專利名稱：太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，主要用于森林防火。
背景技術：
森林火災是世界性的林業(yè)重要災害之一，隨著中國造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火工作成為首要任務。森林防火必須貫徹“預防為主，積極撲救“的方針，真正做到早發(fā)現(xiàn)，早解決。目前，基于無線網(wǎng)絡技術的遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)，已廣泛應用于森林防火監(jiān)控領域，國內(nèi)外同類研究開發(fā)概況是一、國際上現(xiàn)有的森林防火報警技術1、德國FIRE_WATCH森林火災自動預警系統(tǒng)德國投入使用的FIRE-WATCH森林火災自動預警系統(tǒng)，正常監(jiān)測半徑10公里，安裝該系統(tǒng)每套需7. 5萬歐元，而在勃蘭登堡州安裝需要120-130套，約1000萬歐元。2、美國護林飛機和紅外遙感火災預警飛機巡邏美國利用“大地”衛(wèi)星在離地面大約705公里的軌道上繞地球運轉，探測地面上的高溫地區(qū)、濃煙地帶以及火災遺址。美國使用無人駕駛林火預警飛機進行M小時監(jiān)測，雖獲得了成功，但耗費了巨額資金。3、加拿大加拿大采用衛(wèi)星巡回監(jiān)測系統(tǒng)加拿大采用從衛(wèi)星上發(fā)射電磁射線檢測林區(qū)溫度，當檢測出某一林區(qū)局部溫度上升到150°C 200°C，紅外線波長達3. 7微米時，便是火災前兆，立即測定具體溫度，采取措施及時防火。同時，加拿大林區(qū)采用多架配備先進的直升飛機輪流監(jiān)測森林火災，飛行費每小時需5000-6000加元。國外的技術有的雖然可靠，但需要借助高空衛(wèi)星，且施工太復雜；有的技術方案基礎實施投資太大，多達幾十萬美元，投入成本過高，這些難以滿足我國森林資源監(jiān)測的實際需要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在提供一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術存在的構造和施工復雜，投資和運行成本高的問題。本實用新型的技術方案是一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，包括前端采集系統(tǒng)和監(jiān)控中心，多個前端采集系統(tǒng)將采集的火情信息通過有線或無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；所述的火情信息包括視頻、煙霧和/或溫度信息。所述的前端采集系統(tǒng)為可移動的采集系統(tǒng)，包括能夠轉動的攝像機、太陽能與風能互補供電裝置、智能信息處理裝置、智能位置定位裝置和前端微波收發(fā)裝置，攝像機的信息輸出端通過信息處理裝置與前端微波收發(fā)裝置的輸入端連接，太陽能與風能互補供電裝置供給攝像機、智能信息處理裝置、智能位置定位裝置和前端微波收發(fā)裝置的電源；攝像機配有鏡頭。[0014]所述的監(jiān)控中心包括后端微波收發(fā)裝置、網(wǎng)絡交換機、主控計算機、監(jiān)控終端、電視墻和UPS電源，后端微波收發(fā)裝置的輸出端通過網(wǎng)絡交換機與主控計算機的接口連接， 主控計算機通過視頻解碼器與電視墻連接，在主控計算機上連接一個或數(shù)個監(jiān)控終端；所述各裝置配備有UPS電源；所述的前端微波收發(fā)裝置和后端微波收發(fā)裝置或者由光纖傳輸系統(tǒng)代替。所述的主控計算機裝有網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)、網(wǎng)格化地理信息系統(tǒng)、林火自動識別報警系統(tǒng)；利用前端采集系統(tǒng)中GPS位置信息，在地理信息系統(tǒng)里將每一個監(jiān)控點進行地址編碼，同時將每一個監(jiān)控點的坐標直接落實在電子地圖上，這樣地理信息系統(tǒng)一旦接收到特定編碼的數(shù)字云臺回傳的位置數(shù)據(jù)，通過建立特定的位置轉換數(shù)學模型，實現(xiàn)網(wǎng)格化管理功能；系統(tǒng)也具備人工定位功能。所述的主控計算機還通過另外的網(wǎng)絡交換機與其他控制中心連接。所述的主控計算機連接有投影儀和移動網(wǎng)關。所述的前端采集系統(tǒng)還設有智能氣象站和設備防盜裝置，智能氣象站和設備防盜裝置的信號輸出端分與所述的智能信息處理裝置的對應接口連接；智能氣象站發(fā)出的氣息信息，通過信息處理裝置自動控制攝像機采取相應的防護措施；設備防盜裝置發(fā)出的防盜報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。所述的智能氣象站主要組成部分有氣象傳感器單元、氣象數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊、供電系統(tǒng)和各種連接線，氣象傳感器單元的感應信號通過氣象數(shù)據(jù)采集器輸送到通訊模塊，并通過通訊模塊與所述的監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交換；智能氣象站的供電系統(tǒng)單獨設置， 或由所述的太陽能供電裝置供電。每一所述的前端采集系統(tǒng)分別安裝在森林中的不同防火監(jiān)控點的塔架上，各防火監(jiān)控點通過5. 8GHz或2. 4GHz寬帶無線網(wǎng)橋設備配合定向天線與中繼站相連，中繼站通過無線網(wǎng)橋或有線光纖與設在街道/市局防火指揮中心的監(jiān)控中心建立通訊聯(lián)系。 還設有風力發(fā)電裝置，與所述的太陽能供電裝置采用一個充放電控制器統(tǒng)一進行控制。本實用新型的優(yōu)點是避免了原始人工了望觀察火情的局限，實現(xiàn)了林區(qū)管理數(shù)字化、科學化，大大減少了林業(yè)部門的費用支出和管理成本，提高了林區(qū)企業(yè)的效應。該系統(tǒng)特點有1、數(shù)字回顯云臺結合GIS，網(wǎng)格化管理火點，精確經(jīng)緯度定位。2、林火自動識別系統(tǒng)，實現(xiàn)火情自動報警。3、短信發(fā)布火情信息，及時迅速。4、野外設備防盜報警系統(tǒng)，有效防止設備丟失和人為破壞。5、遠距離微波傳輸，避免野外架線施工。6、智能太陽能供電，滿足系統(tǒng)能源消耗。

圖1是本實用新型的總體結構框圖；圖2是本實用新型的一個實施例的結構示意圖；圖3是本實用新型的微波傳輸網(wǎng)絡的總體結構示意4[0032]圖4是本實用新型的智能氣象站的總體構成示意圖；圖5是本實用新型的發(fā)電裝置的總體構成示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，包括前端采集系統(tǒng)A和監(jiān)控中心2，分布在被監(jiān)測的森林各處的多個前端采集系統(tǒng)Al……An將采集的火情信息通過有線(如光纜)或無線方式(包括3G、4G、EDGE、GPRS、CDMA等通信方式)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心2 ；所述的火情信息包括視頻、煙霧(通過煙霧傳感器)和/或溫度(通過紅外測溫)信肩、ο下面結合圖2和圖3，分布對本實用新型所述的各個組成部分進行詳細說明。1、前端采集系統(tǒng)A 由攝像機(包括鏡頭)、微波傳輸(收發(fā))裝置組成?？蓪⑶岸瞬杉到y(tǒng)的全部或部分裝置固定在塔架上，也可安裝在一個移動裝置上(如活動支架或小車)。可在該移動裝置上安裝GPS定位模塊，嵌入到前端采集系統(tǒng)上，通過GPS回傳的角度經(jīng)緯度，在地理信息中網(wǎng)格化管理前端。紅外測溫采用了先進的溫度探測作為基礎，使用熱成像對溫度探測的靈敏度對所設定監(jiān)測區(qū)域的溫度做對比分析，當檢測區(qū)域高于初始設定溫度值時會輸出報警信號。因為其采用了熱成像對物體的熱輻射作為成像基礎，所以不會受到天氣或環(huán)境的影響?？稍趷毫迎h(huán)境下M小時不間斷視頻監(jiān)控。所述的前端采集系統(tǒng)A還設有智能氣象站和設備防盜裝置，智能氣象站和設備防盜裝置的信號輸出端分與所述的智能信息處理裝置的對應接口連接；智能氣象站發(fā)出的氣息信息，通過信息處理裝置自動控制攝像機采取相應的防護措施。設備防盜裝置采用現(xiàn)有技術，在有人盜竊前端采集系統(tǒng)A的任何裝置時，設備防盜裝置會發(fā)出的防盜報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心2。參見圖4，所述的智能氣象站主要組成部分有氣象傳感器單元、氣象數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊、供電系統(tǒng)和各種連接線，氣象傳感器單元的感應信號通過氣象數(shù)據(jù)采集器輸送到通訊模塊，并通過通訊模塊與所述的監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交換；智能氣象站的供電系統(tǒng)單獨設置，或由所述的太陽能供電裝置供電。智能氣象站是一種集傳感技術、電子技術、數(shù)模技術和計算機技術為一體的地面氣象自動遙測設備，它可替代現(xiàn)有的以機械為主、手工操作的氣象測量儀器。智能氣象站主要用于林業(yè)氣象觀測，具有測量精確，穩(wěn)定性高，環(huán)境適應性強等突出優(yōu)點。系統(tǒng)采用太陽能電池板+后備電池組供電方式，可保證在野外無供電情況下連續(xù)工作。系統(tǒng)可自動測量大氣溫度、濕度、氣壓、風速、風向及雨量(可選)等基本氣象要素， 并也可根據(jù)需要增加特種傳感器，進行云高、能見度、天氣現(xiàn)象等的觀測。2、太陽能供電系統(tǒng)由太陽能組件、控制器、蓄電池(組)組成。為了保證系統(tǒng)正常工作，對前端采集系統(tǒng)進行了分時供電，即白天與晚上的供電方式，以及無火狀態(tài)下與有火狀態(tài)下的工作方式，以保證設備耗電量為最小。(1)太陽能組件其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。(2)控制器控制器的作用是控制供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，在控制器上設有溫度補償電路和分時供電控制電路，利用光控開關或時控開關控制白天與晚上前端采集系統(tǒng)的工作方式，網(wǎng)格化森林監(jiān)控范圍，進行不同密度的監(jiān)控。；利用火情信息或單獨的溫度傳感器控制前端采集系統(tǒng)在無火狀態(tài)下與有火狀態(tài)下的工作方式，網(wǎng)格化森林監(jiān)控范圍，進行不同密度的監(jiān)控和采集頻率。(3)蓄電池一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是將太陽能組件所供出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。參見圖5，為了保證系統(tǒng)的正常供電，還可設有風力發(fā)電裝置，與所述的太陽能供電裝置采用一個充放電控制器統(tǒng)一進行控制，智能管理太陽能、風能，進行優(yōu)化互補，構成太陽能與風能互補供電裝置。風光互補可吸收自然界風力和太陽光熱量為監(jiān)控設備供電。風光互補系統(tǒng)具備了風能和太陽能產(chǎn)品的雙重優(yōu)點，沒有風能的時候可以通過太陽能電池組件來發(fā)電并儲存在蓄電池，有風能，沒有光能的時候可以通過風力發(fā)電機來發(fā)電，儲存在蓄電池。風光都具備時，可以同時發(fā)電。在白天可以利用太陽光和風力資源發(fā)電，晚上利用風力發(fā)電機發(fā)電，彌補了風能供電或太陽能供電的單一性，使供電系統(tǒng)更具穩(wěn)定性和可靠性。運行的時候通過蓄電池向負載放電，為負載提供電力。供電開關無須人工操作，由智能時控器自動控制設備的開關時間及運行控制。風光互補供電系統(tǒng)是一套獨立供電系統(tǒng)，不受電源點的影響，也不需要開挖路面做埋管工程，現(xiàn)場施工和安裝都很方便。綜合經(jīng)濟效益好。除了以上優(yōu)點之外，相比傳統(tǒng)供電方式，風光互補系統(tǒng)還具有節(jié)能減排、集約友好、無后期大量電費支出，免除電纜鋪線工程、無需大量供電設施建設，個別損壞不影響全局、不受大面積停電影響，節(jié)約大量電纜開銷、更免受電纜被盜的損失，智能控制、免除人工、施工簡單、維護方便等優(yōu)勢。3、微波傳輸系統(tǒng)(1)主要由無線網(wǎng)橋、傳輸天線、供電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等組成；(2)單點傳輸示意圖；(3)多點傳輸示意圖；(4)微波傳輸核心采用無線網(wǎng)橋；鑒于國家信息產(chǎn)業(yè)部的規(guī)定，2. 4GHz/5. 8GHz是國家開放的公用頻段，不需要在國家無線電委員會申請和備案。因此我們采用工作在2. 4GHz/5. 8GHZ頻率上的IEEE802. 11 產(chǎn)品作為無線橋接主干設備。由于此頻段屬于國家開放的公用頻段，所以使用上是完全免費。此方案選用的無線傳輸設備，在沒有阻擋的條件下，最大傳輸距離可達到10公里，全套設備正常工作時的最大功率低于25W，每日總耗電量約為0. 6Kw/h (千瓦/時)。微波傳輸?shù)恼w網(wǎng)絡結構如圖3所示，各防火監(jiān)控點Al-An通過2. 4GHz/5. 8GHz 寬帶無線網(wǎng)橋設備配合定向天線與中繼站Bi、B2相連，中繼站可通過無線網(wǎng)橋或有線光纖與街道/市局防火指揮中心(監(jiān)控中心)2建立通訊。4、網(wǎng)格化森林防火管理指揮中心(監(jiān)控中心)系統(tǒng)監(jiān)控中心2由主控計算機、網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)、網(wǎng)格化地理信息系統(tǒng)、林火自動識別報警系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)(微波收發(fā)系統(tǒng))、電視墻系統(tǒng)、UPS電源等組成。在監(jiān)控中心2裝有如下軟件系統(tǒng)(1)、森林火情自動報警軟件系統(tǒng)應用先進的數(shù)字圖像處理和模式識別算法和技術對視頻數(shù)據(jù)流進行分析，在森林背景下，提取煙火目標有效圖像特征，使該軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了高概率的森林火情的自動識別，并具有較低的火情虛警率。軟件可自動實時讀取和控制各云臺當前狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)火情時，將云臺自動停在對應的位置，在實時視頻圖像中自動用紅框標出火情發(fā)生的位置，并向值班人員發(fā)出報警信號。(2)、GIS管理系統(tǒng)使用自主研發(fā)的具有知識產(chǎn)權的GIS (Geographic Information System)引擎，以電子地圖為基礎，實現(xiàn)地圖基本操作功能，通過各類空間操作和分析方法，采用三維電子沙盤功能查看山形地勢，實現(xiàn)對森林火災的分析預報，森林防火工作的動態(tài)管理，為防火提供直觀的規(guī)劃和決策支持。(3)、網(wǎng)格化火災定位功能利用前端采集系統(tǒng)中GPS位置信息，在地理信息系統(tǒng)里將每一個監(jiān)控點進行地址編碼，同時將每一個監(jiān)控點的坐標直接落實在電子地圖上，這樣地理信息系統(tǒng)一旦接收到特定編碼的數(shù)字云臺回傳的位置數(shù)據(jù)，通過建立特定的位置轉換數(shù)學模型，實現(xiàn)網(wǎng)格化管理功能。同時，系統(tǒng)具備實現(xiàn)人工定位功能；(4)、輔助決策功能GIS信息系統(tǒng)提供最近撲火隊前往火情點最短路徑以及通往現(xiàn)場的主要道路和通行能力，提供防火隔離帶的位置及趕赴火場的時間等重要信息。 系統(tǒng)配置設備網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對各類設備的綜合網(wǎng)絡管理。完全數(shù)字化傳輸模式，方便與其他防火中心及其他森林防火管理相關部門連接。(5)、監(jiān)控中心的智能化控制監(jiān)控中心2主要實現(xiàn)對登錄用戶、分站設備的集中管理和視頻圖象解壓，存儲等功能。簡單的中心由一個或數(shù)個監(jiān)控終端組成，它們往往以分時形式完成一對一或一對多的視頻監(jiān)控任務。如果需要實現(xiàn)報警、錄象等監(jiān)控任務，中心設備可添加報警數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)字錄象數(shù)據(jù)庫服務器以及多個監(jiān)控終端和大量的輔助監(jiān)控終端。這樣，用戶只需要在林業(yè)局調(diào)度中心，建立了一個視頻系統(tǒng)服務器。局領導、總工和相關處室可利用現(xiàn)有的辦公電腦建立分控終端。在調(diào)度所和集控站也可方便地建立了數(shù)個監(jiān)控終端。這些監(jiān)控終端不用鋪設專門微機和鋪設視頻/控制電纜，利用IE瀏覽器就可在辦公室內(nèi)監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)的林區(qū)等不同地點，通過視頻系統(tǒng)服務器完成用戶管理；機務段、攝象機分組；遙控優(yōu)先級設置和調(diào)度；視頻圖象的存儲、檢索和回放等功能。系統(tǒng)提供的電子地圖模塊，隨監(jiān)控中心服務器軟件一起運行，在網(wǎng)上任意客戶端用IE瀏覽器即可觀看圖像，可方便的察看各監(jiān)控現(xiàn)場，直觀的顯示各級地圖；值得一題的是，本套視頻系統(tǒng)采用了 WEB技術和標準，可與企業(yè)MIS系統(tǒng)等其它系統(tǒng)兼容，成為企業(yè)內(nèi)部信息管理的一個重要的組成部分。
權利要求1.一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，包括前端采集系統(tǒng)和監(jiān)控中心，多個前端采集系統(tǒng)將采集的火情信息通過有線或無線方式與監(jiān)控中心連接；所述的火情信息包括視頻、煙霧和/或溫度信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的前端采集系統(tǒng)為可移動的采集系統(tǒng)，包括能夠轉動的攝像機、太陽能與風能互補供電裝置、 智能信息處理裝置、智能位置定位裝置和前端微波收發(fā)裝置，攝像機的信息輸出端通過信息處理裝置與前端微波收發(fā)裝置的輸入端連接，太陽能與風能互補供電裝置供給攝像機、 智能信息處理裝置、智能位置定位裝置和前端微波收發(fā)裝置的電源；攝像機配有鏡頭。
3.根據(jù)權利要求2所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的監(jiān)控中心包括后端微波收發(fā)裝置、網(wǎng)絡交換機、主控計算機、監(jiān)控終端、電視墻和UPS電源， 后端微波收發(fā)裝置的輸出端通過網(wǎng)絡交換機與主控計算機的接口連接，主控計算機通過視頻解碼器與電視墻連接，在主控計算機上連接一個或數(shù)個監(jiān)控終端；所述各裝置配備有 UPS電源；所述的前端微波收發(fā)裝置和后端微波收發(fā)裝置或者由光纖傳輸系統(tǒng)代替。
4.根據(jù)權利要求3所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計算機裝有網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)、網(wǎng)格化地理信息系統(tǒng)、林火自動識別報警系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計算機還通過另外的網(wǎng)絡交換機與其他控制中心連接。
6.根據(jù)權利要求4所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計算機連接有投影儀和移動網(wǎng)關。
7.根據(jù)權利要求2所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的前端采集系統(tǒng)還設有智能氣象站和設備防盜裝置，智能氣象站和設備防盜裝置的信號輸出端分與所述的智能信息處理裝置的對應接口連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的智能氣象站包括氣象傳感器單元、氣象數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊、供電系統(tǒng)和各種連接線，氣象傳感器單元通過氣象數(shù)據(jù)采集器連接到通訊模塊，并通過通訊模塊與所述的監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)傳輸連接；智能氣象站的供電系統(tǒng)單獨設置，或由所述的太陽能供電裝置供電。
9.根據(jù)權利要求1所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，每一所述的前端采集系統(tǒng)分別安裝在森林中的不同防火監(jiān)控點的塔架上，各防火監(jiān)控點通過 5. 8GHz或2. 4GHz寬帶無線網(wǎng)橋設備配合定向天線與中繼站相連，中繼站通過無線網(wǎng)橋或有線光纖與設在街道/市局防火指揮中心的監(jiān)控中心建立通訊聯(lián)系。
10.根據(jù)權利要求2所述的太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，還設有風力發(fā)電裝置，與所述的太陽能供電裝置采用一個充放電控制器。
專利摘要一種太陽能網(wǎng)格化林業(yè)防火監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于，包括前端采集系統(tǒng)和監(jiān)控中心，多個前端采集系統(tǒng)將采集的火情信息通過有線或無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；所述的火情信息包括視頻、煙霧和/或溫度信息。本實用新型的優(yōu)點是避免了原始人工了望觀察火情的局限，實現(xiàn)了林區(qū)管理數(shù)字化、科學化，大大減少了林業(yè)部門的費用支出和管理成本，提高了林區(qū)企業(yè)的效應。
文檔編號G08B17/00GK202084130SQ201120198530
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權日2011年6月14日
發(fā)明者施志杰, 蔡麗清, 陳建章, 陳文生, 陳文良, 黃東元 申請人:文創(chuàng)太陽能(福建)科技有限公司