專利名稱：一種森林火災(zāi)探測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于消防安全檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種森林火災(zāi)探測方法 及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
森林火災(zāi)是全球性的林業(yè)重要災(zāi)害之一，每年都會造成林業(yè)資源的重 大損失和大范圍的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的森林防火監(jiān)測，主要采用人工瞭望、 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和衛(wèi)星遙感方式。
人工瞭望方式是在制高點設(shè)立瞭望哨，值班人員24小時輪流值班，由 于人為的疏忽和過失，會使得許多火情未能及早發(fā)現(xiàn)，延誤撲火時間，造 成嚴(yán)重后果。
遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方式是在林區(qū)搭建大量的視頻監(jiān)控點，監(jiān)控點配備攝像 機，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將實時畫面?zhèn)魉偷奖O(jiān)控中心，由中心人員實施監(jiān) 控。該方式不需直接派駐人員到林區(qū)現(xiàn)場，但在遠(yuǎn)距離上人工很難識別早 期火情。尤其是可見光攝像機監(jiān)控系統(tǒng)，在夜間，幾乎沒有可探測的光譜范 圍的光照，視頻圖像上幾乎是漆黑一片，很難發(fā)現(xiàn)和判斷林火。熱紅外視 頻監(jiān)控系統(tǒng)相比較可見光攝像機監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是，采用了熱紅外光譜的 攝像系統(tǒng)，將熱紅外光譜7.5到13.5微米的圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像。由于 所有超過絕對零度的物體都回散射出紅外光譜，溫度越高，散射出的紅外 光譜越強，所以，在熱紅外成像顯示的灰度圖像中，物體在圖像上的亮度 強度與物體的溫度成正比，因此通過觀看圖像上亮度高的點即可判斷森林 火險。同時，熱紅外成像不受白晝限制，白天和晚上都可以準(zhǔn)確的判斷森 林火險。但是熱紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)并未解決可見光攝像機監(jiān)控系統(tǒng)需要人 工參與的缺點，依然需要人工靠肉眼判斷森林火險，而且兩者均對火災(zāi)發(fā) 生概率很重要的氣象參數(shù)不能有效實時掌握。
衛(wèi)星遙感方式是通過對遙感照片的處理后發(fā)現(xiàn)林火，但衛(wèi)星只能發(fā)現(xiàn) 較大區(qū)域的林火，在火災(zāi)早期無法發(fā)現(xiàn)。
近年來，由于森林火災(zāi)探測技術(shù)發(fā)展滯后，森林大火時有發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失異常巨大。當(dāng)前林區(qū)的消防安全工作急需實時性強、24小時不間斷有 效監(jiān)控、不依賴于人工參與判斷、林火發(fā)現(xiàn)概率高、誤報率低、手段先進(jìn) 的森林防火監(jiān)控方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的森林火災(zāi)探測方法及系統(tǒng)，以求高效 率地發(fā)現(xiàn)可疑火源，自動計算火警概率，準(zhǔn)確判斷火災(zāi)的發(fā)生并及時報警。
本發(fā)明是這樣探測森林火災(zāi)的首先用加權(quán)閾值對紅外熱像儀現(xiàn)場采 集的紅外圖像進(jìn)行識別，同時對可見光攝像機現(xiàn)場采集的圖像進(jìn)行煙火采 樣識別，然后結(jié)合兩次識別的結(jié)果及微型氣象站現(xiàn)場采集的氣象數(shù)據(jù)，用 雙門限確定火災(zāi)的發(fā)生并自動發(fā)出預(yù)警信號；其實際工作流程包括①現(xiàn)場 數(shù)據(jù)采集、②圖像數(shù)據(jù)處理、③火災(zāi)識別分析、④識別結(jié)果傳輸、⑤火災(zāi) 概率評估、⑥火災(zāi)自動預(yù)警六大步驟，各步驟之間依次連接為先后關(guān)系。
六大步驟的具體工作內(nèi)容如下所述-
① 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集一-首先通過監(jiān)控點的紅外熱像儀與可見光攝像機及 微型氣象站分別采集實時圖像和氣象數(shù)據(jù)，并將其輸出信號輸入到嵌入式 視頻處理設(shè)備中，然后由嵌入式視頻處理設(shè)備的CPU將抓取的熱像圖像與 可見光圖像一幀圖像及一組氣象數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)流至預(yù)定義數(shù)組。
② 圖像數(shù)據(jù)處理一-嵌入式處理設(shè)備的CPU先對熱成像圖像操作，再 對可見光圖像操作。對熱成像圖像操作時，先結(jié)合輸入的氣象數(shù)據(jù)，調(diào)整 幀圖像整體亮度，算出合適的原始閾值，然后計算整體圖像加權(quán)平均亮度 值，加權(quán)的方法是對未超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值等于該 象素點亮度值，對超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值變?yōu)榱炼戎?減原始閾值后的2.2次方，求和結(jié)果為真實閾值，再對圖像進(jìn)行二值化處 理，對低于真實閾值的象素點作歸O處理，對高于真實閾值的象素點作歸 1處理，然后再對圖像中相鄰的值為1的點合并，合并后分出多個區(qū)域， 這些區(qū)域即是可能的著火區(qū)域；對可見光圖像操作時，先使用改進(jìn)后的 canny算法對圖像進(jìn)行邊緣檢測，再進(jìn)行圖像分割得到可能存在煙火的區(qū) 域，圖像數(shù)據(jù)流保存在預(yù)定義數(shù)組中，然后結(jié)合實際圖像標(biāo)記正常溫度偏 高區(qū)域。其中，對熱成像圖像操作的計算公式為"加權(quán)亮度和二E [w0 and iK象 素點個數(shù)and light(n)〈閾值]light (n) + i: [n>0 and n〈象素點個數(shù)and light(n)〉閾 值](light(n)-閾值)"";對可見光圖像操作所使用的"改進(jìn)后canny算法"， 包含(l)高斯濾波、(2)計算方向?qū)?shù)、(3)計算梯度的幅度、(4)應(yīng)用非 non-maximum抑制、(5)應(yīng)用Hystersis找到所有邊界五個計算步驟，各計算 步驟之間依次連接為先后關(guān)系。
③ 火災(zāi)識別分析---嵌入式處理設(shè)備的CPU將熱成像可能著火區(qū)域與 可見光圖像比較，忽略正常溫度偏高區(qū)域，報警非正常區(qū)域并計算報警區(qū) 域面積比例，然后根據(jù)百分比報告火情可能性系數(shù)。
④ 識別結(jié)果傳輸---嵌入式處理設(shè)備的CPU先用H.264或MPEG4視 頻壓縮算法對兩路視頻圖像進(jìn)行壓縮，將氣象信息、火情報警信息、地理 位置信息、圖像信息打包TCP/IP包，然后通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送至 指揮控制中心的計算機；再由該計算機結(jié)合其地理信息系統(tǒng)，統(tǒng)一界面顯 示視頻、氣象、報警等信息，實現(xiàn)統(tǒng)一平臺監(jiān)控系統(tǒng)。
⑤ 火災(zāi)概率評估一_先由指揮控制中心的計算機通過接收到的數(shù)據(jù)包 解壓并顯示紅外和可見光視頻圖像，接收火情識別結(jié)果；然后該計算機通 過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令控制監(jiān)控點的重載數(shù)字云臺上下、左右旋轉(zhuǎn)，對紅外 熱像儀和可見光攝像機的拍攝角度進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整，再根據(jù)以往收集的 大量的發(fā)生火災(zāi)時的氣象信息數(shù)據(jù)庫，并讀取監(jiān)控點通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的實時 氣象信息對火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行自動評估和火險等級的自動評判。
⑥ 火災(zāi)自動預(yù)警---先根據(jù)監(jiān)控點發(fā)回的重載數(shù)字云臺當(dāng)前視場的 縱、橫軸角度，結(jié)合林區(qū)監(jiān)控點固定位置所在的經(jīng)緯度和高度，在三維地 理信息系統(tǒng)中，通過三維科學(xué)計算得到該火災(zāi)發(fā)生的具體地點，在中構(gòu)建 三維場景，通過分析該火災(zāi)周圍的防火通道、防火隔離帶、林區(qū)小斑信息、 林相信息、水系、山坡陡度等修正計算火災(zāi)發(fā)生概率，然后根據(jù)火災(zāi)發(fā)生 概率的值，來判斷是否發(fā)生了火災(zāi)，如果是，則自動報警并啟動多路錄像。
按上述方法進(jìn)行工作的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)，由多個林區(qū)監(jiān)控點和指揮 控制中心組合構(gòu)成，林區(qū)監(jiān)控點通常設(shè)置在監(jiān)控鐵塔上，林區(qū)監(jiān)控點和指 揮控制中心之間連接有通信網(wǎng)絡(luò)。
該系統(tǒng)的林區(qū)監(jiān)控點包括重載數(shù)字云臺、紅外熱像儀、可見光攝像機、
7微型氣象站、嵌入式視頻處理設(shè)備、通信網(wǎng)橋；紅外熱像儀、可見光攝像 機、微型氣象站、嵌入式視頻處理設(shè)備、通信網(wǎng)橋分別設(shè)置在重載數(shù)字云 臺上，紅外熱像儀、可見光攝像機和微型氣象站的信號輸出端分別對應(yīng)連 接嵌入式視頻處理設(shè)備的信號輸入端，重載數(shù)字云臺和通信網(wǎng)橋的信號輸 入/輸出端分別對應(yīng)與視頻處理設(shè)備的信號輸出/輸入端連通；所述的指揮 控制中心包括計算機、通信網(wǎng)橋；通信網(wǎng)橋的信號輸入/輸出端分別對應(yīng)與 計算機的信號輸出/輸入端連通，兩通信網(wǎng)橋之間雙向連通。
該系統(tǒng)的紅外熱像儀上設(shè)有紅外固定焦距鏡頭，可見光攝像機上設(shè)有 三可變(即焦距、聚焦、光圈可控)可見光鏡頭，重載數(shù)字云臺上設(shè)有防 護(hù)罩；嵌入式視頻處理設(shè)備中包含中央處理單元、視頻采集壓縮模塊、氣 象信息采集壓縮模塊、云臺控制模塊、數(shù)字信息回傳模塊、數(shù)字信息接收 模塊，能夠接收兩路PAL/NTSC制的CVBC (復(fù)合電視)模擬信號，并經(jīng) 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機中設(shè)有防火監(jiān)控軟件和地理信息系 統(tǒng)。
本發(fā)明將視頻壓縮解壓縮技術(shù)、熱紅外圖像識別分析技術(shù)、可見光彩 色圖像識別分析技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、遙感RS技術(shù)、三維地 理信息系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，自動識別林區(qū)火災(zāi)并分析滅火策略，本發(fā)明提供 的方法及系統(tǒng)林火發(fā)現(xiàn)概率高、誤報率低、無需人工參與，具有及時性強、 可靠性高、技術(shù)手段先進(jìn)、市場前景廣闊的特點。


圖1為本發(fā)明實施例的工作原理流程框圖 圖2為本發(fā)明實施例的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖中標(biāo)注
l.重載數(shù)字云臺 2.紅外熱像儀3.可見光攝像機4.微型氣象站 5.嵌入式視頻處理設(shè)備6.通信網(wǎng)橋7.遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機8.通信網(wǎng)橋 9.紅外固定焦距鏡頭IO.三可變可見光鏡頭
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例選用一個林區(qū)監(jiān)控點與指揮控制中心構(gòu)成最小拓?fù)?結(jié)構(gòu)的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)。該林區(qū)監(jiān)控點設(shè)置在監(jiān)控鐵塔上，監(jiān)控點和指揮控制中心之間采用微波通信網(wǎng)絡(luò)連通。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進(jìn) 行具體說明
參考附圖1，本發(fā)明實施例是這樣探測森林火災(zāi)的首先用加權(quán)閾值 對紅外熱像儀2現(xiàn)場采集的紅外圖像進(jìn)行識別，同時對可見光攝像機3現(xiàn) 場采集的圖像進(jìn)行煙火采樣識別，然后結(jié)合兩次識別的結(jié)果及微型氣象站 4現(xiàn)場采集的氣象數(shù)據(jù)，用雙門限確定火災(zāi)的發(fā)生并自動發(fā)出預(yù)警信號；
其實際工作流程包括①現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、②圖像數(shù)據(jù)處理、③火災(zāi)識別分析、 ④識別結(jié)果傳輸、⑤火災(zāi)概率評估、⑥火災(zāi)自動預(yù)警六大步驟，各步驟之 間依次連接為先后關(guān)系。
六大步驟的具體工作內(nèi)容如下所述
① 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集一-首先通過監(jiān)控點的紅外熱像儀2與可見光攝像機 3及微型氣象站4分別采集實時圖像和氣象數(shù)據(jù)，并將其輸出信號輸入到 嵌入式視頻處理設(shè)備5中，然后由嵌入式視頻處理設(shè)備5的CPU將抓取的 熱像圖像與可見光圖像一幀圖像及一組氣象數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)流至預(yù)定義數(shù) 組。
② 圖像數(shù)據(jù)處理一_嵌入式處理設(shè)備5的CPU先對熱成像圖像操作， 再對可見光圖像操作。對熱成像圖像操作時，先結(jié)合輸入的氣象數(shù)據(jù)，調(diào) 整幀圖像整體亮度，算出合適的原始閾值，然后計算整體圖像加權(quán)平均亮 度值，加權(quán)的方法是對未超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值等于 該象素點亮度值，對超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值變?yōu)榱炼?值減原始閾值后的2.2次方，求和結(jié)果為真實閾值，再對圖像進(jìn)行二值化 處理，對低于真實閾值的象素點作歸0處理，對高于真實閾值的象素點作 歸1處理，然后再對圖像中相鄰的值為1的點合并，合并后分出多個區(qū)域， 這些區(qū)域即是可能的著火區(qū)域；對可見光圖像操作時，先使用改進(jìn)后的 carmy算法對圖像進(jìn)行邊緣檢測，再進(jìn)行圖像分割得到可能存在煙火的區(qū) 域，圖像數(shù)據(jù)流保存在預(yù)定義數(shù)組中，然后結(jié)合實際圖像標(biāo)記正常溫度偏 高區(qū)域。
其中，對熱成像圖像操作的計算公式為"加權(quán)亮度和二E[r^OandrK象 素點個數(shù)and light(n)〈閾值]light(n) + E [n》0 and n〈象素點個數(shù)and light(n)〉閾
9值](1 ight (n)-閾值)22";對可見光圖像操作所使用的"改進(jìn)后canny算法"， 包含(l)高斯濾波、(2)計算方向?qū)?shù)、(3)計算梯度的幅度、(4)應(yīng)用非 non-maximum抑制、(5)應(yīng)用Hystersis找到所有邊界五個計算步驟，各計算 步驟之間依次連接為先后關(guān)系。
③ 火災(zāi)識別分析—-嵌入式處理設(shè)備5的CPU將熱成像可能著火區(qū)域 與可見光圖像比較，忽略正常溫度偏高區(qū)域，報警非正常區(qū)域并計算報警 區(qū)域面積比例，然后根據(jù)百分比報告火情可能性系數(shù)。
④ 識別結(jié)果傳輸…嵌入式處理設(shè)備5的CPU先用H.264視頻壓縮算 法對兩路視頻圖像進(jìn)行壓縮，將氣象信息、火情報警信息、地理位置信息、 圖像信息打包TCP/IP包，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送至指揮控制中心的遠(yuǎn) 程監(jiān)控計算機7;再由該計算機結(jié)合其地理信息系統(tǒng)，統(tǒng)一界面顯示視頻、 氣象、報警等信息，實現(xiàn)統(tǒng)一平臺監(jiān)控系統(tǒng)。
⑤ 火災(zāi)概率評估一-先由指揮控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機7通過接收 到的數(shù)據(jù)包解壓并顯示紅外和可見光視頻圖像，接收火情識別結(jié)果；然后 該計算機通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令控制監(jiān)控點的重載數(shù)字云臺1上下、左右 旋轉(zhuǎn)，對紅外熱像儀2和可見光攝像機3的拍攝角度進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整， 再根據(jù)以往收集的大量的發(fā)生火災(zāi)時的氣象信息數(shù)據(jù)庫，并讀取監(jiān)控點通 過網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的實時氣象信息對火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行自動評估和火險等級的自 動評判。
⑥ 火災(zāi)自動預(yù)警一-先根據(jù)監(jiān)控點發(fā)回的重載數(shù)字云臺1當(dāng)前視場的 縱、橫軸角度，結(jié)合林區(qū)監(jiān)控點固定位置所在的經(jīng)緯度和高度，在三維地 理信息系統(tǒng)3D-GIS中，通過三維科學(xué)計算得到該火災(zāi)發(fā)生的具體地點， 在3D-GIS中構(gòu)建三維場景，通過分析該火災(zāi)周圍的防火通道、防火隔離 帶、林區(qū)小斑信息、林相信息、水系、山坡陡度等修正計算火災(zāi)發(fā)生概率， 然后根據(jù)火災(zāi)發(fā)生概率的值，來判斷是否發(fā)生了火災(zāi)，如果是，則自動報 警并啟動多路錄像。
參考附圖2，本發(fā)明實施例的林區(qū)監(jiān)控點包括重載數(shù)字云臺1、紅外 熱像儀2、可見光攝像機3、微型氣象站4、嵌入式視頻處理設(shè)備5、通信 網(wǎng)橋6;紅外熱像儀2、可見光攝像機3、微型氣象站4、嵌入式視頻處理設(shè)備5、通信網(wǎng)橋6分別設(shè)置在重載數(shù)字云臺1上，紅外熱像儀2、可見光 攝像機3和微型氣象站4的信號輸出端分別對應(yīng)連接嵌入式視頻處理設(shè)備 5的信號輸入端，重載數(shù)字云臺1和通信網(wǎng)橋6的信號輸入/輸出端分別對 應(yīng)與視頻處理設(shè)備5的信號輸出/輸入端連通；本發(fā)明實施例的指揮控制中 心包括遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機7、通信網(wǎng)橋8;通信網(wǎng)橋8的信號輸入/輸出端分 別對應(yīng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機7的信號輸出/輸入端連通，兩通信網(wǎng)橋之間通過 微波無線Tcp/IP網(wǎng)絡(luò)雙向"透明"連通。
所述的嵌入式視頻處理設(shè)備5中包含中央處理單元、視頻采集壓縮模 塊、氣象信息采集壓縮模塊、云臺控制模塊、數(shù)字信息回傳模塊、數(shù)字信 息接收模塊；遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機7中設(shè)有防火監(jiān)控軟件和地理信息系統(tǒng) 3D-GIS。 fc
本發(fā)明實施例采用的硬件列表如下:
品 名設(shè)備規(guī)格
紅外傳感器非制冷紅外焦平面探測器，324X256像元，光譜范圍 7.5-13.5微米
紅外鏡頭150mm定焦距鏡頭
可見光攝像機像素數(shù)236萬
可見光鏡頭22倍焦距光學(xué)鏡頭
氣象傳感器主要收集溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、雨量、輻射及紫外 線(PLUS型)等氣象要素。技術(shù)指標(biāo)溫度土0.5。C; 濕度± 5 %;氣壓1 .7 h P a ;雨量0.2 mm (分辨率)； 風(fēng)± 3 %。
重載數(shù)字云臺水平旋轉(zhuǎn)角度O到360度，垂直旋轉(zhuǎn)角度-75至lj+75度，水平 旋轉(zhuǎn)速度0到10度/秒，垂直旋轉(zhuǎn)速度0到8度/秒，最小旋 轉(zhuǎn)速度O.Ol度/秒。
嵌入式視頻處理設(shè)備使用定制的工控板，CPU采用TI公司的DaVinci平臺 MS320DM6467芯片，集成ARM9和600MHz的C64+DSP內(nèi) 核，ARM9安裝Linux嵌入式操作系統(tǒng)，DSP負(fù)責(zé)視頻H.264 壓縮編碼。
無線網(wǎng)橋奧維通(Alvarion)公司產(chǎn)品，型號DS.ll，帶寬IIM。
本發(fā)明實施例已達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)如下 條件1:在通視情況下火源和監(jiān)控點連線之間沒有物體阻隔
11條件2:大氣含水量在85%以下
條件3:非降雨、降雪、冰雹天氣下 條件4:監(jiān)控點周圍半徑5公里范圍以內(nèi) 條件5: 1立方米的燃燒物完全燃燒的情況下 技術(shù)指標(biāo)l:火情發(fā)現(xiàn)概率在70%以上
技術(shù)指標(biāo)2:監(jiān)控點周圍半徑5公里范圍以內(nèi)森林覆蓋面積在50%以下時誤 報率在50%以下；監(jiān)控點周圍半徑5公里范圍以內(nèi)森林覆蓋面積在50%以上 70%以下時誤報率在40%以下；監(jiān)控點周圍半徑5公里范圍以內(nèi)森林覆蓋面 積在70%以上時誤報率在30%以下。
權(quán)利要求
1.一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于該方法用加權(quán)閾值對紅外熱像儀現(xiàn)場采集的紅外圖像進(jìn)行識別，同時對可見光攝像機現(xiàn)場采集的圖像進(jìn)行煙火采樣識別，結(jié)合兩次識別的結(jié)果及現(xiàn)場微型氣象站采集的氣象數(shù)據(jù)，用雙門限確定火災(zāi)的發(fā)生并自動發(fā)出預(yù)警信號；其實際工作流程包括①現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、②圖像數(shù)據(jù)處理、③火災(zāi)識別分析、④識別結(jié)果傳輸、⑤火災(zāi)概率評估、⑥火災(zāi)自動預(yù)警六大步驟，各步驟之間依次連接為先后關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"①現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集"實際工作時，首先通過監(jiān)控點的紅外熱像儀與可見光攝像機及微型氣象站分別采集實時圖像和氣象數(shù)據(jù)，并將其輸出信號輸入到嵌入式視頻處理設(shè)備中，然后由嵌入式視頻處理設(shè)備的CPU將抓取的熱像圖像與可見光圖像一幀圖像及一組氣象數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)流至預(yù)定義數(shù)組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"②圖像數(shù)據(jù)處理"實際工作時，嵌入式處理設(shè)備的CPU先對熱成像圖像操作，再對可見光圖像操作；對熱成像圖像操作時，先結(jié)合輸入的氣象數(shù)據(jù)，調(diào)整幀圖像整體亮度，算出合適的原始閾值，然后計算整體圖像加權(quán)平均亮度值，加權(quán)的方法是對未超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值等于該象素點亮度值，對超過原始閾值亮度的象素點，求和時亮度值變?yōu)榱炼戎禍p原始閾值后的2.2次方，求和結(jié)果為真實閾值，再對圖像進(jìn)行二值化處理，對低于真實閾值的象素點作歸0處理，對高于真實閾值的象素點作歸1處理，然后再對圖像中相鄰的值為1的點合并，合并后分出多個區(qū)域，這些區(qū)域即是可能的著火區(qū)域；對可見光圖像操作時，先使用改進(jìn)后的carmy算法對圖像進(jìn)行邊緣檢測，再進(jìn)行圖像分割得到可能存在煙火的區(qū)域，圖像數(shù)據(jù)流保存在預(yù)定義數(shù)組中，然后結(jié)合實際圖像標(biāo)記正常溫度偏高區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于在步驟"②圖像數(shù)據(jù)處理"中，對熱成像圖像操作的計算公式為"加權(quán)亮度和=￡ [n》0 and n〈象素點個數(shù)and light (n) <閾值]1 ight (n) + E [n》0 and n〈象素點個數(shù)andlight(n)〉閾值](light (n)-閾值)22";對可見光圖像操作所使用的"改進(jìn)后canny算法"，其計算過程包含(l)高斯濾波、(2)計算方向?qū)?shù)、(3)計算梯度的幅度、(4)應(yīng)用非non-maximum抑制、(5)應(yīng)用Hystersis找到所有邊界五個步驟，各步驟之間依次連接為先后關(guān)系。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"③火災(zāi)識別分析"實際工作時，嵌入式視頻處理設(shè)備的CPU將熱成像可能著火區(qū)域與可見光圖像比較，忽略正常溫度偏高區(qū)域，報警非正常區(qū)域并計算報警區(qū)域面積比例，然后根據(jù)百分比報告火情可能性系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"④識別結(jié)果傳輸"實際工作時，嵌入式視頻處理設(shè)備的CPU先用H.264或MPEG4視頻壓縮算法對兩路視頻圖像進(jìn)行壓縮，將氣象信息、火情報警信息、地理位置信息、圖像信息打包TCP/IP包，然后通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送至指揮控制中心的計算機；再由該計算機結(jié)合其地理信息系統(tǒng)，統(tǒng)一界面顯示視頻、氣象、報警等信息，實現(xiàn)統(tǒng)一平臺監(jiān)控系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"⑤火災(zāi)概率評估"實際工作時，先由指揮控制中心的計算機通過接收到的數(shù)據(jù)包解壓并顯示紅外和可見光視頻圖像，接收火情識別結(jié)果；然后該計算機通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令控制監(jiān)控點的重載數(shù)字云臺上下、左右旋轉(zhuǎn)，對紅外熱像儀和可見光攝像機的拍攝角度進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整，再根據(jù)以往收集的大量的發(fā)生火災(zāi)時的氣象信息數(shù)據(jù)庫，并讀取監(jiān)控點通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的實時氣象信息對火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行自動評估和火險等級的自動評判。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種森林火災(zāi)探測方法，其特征在于所述的步驟"⑥火災(zāi)自動預(yù)警"實際工作時，先根據(jù)監(jiān)控點發(fā)回的重載數(shù)字云臺當(dāng)前視場的縱、橫軸角度，結(jié)合林區(qū)監(jiān)控點固定位置所在的經(jīng)緯度和高度，在三維地理信息系統(tǒng)(3D-GIS)中，通過三維科學(xué)計算得到該火災(zāi)發(fā)生的具體地點，在3D-GIS中構(gòu)建三維場景，通過分析該火災(zāi)周圍的防火通道、防火隔離帶、林區(qū)小斑信息、林相信息、水系、山坡陡度等修正計算火災(zāi)發(fā)生概率，然后根據(jù)火災(zāi)發(fā)生概率的值，來判斷是否發(fā)生了火災(zāi)，如果是，則自動報警并啟動多路錄像。
9. 一種按權(quán)利要求1所述方法進(jìn)行工作的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個林區(qū)監(jiān)控點和指揮控制中心組合構(gòu)成，林區(qū)監(jiān)控點通常設(shè)置在監(jiān)控鐵塔上，林區(qū)監(jiān)控點和指揮控制中心之間連接有通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的林區(qū)監(jiān)控點包括重載數(shù)字云臺(1)、紅外熱像儀(2)、可見光攝像機(3)、微型氣象站(4)、嵌入式視頻處理設(shè)備(5)、通信網(wǎng)橋(6);紅外熱像儀(2)、可見光攝像機(3)、微型氣象站(4)、嵌入式視頻處理設(shè)備(5)、通信網(wǎng)橋(6)分別設(shè)置在重載數(shù)字云臺(1)上，紅外熱像儀(2)、可見光攝像機(3)和微型氣象站(4)的信號輸出端分別對應(yīng)連接嵌入式視頻處理設(shè)備(5)的信號輸入端，重載數(shù)字云臺(1)和通信網(wǎng)橋(6)的信號輸入/輸出端分別對應(yīng)與視頻處理設(shè)備(5)的信號輸出/輸入端連通；所述的指揮控制中心包括遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(7)、通信網(wǎng)橋(8);通信網(wǎng)橋(8)的信號輸入/輸出端分別對應(yīng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(7)的信號輸出/輸入端連通，通信網(wǎng)橋(6)與通信網(wǎng)橋(8)雙向連通。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種森林火災(zāi)探測系統(tǒng)，其特征在于所述的紅外熱像儀(2)設(shè)有紅外固定焦距鏡頭(9)，可見光攝像機(3)設(shè)有三可變(即焦距、聚焦、光圈可控)可見光鏡頭(IO)，重載數(shù)字云臺(1)設(shè)有防護(hù)罩；嵌入式視頻處理設(shè)備(5)中包含中央處理單元、視頻采集壓縮模塊、氣象信息采集壓縮模塊、云臺控制模塊、數(shù)字信息回傳模塊、數(shù)字信息接收模塊；遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(7)中設(shè)有防火監(jiān)控軟件和地理信息系統(tǒng)。
全文摘要
一種森林火災(zāi)探測方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)由林區(qū)監(jiān)控點包括重載數(shù)字云臺1、紅外熱像儀2、可見光攝像機3、微型氣象站4、嵌入式視頻處理設(shè)備5、通信網(wǎng)橋6和指揮控制中心包括遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機7、通信網(wǎng)橋8構(gòu)成，兩通信網(wǎng)橋之間通過微波無線Tcp/IP網(wǎng)絡(luò)雙向連通。其火災(zāi)探測工作按①現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、②圖像數(shù)據(jù)處理、③火災(zāi)識別分析、④識別結(jié)果傳輸、⑤火災(zāi)概率評估、⑥火災(zāi)自動預(yù)警六大步驟順序進(jìn)行。本發(fā)明將視頻壓縮解壓縮技術(shù)、熱紅外圖像識別分析技術(shù)、可見光彩色圖像識別分析技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、遙感RS技術(shù)、三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，自動識別林區(qū)火災(zāi)并分析滅火策略，林火發(fā)現(xiàn)概率高、誤報率低、無需人工參與，具有及時性強、可靠性高、技術(shù)手段先進(jìn)、市場前景廣闊的特點。
文檔編號G08B17/10GK101673448SQ20091020563
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者濱 萬 申請人:青島科恩銳通信息技術(shù)有限公司