集成化林火动态监测与精确定位系统技术方案

一种集成化林火动态监测与精确定位系统，其特征是它主要由监控中心（１）、现场监控传输终端（２）和移动手持终端（３）组成，所述的移动手持终端（３）中的ＰＤＡ（３０１）通过３Ｇ模块（３０２）与监控中心（１）中的３Ｇ模块（１０３）双向无线相连，３Ｇ模块（１０３）与服务器（１０４）相连，服务器（１０４）与无线网桥（１０１）相连，无线网桥（１０１）与电视墙（１０２）相连的同时通过无线与现场监控传输终端（２）的无线网桥（２０３）双向连接，无线网桥（２０３）与视频服务器（２０２）双向连接，视频服务器（２０２）与数字云台摄像机（２０１）双向连接。本实用新型专利技术自动化水平高，结构简单，成本低，易于实现和控制并能对火点进行快速定位。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种森林防火定位系统，尤其是一种能实时监控森林火灾并进行定位的快速定位系统，具体地说是一种集成化林火动态监测与精确定位系统。
技术介绍
众所周知，传统的火情监测和定位一般依靠人工巡逻、人工瞭望来监测。当有火灾 时，则由观察员根据经验和对林场的熟悉程度来判断火点的位置。目前我国森林火灾监控 仍然是以人工地面巡护和定点了望为主，航空巡护和卫星探测等技术为辅的体系。人工巡 逻、人工瞭望具有视野有限、连续监控会产生视觉疲劳和精神疲劳的问题，航空巡护存在着 信息安全、信息的实时传输和不能准确的导航定位等问题，卫星林火监测存在结构复杂、成 本高、升级维护困难、抗电磁干扰能力差的问题。因此开发一种先进的可视化远程监控装置 并通过相应的定位方法对所摄取的火点进行快速定位，为及时扑灭火灾赢得富贵时间具有 十分重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的森林防火监控自动化水平低的问题，设计一种成 本低，自动化水平高并能精确定位的集成化林火动态监测与精确定位系统。本技术的技术方案是一种集成化林火动态监测与精确定位系统，其特征是它主要由监控中心1、现场监 控传输终端2和移动手持终端3组成，所述的监控中心1主要由无线网桥101、电视墙102、 3G模块103和服务器104组成，所述的现场监控传输终端2主要由数字云台摄像机201、视 频服务器202及无线网桥203组成，所述的移动手持终端3主要由PDA301和3G模块302 组成，PDA301通过3G模块302与监控中心1中的3G模块103双向无线相连，3G模块103 与服务器104相连，服务器104与无线网桥101相连，无线网桥101与电视墙102相连的同 时通过无线与现场监控传输终端2的无线网桥203双向连接，无线网桥203与视频服务器 202双向连接，视频服务器202与数字云台摄像机201双向连接。所述的PDA301中集成有GPS导航仪303、语音设备304和CXD摄像头305。与上述装置相配套的定位方法包括以下步骤1)根据摄像机的视程在林区设置若干台摄像机，通过有线或无线通讯方式将所摄 图像及与图像相配的参数实时传送到控制中心的计算机和电视墙上，并将摄像机的地理位 置信息存储在控制中心的计算机中；2)采用单点定位法确定火源，即当其中任一台摄像机捕捉到火点画面时，立即通 过以下方法确定火点的位置首先，通过传回图像所携带的有关摄像机的信息，确定该摄像机相对于正北方向 的旋转角，以确定火点发生的方向；其次，通过摄像机相对于水平面的俯仰角和旋转角并结合渐进穷举法确定火点距离海平面的高度FD ； 最后，根据以下公式计算出火点F的经纬度AO = DO-sin β = FC ■ sin β = HC-tana-sin β = (HO - FD)-tana- sin β BO = DO-cos β = FC -cos β = HC -tana -cos β = (HO-FD)-tana-cos β HF = n*^FD = HO-HC = HO-HF-cos β式中AO是火点相对于摄像机的X方向的距离，它与摄像机的经度之和即为火点的经度 值；BO为是火点相对于摄像机的Y方向的距离，它与摄像机的纬度之和即为火点的纬度值；α和β分别为摄像机的旋转角和俯仰角；N为常数，可取任意常数，为了计算方便一般取10米、50米、100米等整数为佳，取 值大小最好根据摄像头视程决定，视程大的取值大些，视程小的取值小些，常用的是50米 和100米较多。HO为摄像机的高度，可通过该摄像机的地理位置信息查得，F为火点，FD为火点的 高度，FC和DO为火点的水平投影点至摄像机水平投影点之间的距离；HC为摄像机的海拔高 度与火点海拔高度之差，η为渐进穷举的次数。所述的摄像机为带有云台的摄像机，摄像机的俯仰角和旋转角即为云台的俯仰角 和旋转角。为了提高定位速度，还可采用渐进穷举法与二分法结合的方法加速求解火点F点 的坐标值。本技术的有益效果(1)本技术有利于直观的观察火情。三维地图的数字化和实时视频传输，使观 察人员能更直观的观察到林区的信息。(2)精确自动定位。快速精确定位减少了火灾带来的损失并大大提高森林扑救效率。(3)相比以往的林火监测与定位系统，购置成本大为降低；移动终端方便小巧，稳 定性高。GIS和数字云台的联动，更方便人员的管理和观察。附图说明图1是本技术的组成结构示意图。图2是本技术的软件整体架构示意图。图3是本技术的林火识别原理示意图。图4是本技术的林火定位原理示意图。图5是本技术的单点定位数学模型示意图。图6是本技术的火点定位示意图。图7是本技术的俯仰角校正数学模型图。图8是本技术实施例中一个具体的定位试验结果示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。如图1-4所示。一种集成化林火动态监测与精确定位系统，它主要由监控中心1、现场监控传输终端2和移动手持终端3组成，如图1所示。监控中心1主要进行数据收集和处理并实时将 现场监控用的摄像机所摄取的图像在电视墙上进行显示，并根据实测的现场情况向摄像机 和巡视人员发出无线指令，现场监控传输终端2主要是根据设定的程序和监控中心1的指 令控制数控云台摄像机的动作，实现将摄取的图像传回给监控中心1，移动手持终端3主 要是供地面巡查人员使用，对于数字云台摄像机无法捕捉到的区域进行补充，并可为监控 中心和灭火人员进行导航，为电子地图的建立提供现场数据等。所述的监控中心1主要由 无线网桥101(BreezeNet高速无线网桥B100)、电视墙102、3G模块103 (华为WCDMA模块 EM770)和服务器104 (奔4以上处理器)组成，所述的现场监控传输终端2主要由数字云台 摄像机201、视频服务器202(DS-6001HF)及无线网桥203 (BreezeNet高速无线网桥B100) 组成，所述的移动手持终端3主要由PDA301 (SBC8100单板机)和3G模块302 (华为WCDMA 模块EM770)组成，PDA301中还应集成有GPS导航仪303、语音设备304和CCD摄像头305， PDA301通过3G模块302与监控中心1中的3G模块103双向无线相连，3G模块103与服务 器104相连，服务器104与无线网桥101相连，无线网桥101与电视墙102相连的同时通过 无线与现场监控传输终端2的无线网桥203双向连接，无线网桥203与视频服务器202双 向连接，视频服务器202与数字云台摄像机201双向连接。本技术的工作过程为数字云台摄像机的视频信号和实时角度通过视频服务器处理后由无线传输设备 (无线网桥)传输至监控中心；来自监控中心的控制信号经过无线传输系统传输到视频服 务器，通过视频服务器、数字云台解码器实现对变焦镜头、云台的控制。本技术以VS2005(C#)和ESRI的二次开发组件ArcEngine为开发平台，实现 地理信息系统的基本功能、数据库操作、林火自动定位以及二维地图、三维模型和数字云台 的联动；基于机器视觉，采用数字图像处理技术进行林火识别；并利用嵌入式系统平台，结 合全球定位系统GPS模块对林区进行导航；利用WCDMA把视频实时传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成化林火动态监测与精确定位系统，其特征是它主要由监控中心（１）、现场监控传输终端（２）和移动手持终端（３）组成，所述的监控中心（１）主要由无线网桥（１０１）、电视墙（１０２）、３Ｇ模块（１０３）和服务器（１０４）组成，所述的现场监控传输终端（２）主要由数字云台摄像机（２０１）、视频服务器（２０２）及无线网桥（２０３）组成，所述的移动手持终端（３）主要由ＰＤＡ（３０１）和３Ｇ模块（３０２）组成，ＰＤＡ（３０１）通过３Ｇ模块（３０２）与监控中心（１）中的３Ｇ模块（１０３）双向无线相连，３Ｇ模块（１０３）与服务器（１０４）相连，服务器（１０４）与无线网桥（１０１）相连，无线网桥（１０１）与电视墙（１０２）相连的同时通过无线与现场监控传输终端（２）的无线网桥（２０３）双向连接，无线网桥（２０３）与视频服务器（２０２）双向连接，视频服务器（２０２）与数字云台摄像机（２０１）双向连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丛静华，沈明霞，何瑞银，汪东，许水燕，刘龙申，张瑜，李龙国，
申请(专利权)人：南京森林公安高等专科学校，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]