本发明涉及林火安防领域，尤其涉及一种林火预警与应急处理系统。
背景技术：
：：近些年来，国内在林火安防方面的需求日益增加，对林区保护的投入逐渐加大，随着科学技术的快速发展，我国的林火安防技术，也从人工向信息化、自动化方向发展，但仍有一些局限性因素影响林区防火效果。在林火监测方面采用卫星遥感图像、飞机巡逻和视频监测、人工巡检和瞭望塔方式等，均存在着不能实现全天候、全时段的监测、成本过高、人为因素多等较为严重的误报漏报问题。在林火应急处理方面问题尤为突出，林区环境复杂，灭火人员和设备不能及时到达，林火难以在萌发状态得到有效控制，致使林火扩大或蔓延造成更大的损失。技术实现要素：针对目前林火安防领域存在的上述问题，本发明提供一种林火预警与应急处理系统。本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种林火预警与应急处理系统，包括：多个观测点，所述观测点包括设有低照度图像传感器和红外探测器的视频图像处理装置，所述视频图像处理装置将所述低照度图像传感器和红外探测器各自实时采集的监控林场的多张视频图像进行融合，得到具有精确定位的视频图像；第一类无人机编队，包括多架无人机，多个所述观测点分别设置在不同的所述无人机上，所述无人机编队悬停于需要进行林火预警的林区上空，以采用所述观测点对所述林区进行监测；图像传输系统，通过发射机、卫星接收机传输所述视频图像；指挥中心，接收所述视频图像，并根据所述视频图像判断是否有火情，如果有，则发布灭火指令；第二类无人机编队，包括多架无人机，用于接收所述指挥中心发送的灭火指令并对所述林区进行灭火处理。优选地，所述指挥中心包括：计算机网络监控系统，所述计算机网络监控系统包括GIS服务器，数据库服务器，媒体服务器，用于存储、调用地图信息、管理信息、音视频信息，并且计算火点位置、轮廓、面积及所需灭火的无人机数量、编队信息；集中控制系统，所述集中控制系统包括用于控制音视频切换的AV矩阵，用于控制计算机信号的RGB矩阵，以及用于将视频进行输出显示的中央控制器主机及触屏；指挥调度系统，包括调度服务器，用于调度指挥命令的交换和发布；无人机飞行控制系统，所述无人机飞行控制系统包括飞行控制服务器，用于控制所述第一类无人机编队和所述第二类无人机编队飞行，以及用于控制灭火材料的释放。优选地，所述无人机包括主控制器，以及与所述主控制器连接的GPS定位器、无线通信装置、灭火装置和飞行控制器，所述主控制器控制无人机的运行，所述飞行控制器控制无人机的飞行速度、姿态、高度，所述无线通信装置实现各个无人机之间的无线通信；所述灭火装置根据所述灭火指令执行相应的喷洒灭火动作。优选地，所述第二类无人机编队根据所述灭火指令到达火场，并将检测的火场面积、风速、火种等级、风速的数据传输至所述指挥中心，所述指挥中心进行数据校正后再发送投放灭火材料指令，以使所述无人机编队灭火。优选地，通过AdHoc网络体系构建所述无人机编队的通信自组网，形成以所述无人机为网络节点的通信网络，再根据所述通信自组网建立无人机的避碰算法。优选地，所述红外探测器将采集到的红外模拟信号进行数字处理得到一第一视频图像，所述低照度图像传感器将采集到的低照度图像模拟信号进行数字处理得到一第二视频图像，所述视频图像处理装置对所述第一视频图像和第二视频图像进行处理、融合、合成，得到所述视频图像。优选地，所述融合是通过来自不同时间、不同视点位置、不同视频图像处理装置拍摄的同一场景的至少两张视频图像，以此来匹配对应于相同物理位置的像素点。优选地，利用所述视频图像处理装置的标定技术、可视域分析技术以及ArcGISEngine通视性分析技术，实现对所述视频图像上任意位置火点的自动定位。优选地，所述视频图像处理装置设置于数字视频监控设备中，所述数字视频监控设备用于自动视觉监控，自动场景检测，自动报警。优选地，所述数字视频监控设备可远程设置火点的检测参数，所述检测参数包括最小检测范围，检测区域，报警级别。优选地，所述第一类无人机编队中包括的每架所述无人机初始位于一机库内，所有所述无人机按照一预定顺序依次被派出并采用所述观测点对所述林区进行监测；将每架所述无人机采用所述观测点对所述林区进行监测的持续时间预设为一预定时段，所述无人机在持续监测满所述预定时段后返回所述机库并进行自动充电。优选地，于所述观测点中，采用可见光烟雾检测方式检测所述林区中是否产生烟雾，以及采用红外检测方式检测所述林区中是否存在火点。优选地，于所述观测点中集成有至少三种检测类型，所述至少三种检测类型包括：采用可见光烟雾检测方式检测所述林区中是否产生烟雾的检测类型；采用红外检测方式检测所述林区中是否产生火点的检测类型；以及分别采用所述可见光烟雾检测方式检测所述林区中是否产生烟雾，以及采用红外检测方式检测所述林区中是否产生火点的检测方式。本发明的有益效果：本发明采用低照度图像控制器和红外探测器作为监测设备，将两者采集的图像融合以提高火点监测的有效性和精准度；同时，结合无人机的视觉技术和GIS定位系统，利用多数据信息融合及无线数据链路，实现全天候、全时段的监测。无人机在编队飞行过程中将其地理数据及编队飞行数据实时传输到指挥中心，当无人机抵达火场时，将感知的风速等数据传输至控制中心，指挥中心进行数据校正后发送投放灭火材料指令，最终及时扑灭林火。附图说明图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的视频图像处理装置的结构示意图；图3为本发明的林火预警与应急处理系统的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。一种林火预警与应急处理系统，包括：多个观测点，观测点包括设有低照度图像传感器和红外探测器的视频图像处理装置，视频图像处理装置将低照度图像传感器和红外探测器各自实时采集的监控林场的多张视频图像进行融合，得到具有精确定位的视频图像；第一类无人机编队，包括多架无人机，多个观测点分别设置在不同的无人机上，无人机编队悬停于需要进行林火预警的林区上空，以采用观测点对林区进行监测。图像传输系统，通过发射机、卫星接收机传输视频图像；指挥中心，接收视频图像，并根据视频图像判断是否有火情，如果有，则发布灭火指令；第二类无人机编队，同样包括多架无人机，并用于根据上述指挥中心发布的灭火指令对起火的林区进行灭火处理。本实施例的林火预警与应急处理系统采用低照度图像传感器和红外探测器作为监测的视频图像处理装置，将两者采集的视频图像进行融合，可为后面的图像配准、图像融合提供高清晰、高画质的图像，以提高林场监测的有效性和精准度。视频图像处理装置还包括微处理器、存储器以及其它外设，依据烟火的视频图像特征，利用各种图像处理技术对数字化处理视频信号进行图像处理和分析、判断，实现对监控区域的烟火检测。此外，该视频图像处理装置内嵌了视觉分析技术，支持消防检测。各观测点的视频图像处理装置输出的视频图像，首先送给智能视频处理器，再传给发射机，发射机经天线以无线方式发射到指挥中心。指挥中心首先用天线接收，然后下变频，最后经卫星接收机解调出视频图像，视频图像经(可选视频分配器直接将另一组视频图像送给硬盘录像机)分配后再送给矩阵控制器，通过主、分控键盘对矩阵控制器的控制，矩阵输出的视频图像可切换到任意指定的显示设备上显示。本发明优选的实施例，指挥中心包括：计算机网络监控系统，计算机网络监控系统包括GIS服务器，数据库服务器，媒体服务器，用于存储、调用地图信息、管理信息、音视频信息，并且计算火点位置、轮廓、面积及所需灭火的无人机数量、编队信息；集中控制系统，集中控制系统包括用于控制音视频切换的AV矩阵，用于控制计算机信号的RGB矩阵，以及用于将视频进行输出显示的中央控制器主机及触屏；指挥调度系统，包括调度服务器，用于调度指挥命令的交换和发布；无人机飞行控制系统，无人机飞行控制系统包括飞行控制服务器，用于控制上述第一类和第二类无人机编队飞行以及灭火材料的释放。上述实施例中，上述观测点位于无人机上，无人机可以悬停在林区上空，观测点呈360度旋转，因此可以无死角观测到林区是否存在起火现象。上述实施例中，当监测时，第一类无人机编队中的无人机依次出发执行监测操作。而在灭火时，第二类无人机编队中的无人机可以成编队出发执行灭火操作。上述的实施例中，指挥中心是整个系统的控制、图像显示、图像录像、监控中心。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。上述的实施例中，指挥中心还包括信息输出展示系统，该信息输出展示系统包括数字矩阵，电视墙，LED灯。数字矩阵用于将接收到的视频图像的信号进行转换，并将转换后的视频图像输出到电视墙上，而且该电视墙能够实时动态显示林区监控图像、并可根据显示方案切换显示画面。LED灯可用于实时动态显示火险等级、林区气象等信息。本发明优选的实施例，无人机包括主控制器，以及与主控制器连接的GPS定位器、无线通信装置、灭火装置和飞行控制器，主控制器控制无人机的运行，飞行控制器控制无人机的飞行速度、姿态、高度，无线通信装置实现各个无人机之间的无线通信；灭火装置根据灭火指令执行相应的喷洒灭火动作。无人机具备起飞时间短、速度快、效率高、垂直起降及不受高度限制等特点，在地形复杂的林区，较传统人工灭火有较大优势。无人机通过GPS定位器实时上传自身所处的地理位置。主控制器通过无线通信装置与指挥中心通讯连接，当主控制器接收到灭火指令后，主控制器根据灭火指令调整控制无人机的飞行速度、姿态、高度，以及控制灭火装置进行灭火。灭火装置包括灭火弹投弹装置和灭火弹。此外，无人机还包括防热罩，以抵御林区火灾给机身传递的高温。优选地，上述第一类无人机编队根据灭火指令到达火场，并将检测的火场面积、风速、火种等级、风速的数据传输至指挥中心，指挥中心进行数据校正后再发送投放灭火材料指令，以使上述第二类无人机编队灭火。上述第二类无人机编队将火场的实时参数传递给指挥中心，指挥中心再根据火情进行修改或者完善灭火方案，使得无人机投放灭火材料更加精准，这种作战方式也提高了灭火的效率。因为在大火中，观测点的设备可能被损坏了，无法精确地测量火点的具体信息。本发明优选的实施例，通过AdHoc网络体系构建无人机编队的通信自组网，形成以无人机为网络节点的通信网络，再根据通信自组网建立无人机的避碰算法。为了避免无人机在灭火过程中相互碰撞，有必要建立无人机的避碰算法。上述的实施例中，具体地采用基于ALOHA算法的防碰撞算法，可以避免无人机编队通讯时的信道竞争，保证各无人机的数据信息在其专有时隙进行及时、可靠的信息收发，解决传输延迟导致的数据传输率下降和数据之间的碰撞问题，同时通过GPS定位器实现无人机编队的同步和定位。本发明优选的实施例，红外探测器将采集到的红外模拟信号进行数字处理得到一第一视频图像，低照度图像传感器将采集到的低照度图像模拟信号进行数字处理得到一第二视频图像，视频图像处理装置对第一视频图像和第二视频图像进行处理、融合、合成，得到视频图像。具体地，本发明的视频图像处理装置的结构如图2所示，设置于前端光学系统的红外探测器和低照度图像传感器(优选的为CCD图像传感器)分别采集林场所发射的红外模拟信号和低照度图像处理模拟信号，红外模拟信号经红外探测器进行视频标准化，接着进行数字处理(通过一图像处理单元)，得到第一视频图像。低照度图像处理模拟信号经低照度图像传感器同步提取、降噪以及数字处理，得到第二视频图像。再将第一视频图像和第二视频图像进行处理、融合、合成，就得到融合后的视频图像并输出到一显示器进行显示。这就是融合技术。本发明优选的实施例，融合是通过来自不同时间、不同视点位置、不同视频图像处理装置拍摄的同一场景的至少两张视频图像，以此来匹配对应于相同物理位置的像素点。为了得到更精确的火点位置，可以采用电子稳像与灰度位平面的安防事件判断算法：将TRIZ理论应用到电子稳像算法中，可以有效的去除图像中的运动物体，从而使改进后的算法能够准确无误的进行图像处理。TRIZ理论将功能定义为：Function＝Vsrb(V)|Object(O)(1)其中Punction是功能，Verb是动作，Object是动作作用对象，因此稳像算法可写作：Algorithm＝Stable|Image(2)在结合HSI颜色模型与BP神经网络的图像分类下，运用灰度重新赋值方法将图像中林区与其他环境分离，提高灰度投影稳像算法在处理林区图像时的计算准确性。还可以采用林火识别算法，林火识别算法是将对电子稳像算法所得到的灰度图像进行灰度二进制化，形成灰度位平面，不同灰度位平面所展现的细节内容也不尽相同。再利用均值滤波将各图像平滑处理，使低位平面信息弱化，即设定图像函数为Z(i，j)＝T(i，j)+x(i，j)(3)其中，T(i，j)为图像信息函数，x(i，j)为噪声函数，利用以下平滑公式进行计算：Z‾(i,j)=1NΣ1nZ(i,j)=1N(Σ1nT(i,j)+x(i,j))---(4)]]>经此计算，有效弱化低位平面信息，保证高位信息的准确性，然后根据烟雾在不同位平面中所反映的信息设计出可靠的识别算法。本发明优选的实施例，利用视频图像处理装置的标定技术、可视域分析技术以及ArcGISEngine通视性分析技术，实现对视频图像上任意位置火点的自动定位。本发明优选的实施例，视频图像处理装置设置于数字视频监控设备中，数字视频监控设备用于自动视觉监控，自动场景检测，自动报警。视频图像处理装置作为数字视频监控设备的一部分，主要用于获取林场的视频图片。而与传统的视频监控和安防系统相比，该数字视频监控设备还可以在室外环境进行7×24小时全天候自动化无人值守，大幅度地减轻护林人员的负担，提高安全水平。本发明优选的实施例，数字视频监控设备可远程设置火点的检测参数，检测参数包括最小检测范围，检测区域，报警级别。根据应用场合不同，本实施例中的数字视频监控设备可以选择安装防尘罩、万向云台，、太阳能电池等前端辅助设备。本发明的一种林火预警与应急处理系统，其工作流程为(如图3所示的流程图)：数字视频监控设备实时获取检测数据，并进行预处理，得到林场的视频图片等信息，然后将视频图片等信息传输至指挥中心，指挥中心的计算机网络监控系统自动分析判断这些图片，若有火情，则自动报警，接着人工进行判读，以防止有误判，人工判断后认为有火情，就发送灭火命令给无人机编队；如果没有险情，则继续监测林场；当有火情时，无人机编队接收灭火指令，前往火点，到了火点后，将现场火点的实时数据传给指挥中心，指挥中心根据获取的现场的数据，控制无人机编队的队形以及控制释放灭火材料，直到将火扑灭。本发明的一种林火预警与应急处理系统中，上述第一类无人机编队中包括的每架无人机初始位于一机库内，所有无人机按照一预定顺序依次被派出并采用观测点对林区进行监测；将每架无人机采用观测点对林区进行监测的持续时间预设为一预定时段，无人机在持续监测满预定时段后返回机库并进行自动充电。具体地，上述第一类无人机编队中的无人机初始均停放在一机库中，在该机库中配备有供无人机进行自动充电的充电装置。则在执行林火预警的监测任务时，可以对每架无人机均设置一个持续监测的预设时段，该预设时段可以根据无人机的续航能力来设置，以保证每架无人机能够在该预设时段内正常完成悬停和监测的任务。当无人机持续监测达到上述预设时段后，无人机即返回上述机库并执行自动充电的操作，此时按照预设顺序排列在该无人机之后的无人机可以出发继续进行正常的监测工作(即执行换岗操作)。上述流程循环执行，可以保证实现对地形复杂林区的连续实时监测。本发明的另一个实施例中，当无人机持续监测即将达到上述预设时段后，按照预设顺序排列在该无人机之后的无人机可以提前出发并到达观测地点，此时之前持续监测已达到预设时段的无人机再返回机库进行自动充电，这样能够实现林区监测的全时段覆盖，避免因无人机换岗导致的监测空档期存在。本发明的一种林火预警与应急处理系统中，于观测点中，采用可见光烟雾检测方式检测林区中是否产生烟雾，以及采用红外检测方式检测林区中是否存在火点。并且，于观测点中集成有至少三种检测类型，至少三种检测类型包括：采用可见光烟雾检测方式检测林区中是否产生烟雾的检测类型；采用红外检测方式检测林区中是否产生火点的检测类型；以及分别采用可见光烟雾检测方式检测林区中是否产生烟雾，以及采用红外检测方式检测林区中是否产生火点的检测方式。具体地，上述观测点集成可见光烟雾检测算法，并和红外检测流程融合，可见光检测烟雾，红外检测火点，实现全自动检测。同时，系统兼容单独可见光烟火识别、单独红外火点别、可见光和红外混合识别的三种火情检测模式，能满足林火的全天候实时监测。以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。当前第1页1 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