浩海森林防火紅外熱點檢測儀干擾熱源屏蔽系統(tǒng)軟件

1、浩海森林防火紅外熱點檢測儀干擾熱源屏蔽系統(tǒng)軟件設計說明書目錄1.引言31.1目的31.2主要設計依據(jù)規(guī)范32.功能概述43.設計與實現(xiàn)53.1組成結(jié)構(gòu)53.2數(shù)據(jù)模型63.3流程設計73.3流程設計84.軟件應用實例95.系統(tǒng)設計原則151.引言1.1 目的近年來，利用紅外熱成像儀進行森林火災智能遠程監(jiān)測逐漸成為林火視頻監(jiān)測的研究熱點。這種林火監(jiān)測方法具有火情自動識別、響應速度快、晝夜都可以監(jiān)測、可有效降低監(jiān)控管理人員的勞動強度等優(yōu)點。然而，在利用紅外熱成像儀智能識別林火過程中卻經(jīng)常發(fā)生誤報，這是因為監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境會對林火識別的準確率造成影響，許多物體都會發(fā)射或反射過量紅外線觸發(fā)誤報。這種類型

2、的誤報難以依靠調(diào)整軟件算法或監(jiān)測參數(shù)來減少，最好的方式是將這些已知的干擾源屏蔽掉，而目前國內(nèi)紅外或其他光學林火監(jiān)測系統(tǒng)中尚無實現(xiàn)局部屏蔽方法的先例。本設計針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出和實現(xiàn)了一種在林火紅外監(jiān)控中能夠利用動態(tài)更新屏蔽點來排除非監(jiān)控區(qū)域以提高監(jiān)控效率的方法。1.2主要設計依據(jù)規(guī)范安全防范工程程序與要求GA/T 74-94；安全檢查防范系統(tǒng)通用圖形符號GA/T 74-94；民用建筑電氣設計規(guī)范JGJ/T 16-92；工業(yè)企業(yè)通信設計規(guī)范JGJ 46-81；工業(yè)企業(yè)通信接地設計規(guī)范JGJ 79-85；建筑電氣安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準GBJ 303-88；施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ

3、46-88；中國電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范GBJ 232-82；系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求GB 14050-932功能概述紅外熱成像儀森林火災智能遠程監(jiān)測主要運用紅外熱成像監(jiān)控、網(wǎng)絡傳輸、GIS、圖像智能識別等技術(shù)，通過安裝在林區(qū)的紅外熱成像儀將林區(qū)的影像信息實時傳輸?shù)缴址阑鹬笓]中心，并通過智能識別軟件對影像進行自動分析處理，一旦發(fā)現(xiàn)疑似林火警情，則自動觸發(fā)報警。在一些人員活動頻率較高的林區(qū)，車輛、鍋爐和反光金屬等都會發(fā)射或反射紅外線，造成與林火十分類似的影像數(shù)據(jù)，導致在紅外熱成像森林火災警報系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾熱源的可能性非常大，誤報率很高。誤報率高，這在增加監(jiān)測員工作量的同時還容易導致人

4、們對系統(tǒng)的不信任，甚至忽略真正的火災警報，釀成生態(tài)災難。這種類型的誤報無法通過軟件參數(shù)或算法調(diào)整來實現(xiàn)，只能通過屏蔽已知干擾源來實現(xiàn)。在其它一些安防系統(tǒng)中，紅外熱成像儀監(jiān)控可以實現(xiàn)對指定范圍的屏蔽，但這種屏蔽功能非常有限，不但鏡頭的觀測方向要固定不變，而且也只能設定一組屏蔽區(qū)域，這一功能無法在林火監(jiān)測這種需要使用云臺進行大范圍動態(tài)拍攝的情況下應用，因為當云臺的角度發(fā)生改變的同時，需要屏蔽的區(qū)域也隨之變化，原本的一組屏蔽范圍也要隨著這一變化而加以動態(tài)更新，傳統(tǒng)的紅外熱成像儀或基于其它光學鏡頭的林火監(jiān)測系統(tǒng)并沒有動態(tài)更新屏蔽點的功能。為了實現(xiàn)紅外熱成像儀林火監(jiān)測干擾源的智能屏蔽，可以從軟件方面人手

5、，為攝像拍攝的全景畫面建立一個球狀分割模型，并將分割的各個大小相同的矩形屏蔽單元賦以編號，建立起以屏蔽單元為地址編碼的數(shù)據(jù)模型并存人數(shù)據(jù)庫，最終形成干擾源智能屏蔽功能模塊并加以實現(xiàn)。以這種方法建立的紅外熱成像儀林火監(jiān)測系統(tǒng)能夠動態(tài)更新屏蔽點，并可全方位排除非監(jiān)控區(qū)域，有效提高監(jiān)控效率。3. 設計與實現(xiàn)3.1組成結(jié)構(gòu)紅外熱成像儀林火監(jiān)測干擾源智能屏蔽功能實現(xiàn)所依托的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如1所示。與大部分紅外熱成像儀林火監(jiān)測系統(tǒng)類似，其主要組成結(jié)構(gòu)包括前端攝像系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡、服務器和客戶端，所不同的主要是在服務器和客戶端增加了處理屏蔽的功能模塊。 前段攝像系統(tǒng) 服務器 客戶端 圖1 紅外熱成像儀林火監(jiān)測干

6、擾源智能屏蔽系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)前端攝像系統(tǒng)與屏蔽功能的實現(xiàn)主要依靠紅外熱成像儀、云臺、解碼器、傳輸設備等。紅外熱成像儀用于獲取紅外視頻，云臺用于控制紅外熱成像儀監(jiān)控方向，解碼器用于解碼操控指令，傳輸設備用于傳輸視頻圖像及操控指令等。傳輸網(wǎng)絡通過無線或有線傳輸方式在因特網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)上進行信息傳輸。服務器除了處理視頻信息、發(fā)出警報及處理云臺操作指令外，還可進行屏蔽處理?？蛻舳藙t接收服務器圖像服務，發(fā)送屏蔽及云臺操作指令。3.2 數(shù)據(jù)模型要實現(xiàn)對不斷移動的紅外鏡頭獲取的圖像局部區(qū)域進行屏蔽，首先要將紅外熱成像儀監(jiān)控區(qū)域的圖像表示出來，這樣才能使用戶在圖像上選定屏蔽區(qū)域進行屏蔽操作。本研究采用球型分割模型作為全

7、景圖生成模型，這是因為紅外熱成像儀所能拍攝到的全景畫面必定可以在一個圓球上無縫拼貼形成球形。將紅外熱成像儀采集的移動數(shù)據(jù)圖像進行球型分割，即采用一個球形面作為分割數(shù)據(jù)圖像的界面，生成監(jiān)測全景圖。圖2即紅外熱成像全景圖所采用的球形分割模型。為了實現(xiàn)林火監(jiān)測系統(tǒng)的干擾源智能屏蔽功能，研究創(chuàng)造了屏蔽單元的概念，即將紅外熱成像儀所監(jiān)控的全景圖分割為一定大小的屏蔽單元，每個屏蔽單元為包含一定圖像像元的矩形區(qū)域。為每個屏蔽單元賦予一個固定的地址編碼和一個屏蔽標識碼，屏蔽標識碼默認為0，即不屏蔽,當屏蔽標識碼被修改為1 的時候,就將這個屏蔽單元對應的圖像區(qū)域屏蔽掉 ,此后發(fā)生在該屏蔽単元區(qū)域的火警警報將直接

8、被忽略掉。 圖2 球形分割模型在客戶端每張獲取的實時圖像上，需要建立與屏蔽單元相同大小的柵格選框。 由于云臺的不斷移動和攝像頭輕徴抖動変化，柵格選框會隨攝像設備進行移動，此時柵格選框會隨攝像設備進行移動，此時柵格選框會依據(jù)云臺位置計算獲取當前地址編，并將之與全景圖上的屏蔽単元地址編碼進行匹配。客戶端柵格選框與屏蔽.単元之間關系如圖3所示。 圖3 客戶端柵格選框與屏蔽單元之間關系由于這些柵格選框與屏蔽単元并不一定完全重合，要將柵格選框和屏蔽単元一一對應，會產(chǎn)生4 種情況：第一種情況是柵格選框和屏蔽單元完全重合，則柵格選框直接對應該屏蔽単元取値；第二種情況是柵格単元與2個或4個屏蔽単元交疊，且交疊

9、面積不一樣，則此時認為柵格選框?qū)化B面積最大的屏蔽單元；第三種情況是柵格單元與兩個屏蔽単元交疊，且交疊面積一樣，此時認為柵格選框?qū)蠓交蛏戏降哪莻€屏蔽単元；最后一種情況是柵格単元與4個屏蔽単元交疊，且交疊面積一樣，則此時認為柵格選框?qū)笊戏降哪莻€屏蔽單元。3.3 流程設計紅外熱成像儀林火監(jiān)測干擾源智能屏蔽工作流程如圖4所示 。 圖4 紅外熱成像儀林火監(jiān)測干擾源智能屏蔽工作流程當紅外熱成像儀安裝完畢后,可在初始階段先將當前很明顯的非監(jiān)測區(qū)域，如樓房、通路、天空等先行在全景圖的屏蔽單元中加以預屏蔽，在后期使用過程中，隨著時間的推移和地物的變化，會發(fā)現(xiàn)疑似火情并報警，這時首先要觀察當前影像，查

10、看該報警位置是否已經(jīng)變成非監(jiān)控區(qū),若因為地物變化變成非監(jiān)控區(qū)，則通過客戶端柵格選框?qū)⒂跋裰袩o需監(jiān)控范圍的屏蔽単元選中屏蔽,并在服務器端進行存儲更新。3.4 研發(fā)實現(xiàn)研究采用 FLIR60mm鏡頭紅外熱成像儀進行監(jiān)測,利用電信專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù),功能實現(xiàn)所依托的系統(tǒng)采用 python開發(fā),sql server 2008數(shù)據(jù)庫管理軟件進行數(shù)據(jù)管理,在軟件模型上采用了NASA全球數(shù)字高程地形圖(ASTDEM)建立3D地形模型,遙感影像數(shù)據(jù)采用 NaturalVue數(shù)據(jù)。最終建立的可進行干擾源智能屏蔽的紅外熱成像儀林火監(jiān)測系統(tǒng)可在 windows或 Linux操作系統(tǒng)中應用。4.軟件應用實例1、 打開森林防

11、火客戶端進入森林防火客戶端程序，進入登陸界面用戶名：admin密碼：admin登陸成功后進入控制面板2、 主預覽功能打開進入主預覽界面。熱成像監(jiān)控可見光監(jiān)控熱值信息坐標值云臺控制攝像機監(jiān)控點設備列表設備搜索框監(jiān)控設備監(jiān)控點隱藏菜單設備列表是當前項目中所有設備的信息列表。在右側(cè)選中一個窗口，雙擊設備，窗口中會出現(xiàn)設備的監(jiān)控畫面，如果一個窗口已有監(jiān)控畫面，則雙擊相應的設備，系統(tǒng)會關閉原有的畫面，并打開新設備的畫面到監(jiān)控窗口。控制面板鏡頭控制步長控制云臺控制隱藏菜單在監(jiān)控窗口中選擇一個已打開監(jiān)控畫面的窗口，在云臺控制中選擇相應的按鈕，可對攝像機的云臺進行上下左右轉(zhuǎn)動控制。轉(zhuǎn)動的步長（每秒走過的距離）

12、可在步長控制中設置（如圖所標注）。同樣，在鏡頭控制中讀攝像機的焦距、遠近、光圈進行控制。其中巡航按鈕中有3個可選擇，其中“開始巡航”是對云臺發(fā)送巡航命令，攝像機的云臺會根據(jù)已設定的軌跡進行巡航檢測?！巴Ｖ寡埠健笔菍ρ埠綘顟B(tài)中的云臺發(fā)送停止命令使其停止巡航?！袄^續(xù)巡航”是對停止狀態(tài)下的云臺按照原先的軌跡繼續(xù)進行巡航?？蓪梢姽獾臄z像機進行鏡頭調(diào)整。是針對熱成像的清晰度進行調(diào)整的按鈕。工具欄在工具欄中，有兩欄的信息。分別為火警信息和系統(tǒng)信息當發(fā)生火警時，火警信息會出現(xiàn)當前火警，圖像出現(xiàn)紅、黃色閃動對火警的處理分三種：1、 如果當前為真實火警，并且現(xiàn)場人員將火情撲滅，則請選擇“已撲滅”選擇已撲滅2、

13、 如果當前為燒紙等誤報且暫時性的火警，請選擇“等待撲滅”巡航中會屏蔽本次誤報。3、 如果當前為誤報且長期存在的如煙囪，請選擇“加入忽略區(qū)”，以后的巡航中，此處均不再報警。忽略區(qū)域的屏蔽操作,被標示為灰色區(qū)域的火險警報將會被直接屏蔽。 忽略區(qū)域屏蔽操作效果圖4、 如果詳細處理，請點“火警處理”，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到火警管理頁面，向前見“用戶手冊-火警管理”處理結(jié)束后本次火警處理完畢，可繼續(xù)開啟巡航?；鹁幚碓斠姟坝脩羰謨?火警管理”處理火警的流程：（1）打開火警信息（2）選擇處理方式（3）處理完畢 5 系統(tǒng)設計原則先進性：在產(chǎn)品設計上，整個系統(tǒng)軟硬件設備的設計符合高新技術(shù)的潮流。在滿足現(xiàn)期功能的前提下，系

14、統(tǒng)設計具有前瞻性，在今后較長時間內(nèi)保持一定的技術(shù)先進性。安全性：系統(tǒng)采取全面的安全保護措施，具有防病毒感染、防黑客攻擊措施，同時在防雷擊、過載、斷電和人為破壞方面進行加強，具有高度的安全性和保密性。對接入系統(tǒng)的設備和用戶，進行嚴格的接入認證，以保證接入的安全性。系統(tǒng)支持對關鍵設備、關鍵數(shù)據(jù)、關鍵程序模塊采取備份、冗余措施，有較強的容錯和系統(tǒng)恢復能力，確保系統(tǒng)長期正常運行。合理性：在系統(tǒng)設計時，充分考慮系統(tǒng)的容量及功能的擴充，方便系統(tǒng)擴容及平滑升級。系統(tǒng)對運行環(huán)境(硬件設備、軟件操作系統(tǒng)等)具有較好的適應性，不依賴于某一特定型號計算機設備和固定版本的操作系統(tǒng)軟件。經(jīng)濟性：在滿足系統(tǒng)功能及性能要求的前提下，盡量降低系統(tǒng)建設成本，采用經(jīng)濟實用的技術(shù)和設備，利用現(xiàn)有設備和資源，綜合考慮系統(tǒng)的建設、升級和維護費用。系統(tǒng)符合向上兼容性、向下兼容性、配套兼容和前后版本轉(zhuǎn)換等功能。實用性：本系統(tǒng)提供清晰、簡潔、友好的中文人機交互界面，操作簡便、靈活、易學易用，便于管理和維護。具有公安行業(yè)風