一种森林防火预警系统及方法与流程

本发明涉及森林防火技术领域，尤其是一种森林防火预警系统及方法。

背景技术：

森林火灾对生态环境危害巨大，还会对生产经济造成重大损失，因此，人们森林火灾预警与监测的投入也越来越大。目前，在森林防火监测时，主要有以下几种方式；

1)视频监控，通过在森林里安装铁塔，将监控视屏固定在铁塔上，通过监控视频获取森林实时图像，然后传输到监控室，通过人工监守的方式，监视火情；

2)无人机巡航，通过无人机周期性的巡航，查找火情区域；

3)采用卫星遥感监测。

其中，采用视频监控的形式，如果视频监控面积大，则容易导致监控的精度降低，难以精确的确定烟火位置，而且，如果视频监控面积较小，由于视频监控需要铁塔、机房等基建工程，导致成本较高，且不易维护；采用无人机巡航的形式，无人机飞行稳定性和续航能力都难以保证大面积森林的巡航，而且其巡航间隔时间内极易出现火情；采用卫星遥感监测的方式，需要专用的卫星及接受设备，成本更高，而且对于微小着火点难以快速查找。因此现有的森林防火监测设备和方法已经无法有效的满足需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种森林防火预警系统及方法，可以快速、精准的确定烟火区域的位置和范围，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种森林防火预警系统，包括：

n个间隔设置的第一监控组件，所述主监控组件包括云台、设置于所述云台上的图像采集件；

m个间隔设置的第二监控组件，所述第二监控组件包括安装件、火情监测单元、引火条件监测单元；

处理单元，与所述第一监控组件、第二监控组件信号连接，用于判断所述图像采集件所采集图像上的烟火区域，并启动烟火区域位置处的火情监测单元，获得火情监测单元所监测的火情信息；

其中，n为大于0的整数，m为大于1的整数，相邻所述第一监控组件之间的距离为l，1km≤l≤10km，相邻所述第二监控组件之间的距离为s，20m≤s≤50m。

进一步的，所述图像采集件包括热像仪、摄像机。

进一步的，所述引火条件检测单元包括湿度传感器、风速风向传感器、温度传感器，所述火情监测单元包括烟雾传感器、红外温度传感器、图像传感器。

进一步的，所述第二监控组件还包括一主控芯片、信号收发模块、计时模块，所述主控芯片同时与所述火情监测单元、所述引火条件监测单元相连。

进一步的，所述安装件包括弧形的安装环、在安装环开口处的连接件，所述系统包括若干个火情监测单元，且各所述火情监测单元沿所述安装环间隔设置。

进一步的，所述安装环为优弧，且在所述安装环的中段转动连接。

进一步的，所述安装环内侧还设有压力传感器。

本发明还提供了一种森林防火预警方法，包括如下步骤：

s1、在森林中设置上述的第一监控组件、如上述的第二监控组件；

s2、所述图像采集件转动，获取森林实时图像，所述处理单元获取森林实时图像，并进行烟火检测；

同时，所述引火条件监测单元每间隔一段时间进行数据采集，并向所述处理单元发送所采集数据；

s3、对所述森林实时图像上检测烟火区域；

s4、开启所述烟火区域处的所述火情监测单元，进行火情监测，并向所述处理单元发送监测信息；

s5、所述处理单元根据所述火情监测单元所监测的信息，精确判断起火位置和起火范围。

进一步的，所述s1包括：

s11、在所述云台的圆周方向上设置若干个拍摄角度，以使得所述云台带动所述图像采集件在各所述拍摄角度上采集实时图像；

s12、所述图像采集件转动，并分别在各拍摄角度采集图像，获得基准图像；

s13、基于所述基准图像建立平面坐标网格，并将所述平面坐标网格交汇点处的森林区域实际位置信息与所述坐标网格的图上坐标建立对照库；

所述s3包括：

s31、根据所述森林实时图像采集时所述图像采集件的角度，查找对应的基准图像；

s32、将所述森林实时图像与所述基准图像对比，查找所述烟火区域边缘最近的坐标网格交汇点，并将各坐标网格交汇点依次串联，构成烟火区域的实际位置信息。

进一步的，所述s1包括：

s11、在所述云台的圆周方向上设置若干个拍摄角度，以使得所述云台带动所述图像采集件在各所述拍摄角度上采集实时图像；

s12、所述图像采集件转动，并分别在各拍摄角度采集图像，获得基准图像；

s13、确定各所述第二监控组件在所述基准图像上的位置；

所述s3包括：

s31、根据所述森林实时图像采集时所述图像采集件的角度，查找对应的基准图像；

s32、将所述森林实时图像与所述基准图像对比，查找所述烟火区域处的第二监控组件。

本发明的有益效果在于，可以快速、精准的确定烟火区域的位置和范围，解决了现有技术中存在的问题。

附图说明：

图1为本发明中第一监控组件的结构示意图；

图2为本发明中第二监控组件的结构示意图；

图3为本发明中第二监控组件的原理结构示意图；

图中，1、云台；2、热像仪；3、摄像机；4、湿度传感器；5、风速风向传感器；6、温度传感器；7、烟雾传感器；8、红外温度传感器；9、图像传感；10、主控芯片；11、信号收发模块；12、计时模块；13、安装环；14、连接件；15、压力传感器。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

本发明的实施方式如图1-3所示，一种森林防火预警系统，包括：

n个间隔设置的第一监控组件，所述主监控组件包括云台1、设置于所述云台1上的图像采集件；

m个间隔设置的第二监控组件，所述第二监控组件包括安装件、火情监测单元、引火条件监测单元；

处理单元，与所述第一监控组件、第二监控组件信号连接，用于判断所述图像采集件所采集图像上的压力传感器15，并启动压力传感器15位置处的火情监测单元，获得火情监测单元所监测的火情信息；

其中，n为大于0的整数，m为大于1的整数，相邻所述第一监控组件之间的距离为l，1km≤l≤10km，相邻所述第二监控组件之间的距离为s，20m≤s≤50m。

本发明的森林防火预警系统在使用时，在正常情况下，监控云台1上的图像采集件转动并采集森林的实时图像，并将采集的实时图像发送给处理单元，同时，处理单元接收实时图像后，进行烟火判断，如果判断出现烟火区域，则初步的确定烟火区域的位置信息，然后处理单元向该位置区域处的第二监控组件发送指令，使得火情监测单元开启，进行火情监测，获取火情信息，处理单元获取第二监控组件发送的火情信息后，精确判断烟火区域的位置、范围。

其中，由于本发明中还设置了引火条件监测单元，可在正常情况下，周期性的对森林中引火条件进行监测，以判断森林中的引火条件，提前进行预防。

在本发明中，在使得第一监控组件之间具有一定间隔距离、保证第一监控组件的监控面积的基础上，降低第一监控组件的建设、维护成本，还可通过第二监控组件精确的确定烟火区域的位置、范围，能够有效的满足森林防火的需求；

此外，本发明中，还可通过第二监控组件，获取森林中各位置区域的引火条件信息，进而可以判断各位置区域的潜在引火范围，可针对这些潜在的引火范围进行提前预防监测。

进一步的具体的说，在本实施方式中，所述图像采集件包括热像仪2、摄像机3。由此可以通过摄像机3实时拍摄森林里的实施图像、通过热象仪实时获取森林里的热成像图片。

进一步的具体的说，所述引火条件检测单元包括湿度传感器4、风速风向传感器5、温度传感器6，所述火情监测单元包括烟雾传感器7、红外温度传感器8、图像传感器9。

本发明中，由于引火条件监测单元包括了湿度传感器4、风速风向传感器5、温度传感器6，可将空气湿度、温度、风速分别划分若干个引火条件等级，由此可以获取森林中各第二监控组件位置处的空气湿度信息、风速、风向信息、空气温度信息，可以对于该位置处的引火条件进行判断，划分引火条件等级，从而制定相应的防范措施。并且，监测单元包括烟雾传感器7、红外温度传感器8、图像传感器9，在火情监测时，可通过三个传感器对火情信息监测，其中通过烟雾传感器7和红外温度传感器8可以获取空气中的烟雾信息和温度变化情况，如若监测到空气中的烟雾信息、或红外温度传感器8监测到温度上升一定度数后，判断该区域起火，同时通过图像传感器9获取的图像，可以进一步的进行判断火情。

在优选的实施例中，处理单元在获取了摄像机3和热像仪2获取的实时图像后，可通过显示屏显示，通过查看判断是否存在烟火区域，如若存在烟火区域，则大致判断烟火区域的位置，然后开启对应位置处的第二监控组件的火情监测单元进行火情监测。

或者，处理单元在获取了摄像机3和热像仪2的实时图像后，对于摄像机3获取的图像，可通过在处理单元中，应用现有的烟火识别检测方法，对于图像中进行烟火识别检测，对于热像仪2所获取的图像，可在处理单元中，应用现有的红外成像烟火检测方法进行检测，从而可以实现自动的烟火检测，由此可在检测出烟火信息后，处理单元可向设置的报警模块发出报警指令，提醒人们出现烟火情况。

进一步的具体的说，所述第二监控组件还包括一主控芯片10、信号收发模块11、计时模块12，所述主控芯片10同时与所述火情监测单元、所述引火条件监测单元相连。由此可以通过主控芯片10和计时模块12周期性的开启引火条件监测单元，并通过信号收发模块11向处理单元发送引火条件监测单元获取的信息。其中，各火情监测单元可交错向处理单元发送引火条件信息，由此可降低对于处理单元信号接入、处理、存储能力的要求。

在本实施方式中，信号收发模块11采用gprs模块，主孔芯片可选用stm325,相应的处理单元中还包括gprs模块、存储模块、显示模块、输入模块、处理器模块。

由此可见，本发明中，通过第一监控组件对于森林整体进行火情监测，引火条件监测单元周期性的开启，火情监测单元仅在处理单元发送指令后开启，从而可以降低第二监控组件的使用频次、使用时长，降低第二监控组件各部件的使用损耗、降低其能耗，有利于提高整体系统使用的稳定性，降低其维护难度。

在优选的实施例中，处理单元包括与第一监控组件、第二监控组件之间信号相连的信号收发模块11、中央处理器、显示单元。若在处理单元的中央处理器中预设烟火检测方法时，本发明中还包括报警模块，以在检测出烟火信息，向外界报警，具体可选用声光报警模块，或者无线报警模块。

需要说明的是，在优选的实施例中，第一监控组件、第二监控组件处还分别设有北斗模块，以在第一监控组件、第二监控组件向处理单元发送信息的同时发送位置信息，还可利用北斗模块的短文播报功能，在火情检测单元获取火情信息后，通过北斗模块传递给处理单元。

进一步的具体的说，所述安装件包括弧形的安装环13、在安装环13开口处的连接件14，所述系统包括若干个火情监测单元，且各所述火情监测单元沿所述安装环13间隔设置。由此可以在安装第二监控组件时，可挑选作为安装点的树木，然后将安装环13卡箍在树木上，通过连接件14相连，由此可以便于安装第二监控组件。而且，通过设置多个火情监测单元，使得各火情监测单元间隔设置在安装环13上，还可增加火情监测的视角，尤其对于红外温度传感器8、图像传感器9而言，可以实现近乎360°监测。

在优选的实施例中，所述安装环13为优弧，且在所述安装环13的中段转动连接。

在本实施方式中，连接件14可优选的选用弹性的橡胶绑带，由此可以降低安装件对于树木生长的影响。橡胶绑带与安装环之间可采用捆绑连接、或者粘结。

为了防止安装件掉落影响使用，同时监测安装环13与树木之间的固定状况，防止由于树木生长导致的安装环13被撑坏，进一步优化之处在于，所述安装环13内侧还设有压力传感器15。从而可以在树木生长后，安装环13与树木之间的压力传感器15监测的压力数值大于设定阈值时，则需调整安装环13；若安装环13与树木之间压力突然间变小时，则预示安装环13松动，或掉落，需要重新固定安装环13。

在优选的实施例中，第二监控组件还可仿生设置，例如，将安装环13设置成藤蔓的形式。

其中，对于第二监控组件电力供应，由于本发明中，第二监控组件采用周期性开启，耗能较小，在本实施方式中采用风光一体发电组件供电，可满足使用需求。

本发明还提供了一种森林防火预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、在森林中设置如上述实施例中所述的第一监控组件、如上述实施例中所述的第二监控组件；

其中，优选的实施例中，还可采用矩阵式的设置第一监控组件和第二监控组件，由此可以实现整个森林的无死角覆盖。

s2、所述图像采集件转动，获取森林实时图像，所述处理单元获取森林实时图像，并进行烟火检测；

同时，所述引火条件监测单元每间隔一段时间进行数据采集，并向所述处理单元发送所采集数据；

s3、如果所述森林实时图像上检测出烟火区域，所述处理单元获取所述烟火区域的位置信息；

s4、开启所述烟火位置信息处的所述火情监测单元，进行火情监测，并向所述处理单元发送监测信息；

s5、所述处理单元根据所述火情监测单元所监测的信息，精确判断起火位置和起火范围。

针对确定烟火区域位置信息，在优选的实施例中，所述s1包括：

s11、在所述云台1的圆周方向上设置若干个拍摄角度，以使得所述云台1带动所述图像采集件在各所述拍摄角度上采集实时图像；

s12、所述图像采集件转动，并分别在各拍摄角度采集图像，获得基准图像；

s13、基于所述基准图像建立平面坐标网格，并将所述平面坐标网格交汇点处的森林区域实际位置信息与，所述坐标网格的图上坐标建立对照库；

所述s3包括：

s31、根据所述森林实时图像采集时所述图像采集件的角度，查找对应的基准图像；

s32、将所述森林实时图像与所述基准图像对比，查找所述烟火区域边缘最近的坐标网格交汇点，并将各坐标网格交汇点依次串联构成烟火区域的实际位置信息。

或者，作为可替换的实施例，所述s1包括：

s11、在所述云台1的圆周方向上设置若干个拍摄角度，以使得所述云台1带动所述图像采集件在各所述拍摄角度上采集实时图像；

s12、所述图像采集件转动，并分别在各拍摄角度采集图像，获得基准图像；

s13、确定各所述第二监控组件在所述基准图像上的位置；

所述s3包括：

s31、根据所述森林实时图像采集时所述图像采集件的角度，查找对应的基准图像；

s32、将所述森林实时图像与所述基准图像对比，查找所述烟火区域处的第二监控组件。

应当注意的是，在优选的实施例中，为了防止烟火区域周边存在次生火源，所述s4包括：

s41、在所述实时图像上将所述烟火区域边缘向外延伸x个像素点，将边缘延伸后的所述烟火区域设定成火情监测单元开启区域，并将所述火情监测单元开启区域内的火情监测单元开启，进行火情监测。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。