专利名称：基于红外相机的森林火情动态监测报警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及森林火情动态监测与报警装置。具体是指以基于地面监控塔的红外相机为核心，可进行森林日夜实时监测报警的系统。
背景技术：
森林是地球赖以呼吸的肺，然而每年都会因自然或人为原因而引发森林火灾，烧毁大片森林。多数森林火灾都是因为小火未能及时发现、扑救，终酿成大面积火灾。因此，如何及时、准确、有效地监测可能和已经发生的森林火灾，具有非常重要的意义。
随着科学技术的显著进步，利用卫星监测林火的技术日趋成熟。但是，由于受到卫星过境次数及其分辨率的限制，卫星探测的误警率较高，仅适用于对全国宏观区域的林火发生面积和位置进行定期监测，不适合森林火情的实时监测。目前我国华北地区森林里使用的是基于地面监控塔的可见光摄像机来监测火情。这种通过监测烟雾来判断火情的方法，具有很大的局限性。因为只有当林木剧烈燃烧起来才能监测到烟雾；由于烟雾蔓延，监测到的烟雾可能会偏离着火点；而且，到了夜晚系统的探测能力会大大降低。
红外相机是对被测目标的辐射进行扫描及显示的一种技术，一旦发生森林火情，着火点和非着火点的辐射是有很大差别。因此，利用红外相机发展森林火情动态监测报警系统可以实现24小时实时、准确监测报警。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于红外相机的森林火情动态监测系统，以弥补传统监测系统漏报率较高的不足，实现森林火情的准确、实时、快速监测。
本发明的基于红外相机的森林火情动态监测系统，其特征在于至少包括一路置于监控塔1上的红外相机2，地面监测中心3。红外相机对地面进行全方位/定点扫描获得图像，采集到的数据通过以太网或者微波通信实时传输给地面监测中心。
这种森林火情动态监测系统，其特征在于所述红外相机包括光学探头9，数据采集控制器10，通信模块11，以及带动光学探头旋转的云台14。其中光学探头9由红外镜头12和探测器头部13构成。
这种森林火情动态监测系统，其特征在于所述数据采集控制器，包括电源电路15提供探测器头部所需的各种电源；控制电路17提供各种时序信号控制探测器头部工作，操纵云台的旋转状态，控制AD转换电路16进行视频信号的采集和处理，并且控制通信模块11发送或接收数据；AD转换电路16对视频信号和温度信号进行前置放大、模数转换；与地面监测中心的通信可以选择以太网或者微波通信模块。
这种森林火情动态监测系统，其特征在于所述监测中心，包括数据连接系统4，控制计算机5，图像处理计算机6和报警系统7。数据连接系统由交换机或者微波接收模块构成，接收各路监控塔上的红外相机发送的数据。控制计算机将数据保存至文件数据库，同时在监测器8上进行实时显示，每个监测器对应着一路红外相机。控制计算机的应用软件包括文件数据库，监控管理软件和电子地图。文件数据库存储各路红外相机现场采集的数据。图像处理计算机6将接收到的图像数据与存储在计算机内的林火参照模式进行比较，通过图像识别技术进行森林火情的判断，再根据判断结果决定是否启动报警系统。消防机构收到火警后开展扑救林火工作。
所述的基于红外相机的森林火情动态监测系统，其工作流程如下§1在实验室内进行红外相机的光谱定标和辐射定标；§2将红外镜头和探测器头部装配在一起并置于森林监控塔的云台上，调整倾斜角度，根据扫描速率设置云台的水平运动速度以及垂直运动速度；§3开启总电源，启动探测器工作，数据采集控制器对模拟信号前置放大以及AD转换，同时对采集到的原始图像数据进行预处理，如滤波，图象增强、目标识别，火情的初步判断等；§4处理后的图像数据通过以太网接口或者微波通信模块实时传输给地面监测中心；§5地面监测中心通过数据连接系统接收数据，控制计算机进行多路实时监视并将数据保存至文件数据库，同时图像处理计算机对接收到的红外图像进行处理、分析，通过与存储在计算机内的林火参照模式的比较进行目标识别，实现森林火情的判断；若是检测到高温火点则进行强度分级、根据电子地图自动定位，并且启动报警系统，通知消防部门。
本发明的优点是利用基于森林监控塔的红外相机，通过图像识别技术可实现森林火情的快速、实时、现场监测，能够很好弥补传统方法探测率不高的缺点。应用本发明，可以构建“立体林火监测体系”，实现全天候实时准确地监测森林火情，及时把握火势动态；为林火的扑救工作提供有效的指导信息。
图1为本发明的总体框图。
图2为红外相机的功能框图。
图3为红外相机的数据采集控制器的图像实时采集通信软件流程图。
图4为数据采集控制器框图。
具体实施例方式
下面结合附图给出本发明一个较好实施例，用以说明本发明的结构特征，而不是用来限定本发明的范围。
红外相机包括以下几个部分1)红外镜头12选用硅红外透镜，工作波长范围为1.8～3μm，焦距150.93mm，F数1.0，视场角15.2°。
2)探测器头部13和云台14探测器对接收到的地物辐射作光电转换。采用短波红外256元线列InGaAs探测器，像元尺寸为50μm×200μm，光谱响应范围1.2～2.6μm，峰值响应波长2.3μm，饱和输出电荷10pC，光电响应非均匀性为±10％，转换增益1V/pC，暗电流(T＝25℃)为3000pA。探测器的驱动及数据的读出采用多通道探测器头部，主要由以下几部分组成探测器插槽，热电制冷器(制冷温度-25±0.1℃)，驱动放大电路以及温度控制电路。探测器头部集成了两级珀耳帖制冷器，用于热电制冷，室温下可以制冷到-25℃。由于InGaAs芯片和珀耳帖制冷器密封在一起，因此不需要空气干燥，易于操作。采用热敏电阻来监控探测器的温度，温控电路上电，热电制冷器和内置的风扇开始工作，探测器被制冷到预设的温度。同时，跟传感器温度对应的电压信号由温度监控终端输出。如果热电工作制冷器失效引起电路过热，内置的保护电路将自动切断热电制冷器的电源。
通过镜筒调整圈将红外镜头12与探测器头部13装配在一起并置于室外全方位云台14上。云台内置大功率同步电机驱动，配合高强度齿轮，扭距力大，确保载重运行平稳可靠。输入电压AC24V，便于户外连接。通过外部机械限位调节器设定云台垂直、水平方向旋转角度。
3)数据采集控制器数据采集控制器框图如图4所示，由三部分构成电源电路15，AD转换电路16以及控制电路17。为了便于仪器调试，预留USB 2.0接口。数据采集控制器主要用来给多通道探测器头部提供所需的多路电源以及时序控制信号；采集温度电压信号，控制热电制冷器到预设的温度值；对模拟视频信号进行前置放大以及16 bitAD转换；利用数字信号处理器DSP对采集到的原始图像数据进行预处理，如滤波，图象增强等；控制通信模块接收来自监测中心的指令或发送数据。其软件流程图见图3。
4)通信模块采用一种嵌入式工业以太网通信模块，将处理后的图像数据传送给地面控制中心。其中，以太网控制器采用工业级、10M/100M自适应芯片，数据通过变压器隔离以太网接口，从而保证系统的可靠运行。模块内嵌了完整的Modbus-TCP/IP协议，实现了基于Modbus/TCP协议的以太网接入方案。
权利要求
1.一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于至少包括一路置于监控塔(1)上的红外相机(2)，地面监测中心(3)；红外相机对地面进行全方位/定点扫描获得图像，采集到的数据通过以太网或者微波通信实时传输给地面监测中心(3)；与地面监测中心的通信可以选择以太网或者微波通信模块；所述红外相机包括光学探头(9)，数据采集控制器(10)，通信模块(11)，以及带动光学探头旋转的云台(14)；其中光学探头(9)由红外镜头(12)和探测器头部(13)构成；所述监测中心(3)，包括数据连接系统(4)，控制计算机(5)，图像处理计算机(6)和报警系统(7)。
2.根据权利要求1的一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于所述数据采集控制器(10)，包括电源电路(15)提供探测器头部所需的各种电源；控制电路(17)提供各种时序信号控制探测器头部工作，操纵云台的旋转状态，控制AD转换电路(16)进行视频信号的采集和处理，并且控制通信模块(11)发送或接收数据；AD转换电路(16)对视频信号和温度信号进行前置放大、模数转换。
3.根据权利要求1的一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于所述数据连接系统(4)由交换机或者微波接收模块构成，接收各路监控塔上的红外相机发送的数据。
4.根据权利要求1的一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于所述控制计算机(5)存有的应用软件包括文件数据库，监控管理软件和电子地图；控制计算机(5)将数据保存至文件数据库，同时在监测器(8)上进行实时显示，每个监测器对应着一路红外相机。
5.根据权利要求4的一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于所述的文件数据库存储各路红外相机现场采集的数据。
6.根据权利要求1的一种基于红外相机的森林火情动态监测报警系统，其特征在于所述的图像处理计算机(6)将接收到的图像数据与存储在计算机内的林火参照模式进行比较，通过图像识别技术进行森林火情的判断，再根据判断结果决定是否启动报警系统。
全文摘要
本发明公开了一种基于红外相机的森林火情动态监测系统，包括至少一路置于监控塔上的红外相机，以及地面监测中心。利用基于森林监控塔的红外相机作环形扫描获得地物图像，根据火点和背景辐射强度的不同以及火焰的温度与辐射强度的定量化关系，应用图像识别技术达到森林火情判断的目的。本发明的优点是采用红外相机，可以弥补可见光摄像机探测林火的局限性；采用电子网络管理可以实时动态监测以及提供全面、准确、及时、详尽的火灾现场数据，为林火的扑救工作提供有效的指导信息。
文档编号G08B25/00GK101046908SQ200710040398
公开日2007年10月3日 申请日期2007年5月8日 优先权日2007年5月8日
发明者毛洁娜, 亓洪兴, 于龙, 肖功海, 杨一德, 林莹莹, 潘明忠 申请人:中国科学院上海技术物理研究所