而通过ISDN传输同一帧高清晰的画面仅需要一秒钟。
系统登录文件将记录所有的操作行业及具体的时间日期，如：
查看文件、删除文件、退出捕获状态、报警输入、键入密码等等。
这些登录文件可以复制查看，但不能被删改。
3、回放方式下的系统特点
根据记录的文件菜单进行多层次的检索，如：
查看任意摄像机、在任意日期、任意时间段内对事件记录的文件以及文件的容量。
记录的文可分为三组存储方式：
正常运行中无终止循环存储；报警状态下的文件存储；设定定时存储。
选择了您所想要查看的时间段内的文件之后，第一帧画面将显示在监视屏上，可以进行连续的顺序或倒序播放或按帧画面播放。
通过计算机显示屏或电视机、监视器等外接设备来详查事件发展过程，能够立刻再现所有存储的图像，系统特殊的过滤使用户可以对所需要的画面进行图像放大、缩小、冻结、检索、编辑等图像质量处理，以获得更好的识别。
亦可将所需要的画面以压缩或非压缩的形式存储至软盘或可写光盘上，通过普通或打印机打印出来，利用通讯线路或网络将图像传输至另一个计算机，传真机及远端任意地点。
4、系统配置
根据历山保护区森林防火监控系统的需要，将监控系统依功能分为：
视频采集部分，图像传输部分，控制系统和显示记录四部分。
其中摄像部分是安装在现场的，它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台。
它的任务是对被摄体进行摄像，并把摄得的视频信号转换成电信号。
传输部分的任务是把现场摄像机发出的电信号通过微波传输传送到监控中心。
显示与记录部分把现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示，并且可以把图像用硬盘录像机录下来。
它主要包括监视器、硬盘录像机等设备。
控制部分则负责所有设备的控制与图像信号的处理，通过无线指令发射系统，在监控中心主要依靠我公司设计的硬盘录像机操作软件进行控制。
4.1图像采集部分设计
4.1.1摄像机选型
（1）、摄像机分配：
根据具体需要安装在适当位置
（2）、摄像机参数确定：
现场环境和要求摄像机参数。
监视范围较大，需云台进行365度大范围监视。
为室外且外部环境较恶劣，需较好质量的防护罩，防雨恒温。
虽不需夜间监视，但为防范夜间火灾，需配备低照度摄像机，照度越低，夜间监视效果越好，带彩转黑功能。
监视范围远，需清晰度高，一般摄像机水平清晰度为480电视线，我们考虑到保护区的具体情况选用较高的技术应用为540电视线
4.1.2镜头选型
监视距离最远为5KM，选用了10-300mm的30倍三可变镜头，此镜头为量产设备的最大MM镜头，造价还较低，应能满足使用要求，若实地测试后，效果不好，需更换更大倍数镜头的话，需厂家定制，可能造价较高。
4.1.3电源设计：
太阳能、风能互补供电，供电蓄电量设计为72小时
前端用电设备如下表所示
设备
电压
功率
使用时间
摄像机
12V
4W
全天使用
镜头
12V
3W
观察时使用
云台
24V
15W
观察时使用
护罩
24V
5W
下雨时使用
微波图像发射设备
12V
1W
全天使用
无线指令接收系统
12V
5W
观察时使用
解码器
220V
10W
观察时使用
4.2控制系统设计
4.2.1、控制系统分析
整个闭路电视监控共有摄像机2台，其中全方位摄像机1台，定点摄像机1台。
整个系统具有以下控制功能：
a、要求主机可控制全方位摄像机和变焦摄像机
b、控制和切换图像
c、控制系统对每个摄像机的录像等。
4.2.2、控制系统设计
根据以上分析，监控指挥中心主要包括硬盘录像机、无线指令系统。
硬盘录像机通过无线指令系统来控制全方位摄像机和变焦摄像机，同时还控制系统的录像；监视器是主要画面的监视，如果投资允许的话，可以采用矩阵主机，分控键盘控制云台、镜头的方式。
云台、镜头等动作，可由监控中心控制，控制指令利用150M、230M、350M或450M等波段，采用FM-FSK方式。
系统具有256频点连续可调
4.3图像传输系统设计
图像传输利用L波段（1000—1800MHZ），采用FM方式，可传输一路彩色图像，图像传
输系统由发射端接收端、组成。
发射端有发射机，发射天线以及联接电缆组成。
接收端有天线、滤波放大器、接收机等组成。
4.4显示系统设计
图像显示可采用电视墙和显示器两种方式显示。
电视墙系统是监控系统中图像显示的一种重要设备。
将每只摄像机拍摄到的图像显示到固定电视墙的监视器上。
显示器对图像的显示是用来控制摄像机和录像及录像的回放，并不是专门用来显示图像。
由于整个系统共有摄像机4台，监视器4台。
系统设计中已预留了特殊显示功能，及需要将某个摄像机拍摄到的图像放大到34或更大的电视机上显示（不需要另外投资）。
4.5录像回放设计
录像：
·设置方式：
4路同时设置、每路单独设置。
·录像方式：
手动连续录像、指定时间预约录像。
·录像使用模式：
高速录像、高压缩比录像、动态感知录像高分辨率录像、动态感知高分辨率录像。
·录像质量：
进行9个压缩级别的调节。
·录像帧速：
1帧/10秒~25帧/秒的每路调节。
·动态感知级别：
10级
·动态感知区域：
全屏、10*7区域设置。
·指定时间录像：
按小时设置录像。
·存储方式：
循环存储、按硬盘容量存储。
·存储介质：
硬盘160g。
.
5、系统技术参数
5.1、微波图像传输系统：
利用微波频段传输视频、音频和报警信号。
系统由微波发射机、发射天线、接收天线、微波滤波放大器、微波接收机组成；传输图像逼真，色彩鲜艳，安装简便，移动灵活。
技术指标：
●频段：
L波段
●功率：
0.1-1W
●调制方式：
视频FM，伴音FM-FM
●频道间隔：
25MHz
●输入阻抗：
50Ω
●天线增益：
14dB（L波段）
●放大器增益：
30dB
●接收灵敏度：
10μV
●视频信噪比：
S/N≥42dB
●微分增益：
≤3%
●微分相位：
≤2º
●色度/亮度时延差：
≤10μS
●音频响应：
25Hz-15KHz
●传输距离无遮挡：
4-10KW
●电源电压：
+12V、交流电220V
●环境温度：
-30℃—+40℃
5.2、无线指令遥控系统：
系统由发射和接收系统构成，发射系统由发射机、键盘和发射天线组成；接收系统由接收机、译码器和天线组成。
它可控制50KM以内的云台、镜头等动作。
只有在要控制时才向外发射功率。
技术指标：
●频率：
150MHz、230MHz、350MHz、450MHz
●功率:
5W25W
●调制方式:
MSK
●接口:
RS232/RS485
●传输速率：
2400bps1200bps
●距离：
50km
5.3、显示系统参数
图像尺寸：
NTSC320×240,640×240,320×480,640×480
PAL:
384×288,768×288,384×576,768×576
画面频率：
NTSC：
从每一分钟一帧画面至每秒30帧画面
PAL：
从每分钟1帧画面至每秒25帧画面
图像压缩：
标准JPEG
12KB/帧（320×240）
25KB/帧（640×240）
50KB/帧（640×480）
多层JPEG（ML-JPEG）
3-5KB/帧（320×240）
5-10KB/帧（640×240）
12-20KB/帧（460×480）
压缩比可调：
视频压缩比例：
从3：
1至200：
1
数字压缩比例：
Y：
U：
V4：
2：
2
显示颜色数量：
全彩色
视频记录方式：
利用无终止缓冲器进行无终止循环记录
录像时间：
640GB硬盘120-168小时（可扩充）
视频输入
输入端：
COMPOSITE视频
视频输入数量：
33
输入阻抗：
75Ω
视频格式：
NTSC/PAL/SECAM
功率/功能交流电：
210-240V50HZ
功率：
3
升级会员 