摘要：森林火灾是一种受天气条件和生态环境影响的严重自然灾害，突发性强，破坏性大，扑救难度大，是森林灾害之首。传统的森林火灾监测以瞭望台为主，巡航飞机和卫星测报为辅。瞭望台通过用肉眼观察烟雾来发现森林火情，一般小火时烟雾不易发现，发现时往往已酿成火灾，此时烟雾弥漫很难发现火灾发生的位置和发展方向。通过观察烟雾测定的数据误差较大，尤其在夜间观测困难。因此，采用视频监控方式第一时间发现火情就显得十分必要。由于普通CCD受大雾、光线等环境影响严重，观测范围比较小火灾识别率不高。
关键词：热成像摄像仪；森林防火；应用
1 系统总体结构与基本功能
依托现有监控系统，利用可见光摄像机对早期火情进行探测，利用“电子眼”对森林进行24小时实时监控，传送直观、真实、有效的视频图像，自动发现火情，实时告警，做到火情早发现，早扑救，有隐患早发现，早消除。
1.1 系统构成
整个系统主要由前端远距离红外热成像系统、智能图像处理系统、传输系统和后端监控中心组成。根据所要监控区域的范围设立红外热像仪，安装在云台上，云台可受控制中心控制。视频信号和控制信号经视频服务器编码后通过无线（无线网桥）或有线方式（光纤或有线网络）传输至控制中心，视频图像及报警监控信息在控制中心实时显示，一旦发现火情即可通过控制中心的系统控制向前端摄像发送控制信号，控制云台及摄像机跟踪目标，控制中心可根据情况做出分析，向巡逻人员下达指挥命令。
1.2 基本功能
该系统借助于先进的红外热成像仪图像采集、图像探测系统、无线网络传输系统及显示系统组成的智能森林防火指挥系统，以数字化、网络化视频监控为基础，与一般的网络化视频监控相比，它是一种更高端的视频监控智能化的应用。
1.2.1 实时视频监控
该系统实现了对监控区域的实时视频监控，在监控中心的显示终端上能够显示前端实时场景。
1.2.2 云台控制
智能图像处理器可以控制云台进行360旋转，对监控区域进行多角度监控。
1.2.3 视频录像
系统管理员可以按照需求指定录像通道的帧率、编码质量、录像空间大小、录像触发方式，系统能自动管理磁盘空间，执行录像任务。
1.2.4 日志信息
前端智能图像处理器产生的运行日志发送到监控中心服务器中；监控中心服务器上实时显示日志信息，按配置要求给出告警；用户可以按输入的条件来查询日志的历史记录和视频录像。
1.2.5 扩展功能和系统集成
在森林防火智能分析系统设计中充分考虑了模块化和灵活性。监控中心和前端通信、监控中心数据库管理都有软件开发包，监控中心服务器也能做到定制开发集成其它厂商的设备或者扩展系统业务功能，集成商可以将前端设备集成到他们的系统中。
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2 热成像应用于森林防火监控的优势
自然界中的一切物体的温度都高于绝对零度，都会有红外辐射，这是由于物体内部分子热运动的结果，其辐射能量正比于自身温度的四次方成正比，辐射出的波长与其温度成反比。红外热成像技术就是根据探测到的物体的辐射能的大小，经系统处理转变为目标物体的热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，即得到被测目标的温度分布从而判断物体所处的状态。林区背景温度一般在-40～60摄氏度，而森林可燃物产生的火焰的温度为600～1200摄氏度，两者温度相差较大。在热图像中很容易将可燃物的燃烧情况从地形背景中分离出来。根据热图像的温度分布，不仅可以判断火的性质还能探测出火的位置、火场面积、还可估计火势。火焰的辐射波长范围为2-20微米，正常森林的辐射波长范围为8.5-12.2微米，都在热成像仪8-14微米的探测范围之内。正常森林的绝对温度按300K计算，火焰的绝对温度按1200K计算，那么，火焰的辐射能量是正常森林的16倍。因此，着火点在红外热成像图像上为明显的高温区。
热成像能更早发现潜在火源。由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效防火报警设备，在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源，用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道、早预防和早扑灭。
3 前端设备产品特点及优势
该设备能有效查找火源点并及时发出声光报警功能，采取应对措施；即使在全黑的情况下亦可清晰成像，无需任何主动光源照明；IP66防护等级，可穿透烟雾，适用于各种气候和环境，可见度高；采用进口384×288非制冷焦平面探测器，输出优质红外图像，真正实现24H不间断监控；同时配备1280×960高分辨率可见光传感器，18X光学变焦，使整个视野一览无余；采用100M以太网输出50Hz纯温度数据和H.264可见光视频，可在局域网内使用，组网方便、灵活、经济；可录制红外、可见光视频，可录制温度数据流并回放，完美重现历史场景；提供专业版的应用程序、图像离线分析软件。Hw1005集成了红外热像仪和彩色摄像机，可同时输出两路视频，具有热像仪超温检测功能，白天热成像检测到高温目标，同时可见光摄像机检测到火源时，云台停止巡航，并向远程监控主机发送报警信息，报警信息包括：机器ID，云台水平和俯仰角度，超温区域的坐标（左上角和右下角）。夜间由于环境干扰较少只需要热成像检测到超温目标即可认定有火情。
3.1 热像仪测温报警功能
红外图像反映了物体表面的温度分布，温度越高，红外辐射能量就越多，相应的数字图像值就越大，由于着火点的温度远大于环境温度，通过实时检测红外图像，便能及时发现高温目标，输出报警信息给云台，同时在画面上标识出超温区域。
3.2 报警信息传输
发现火情后，云台停止巡航，将报警信息再加上机器ID，报警时的俯仰和水平角度打包后通过RS485传给视频服务器，视频服务器通过网络传给上位机报警软件。停顿一段时间后，云台重新开始巡航监控。
4 结论
森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。红外成像应用在森林防火中相比于传统的防火方式最大优点就是不需要可见光的支持，这对于受光线限制的林区或者是在夜间探测的情况下，极大的便于火情的早期发现和预防，而且大大降低了森林防火工作中的成本。
参考文献：
[1]白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
[2]宋玉伟，宋纯鹏.红外成像技术在生命科学中的应用[J].生命科学研究，2004（5）：121-125.
[3]戴景民，汪子君.红外热成像无损检测技术及其应用现状[J].自动化技术与应用，2007（1）：1-3.
论文作者:邓继军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/24
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