铁塔或其他高塔点位利用其地形制高塔优势,配备热成像相机,实现7×24不间断轮巡,智能发现火情并对火点进行精准定位,支持将相关图片视频和定位等信息上报系统;
5.2塔-高塔监控系统
5.2.1系统概述
林区山高林密,无人机和人工均无法实现7×24小时无间歇监控,为实现全时段全覆盖,必须利用铁塔或其他高塔的挂高优势,并结合热成像进行360°水平线扫,线扫过程中,一旦发现火点信息,立即停止巡航,对火点画面居中放大,并在地图中定位出火点位置,第一时间将火点定位和时间上报给平台。
5.2.2系统架构
图3-6 高塔监控系统架构
系统组成:林火监测预警子系统主要包含热成像云台、气象采集仪、防雷模块、铁塔(含供电系统和网络传输系统)等。
热成像云台:云台采用一体化设计,热成像采用非制冷氧化钒焦平面探测器,能在远距离对林火进行识别,具有较高的准确性;同时,摄像机还能对火点位置进行准确定位,在性能上要求摄像机具有良好的稳定性。
气象采集仪:需采集当地林场气象信息数据的能力,可同时测量监测点风速、风向、温度、湿度、气压等参数,以便及时将数据传回指挥中心,对火势,走向进行初步研判。可全天候工作,不受暴雨、冰雪、霜冻天气的影响;测量精度高,性能稳定。并且支持将气象信息以视频叠加的方式在监控画面进行展示。
5.2.3系统功能
高塔林火监测系统,利用铁塔挂高优势,实现对半径1-10km范围内的烟火进行实时监测,系统主要包含以下功能:
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多种扫描模式可配
系统可根据实际要求,通过人工配置多种扫描模式,如弓字型指定区域扫描、预置点巡航、水平旋转、巡迹(自定义)等。其中,森林防火场景多使用弓字型指定区域扫描,可实现对空间维度远近区域按序进行线扫,从而实现监控范围内360°无死角全覆盖监控,并可在无人工干预的条件下,实现循环扫描,一旦发现火点,立即停止线扫,自动抓拍上传报警信息后,继续扫描。
图3-7 热成像扫描
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烟火监测功能
云台在水平扫描过程中,热成像通道实时监测火点,可见光通道实时监测烟雾,任意一个通道发现疑似烟火信息,云台扫描立即停止并进行录像抓拍,上报云台PTZ信息以及抓图录像给平台做进一步研判。热成像支持多种预警模式,包括只热成像火点监测发现即上报、只可见光烟雾监测发现即上报、热成像火点和可见光烟雾同时监测发现上报、热成像火点或可见光烟雾监测发现上报。
图3-8 烟火监测
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固定热源屏蔽功能
针对反光、工程机械、居民用火等容易产生误报的热源,系统支持配置屏蔽区,单画面最多支持添加6个屏蔽区,单云台最大支持配置32个屏蔽区,完成配置后,屏蔽区内的热源不会产生报警。
图3-9 固定热源屏蔽
6传输网络系统
6.1系统概述
由于森林的地域广,环境地形复杂,且林区施工不便,因此,网络传输系统基础建设,尽量采取因地制宜的措施,充分利用当地已建的铁塔资源,架设设备和接收传输系统,可充分利用有线传输、无线网桥传输、运营商无线传输等方式,形成多态互补的通信传输网络,实现全域覆盖、全面融合、全程贯通、全网可达,为森林资源的监测、保护提供统一高效的通信保障。
6.2传输网络类型
6.2.1有线网络传输
林火探测设备大多基于铁塔资源进行建设,铁塔一般具备良好的有线传输网络,建议可租用铁塔运营商网络链路,根据实际需要租用2M、4M、10M、100M、1000M等不同网络带宽,形成森林防火监测专用网络。
网络租用方式施工量小,灵活性高,但后期成本较高。可根据实际数据传输需求(主要考虑视频传输)选择合适的带宽进行租用,保证数据的稳定流畅传输。并且建议采用VPN的方式构建森林防火监测专用网络,既保证了网络的安全性也达到了高效经济的目的。
6.2.2运营商无线传输网络
针对现场附近有4G基站或现场4G信号较强的项目,可使用4G网络进行数据传输。第四代移动通信系统具备通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能性能高、通信质量高灯特点。
包括采用自带4G模块的摄像机,或者增加4G路由器等设备进行部署,前端相机可通过主动注册的方式添加在中心平台处。4G系统能够以100Mbps的速度下载,20Mbps的速度上传,能够满足现场的视频拉流需求。
6.2.3无线网桥网络传输
对于林区没有现成有线网络以及运营商LTE网络的区域,可采用网桥进行传输,网桥设备整体功耗小,耗电量不高,适合在森林防火无线监控系统上使用。相较于运营商信号覆盖传输,一次性投入降低了运行成本,杜绝了信号盲区,真正实现了全天候24小时实时监管,整体提高了对突发性森林火灾的监控水平和处置能力。
图4-1 无线网桥架构图
6.2.3.1无线网桥传输方式
针对不同的使用场景,无线网桥传输又分为点对点传输、点对多点传输、中继传输。
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点对点传输
一般用于点位较少且传输距离较远的监控点,或者中继骨干链路,两点之间达到可视或近似视距的无线传输条件,充足的带宽可以保障现场高清视频的实时传输,确保遇到各种恶劣条件时无线传输不会受到影响。
图4-2 网桥点对点传输
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点对多点传输
点对多点能把一个离散的网络连成一体,将多个发射端对应一个接收端。由于信号在传输过程中相比点对点传输的损耗要大,所以该方式适合于那些监控点位较集中、数量较多、传输距离相对较近的环境使用。
图4-3 点对多点传输
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中继传输
一般一个监控点距离中心距离远,或者某一些点因为山脉遮挡无法直接回传到中心接收点,但是中间位置的监控点可以满足到前端和中心的传输条件,就可以设置中继监控点。中继监控点先汇集前端多个点的信号,然后采用一对设备回传到监控中心。
图4-4 中继传输
7供电系统
供电系统的稳定供给是森林防火前端探测设备可靠运行的基础保障。森林防火前端监测站点一般处于户外林区,除站点附近有市电的情况下采用市电,远距离一般不建议采用市电,因为过长的电源线路导致到达站点时电压较低,容易造成设备损害,而且成本高。整体建议采用太阳能发电系统根据负载情况进行灵活配置。
7.1市电配置说明
对于监测站点附近有市电时,可采用市电供电。市电通过开关电源转为DC36V、DC48V、AC24V为系统供电。为保证市电断电状态下也能够让监测站保持一段时间工作,系统也应配备蓄电池和充放电控制器。
7.2太阳能供电系统
7.2.1太阳能供电系统概述
前端监控基站所处位置在野外,除基站附近有市电的情况下采用市电,远距离一般不建议采用市电,因为过长的电源线路导致到达基站时电压较低,容易造成设备损害,而且成本高,我们建议在日照比较丰富的地方采用太阳能发电系统。
7.2.2太阳能供电系统组成
太阳能供电系统主要包括太阳能电池板、控制器、蓄电池、辅材以及其他负载产品。
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太阳能电池板
太阳能电池板的作用是将太阳辐射能量直接转换成直流电,供负载使用或贮存于蓄电池内备用,它是太阳能发电系统中最重要的部件之一,其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。太阳能光电池板可组成各种大小不同的太阳能电池方阵,亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积的大小密切相关,面积越大,在相同光照条件下的输出功率也越大。
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太阳能控制器
在太阳能发电系统中,充放电控制器在整个系统中起着重要的作用,扮演着系统管理和组织核心的角色。太阳能充放电控制器能够为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,快速、平稳、高效的为蓄电池充电,并在充电过程中减少损耗、尽量延长电池的使用寿命;同时保护蓄电池,避免过充电和过放电现象的发生。
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蓄电池组
蓄电池组是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件。蓄电池组将太阳能电池方阵发出的直流电贮能起来,供负载使用。在太阳能发电系统中,蓄电池处于浮充电状态。白天太阳能电池方阵给负载供电,同时电池方阵还给蓄电池充电,晚上或阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。
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降压/升压器
太阳能供电系统是DC供电,输出直流电,对于高于或者低于太阳能供电系统输出电压的负载,需要增加升压或者降压器。
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逆变器
当负载为AC供电时,需要增加逆变器作为转换模块。
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其他
辅材:主要有一些防雷器、配电箱、支架、电池保温箱等
负载:监控系统中主要是指监控前端、传输设备
7.2.3NVR视频存储
NVR存储,适用于少量前端存储或本地存储需求。前端相机接入NVR, NVR直接获取IPC的音视频数据存在本机上,实现视频本地直存。为保证前端智能报警(如火情报警、人车报警等)能顺利上传至平台,前端相机同时需直连至平台。
在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空间,用总路数乘以每路码流大小,再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间,在计算过程中保持单位的一致性。
存储空间计算公式:单路实时视频的存储容量(GB)=视频码流大小(Mb) /8×3600×24×天数/1024
下表为分别按照1路每天存储24小时、采用H.264算法进行编码,按照720P、1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表,如下表:
分辨率
码流(M)
单路视频每小时录像文件大小(GB)
单路视频每天录像文件大小(GB)
单路视频30天录像文件大小(TB)
720P
2
0.88
21.09
0.62
1080P
4
1.96
42.18
1.24
在高性能集中存储设计中,一般是采用raid5,RAID5磁盘容量=单个硬盘容量*(N-1),N>=3;如果需要热备盘,则需要考虑进去。
依据以上情况,进行存储需求计算。

