森林火災是一種受天氣條件和生態環（huán）境（jìng）影響的（de）嚴重自然災害（hài），突發性強，破壞性大，撲救難（nán）度大，是森林災害之首。傳統的（de）森林火（huǒ）災監測以瞭望台為主， 巡航飛機和衛星測報為輔。瞭（liǎo）望台通過（guò）用肉眼觀察煙霧來發現森林火情， 一般（bān）小火（huǒ）時煙霧不易發現， 發現時往往已釀成火災， 此時煙霧彌漫很難發現火災發生的位置和發展方向（xiàng）。通過觀察煙霧測定的數據（jù）誤差較大， 尤其在（zài）夜間觀測困難。因此，采用視頻監控方式第一時間發現火情就（jiù）顯得十分必要。由於普通CCD 受大霧（wù）、光線等環境影響嚴重，觀測範圍比（bǐ）較小火災識別率不高。如在大麵（miàn）積的森林中（zhōng），火災（zāi）往往是由不明顯的隱火引發的，這是毀滅性火災的根源。

用現有的普通（tōng）監視係統很難發現這種（zhǒng）隱性火災苗頭。而紅外熱像（xiàng）儀應用在森林防火中，相比於普通的的視頻監控（kòng）方式的（de）最大優點就是不需要可見光的（de）支持，這對於受光線限製的林區或（huò）者是在夜（yè）間探測的情況下，極大的便於火情的早期發現和預防，而且（qiě）大大降低了森林防火（huǒ）工作中的（de）成本。並（bìng）且由於紅外熱像（xiàng）儀的感熱特性，應用紅外熱像儀的視頻（pín）監控係（xì）統可（kě）以更迅速（sù）地對濃煙、地下火、隱性火等火情進行預警，及時將火災消滅在萌芽階（jiē）段。

一、紅外技術原理

紅外輻射是物體的固有屬性，其本質是物質內部（bù）微觀粒子的熱運動，任何高於絕對零度以上的物體(包括固體、液（yè）體和氣體)都有紅外輻射，物體的溫度越（yuè）高，分子或原子運動越劇烈，其紅外輻射越多。當物體與周圍背景之間（jiān）、以及物體（tǐ）本身不同部（bù）位之間存在著溫差，就（jiù）會輻射出不同的能量，紅外成像器利用物體間的紅外輻射差來探測成像（xiàng）。

因（yīn）而任何物體在任何時刻都要（yào）源源不斷地向外輻射電磁波（bō）。物體輻射（shè）的（de）電磁波（bō）是其溫（wēn）度的函數，通常還與物體的（de）輻射本領有關。紅外輻射是介於可見光與微波之間的電磁波，其波長在0.75um-1000um之間。由於人的眼睛看不到（dào）紅外輻射，需要（yào）借助紅外探（tàn）測係統（tǒng）才能進行（háng）觀測。被（bèi）動式紅外探（tàn）測係統就是利用（yòng）物體溫度及其輻射本領的差異製成的，用它可以對（duì）物體進行探測、測量、跟蹤（zōng）、搜索和成像等。

來自目標或輻射源的紅外（wài）輻射，經大氣傳輸後，被光學係統接收，調焦並聚焦到紅外探測器的（de）響應平麵上，然後把輸入（rù）的紅外輻射信號轉（zhuǎn）變為電信號，再經過放大和處理（lǐ），最後在顯示係統中顯示出來，或者驅動執行（háng）機構工作。這種紅（hóng）外探測係統結構簡單，能夠直接反映物體的特征參量。如物體的溫度或物體的各部分溫度的分布情況（kuàng），物體的空間方位及其運動情況等等。

紅外探測器（qì）是（shì）紅外（wài）熱像儀的（de）核心器件可分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器是指吸收紅外輻射後（hòu），使熱敏（mǐn）元件溫度升高從而引（yǐn）起（qǐ）與溫度有關的物理參數改（gǎi）變（biàn）的探測器，如：熱敏電（diàn）阻、熱電耦、熱釋電電測器（qì）等；光子探測（cè）器（qì）是通過光子與物質內部電子相互作（zuò）用，產生電子能態變化而完（wán）成光電轉換的探測器，分為光導型與光（guāng）伏型兩類。光導型探測器是當半導體吸收光子（zǐ）能量後（hòu）產生非平衡載（zǎi）流子，參與導電（diàn）使半導體的電導率增加；光伏型探測器是在（zài）非本征半導體上形成（chéng）P-N結，在入射（shè）光子（zǐ）的作用（yòng）下產生電子-空穴對，結間電場（chǎng）使兩類載流子分開而產生電動勢。根據探測器單（dān）元數，探測（cè）器分為單元探測器、線陣列探測器和麵陣探測（cè）器。

二、預警監控係（xì）統（tǒng）組成

1、紅外熱像（xiàng）儀

紅外熱像儀能夠在漆黑的夜（yè）晚生成鮮明的圖像，不同於其它技術，紅外熱像儀無需光線（xiàn）亦可產生鮮明圖像，其可穿透薄霧和煙霧，在任何天氣條件下進行拍攝，這就使其成為全天候不（bú）間斷遠（yuǎn）程監控的絕佳選擇。除了基本的熱成像功能之外，紅外熱像儀還具有測溫功能，數（shù）字圖像增強技（jì）術和偽彩色功能。測溫功能可以幫助工作（zuò）人員實時了解所觀測點的溫度信息並分析圖（tú）像最高溫度點出現區域；數字細節增強技術可以提高紅外成像係（xì）統的細節（jiē）分辨能力，方便（biàn）人工識別火源及其他高溫目（mù）標；偽彩色技術可以將黑白熱（rè）圖像轉換為彩色圖像，進（jìn）一步增強圖像（xiàng）的對比度。

2、可（kě）見光高清（qīng）相機

可見光高清相機作為紅外熱像儀的輔助，可以進一步幫助工作人員及時有效的識別火（huǒ）源；同時，在後（hòu）台運行透霧算法，可以（yǐ）有效減弱霧霾天氣對（duì）可見光成（chéng）像的影響，最大限度地為工（gōng）作人員呈現鮮明清晰的可見光圖像。

3、前端設備

紅外可（kě）見（jiàn）光雙目熱源探測與（yǔ）預警網絡視頻監控係統采用一（yī）體化雙光譜設計，同時（shí）集雲台護罩、視頻編碼器於一體，兼有可見光和紅外夜視功能。可對視（shì）場範圍內觀測物體進行全天候實時監測，自動發現視（shì）場中的高溫目標並發送目標（biāo）溫度及報警信息。設備采用高強（qiáng）度特殊材料，經（jīng）過（guò）特殊加固及密（mì）封處理，具有良好的（de）抗震、抗衝擊、防塵等特性，可（kě）滿足室外架設條件，是全天候安防監控的必備設備（bèi），產（chǎn）品可與（yǔ）目前（qián）常用平台和控製設備兼容，根據不（bú）同監控需求，增加（jiā）了自動巡航、削蘋果皮、360度螺旋掃描等多種掃描模式，雲台在掃描過程中通過數據（jù）通道實時回傳雲台當前（qián）水平、俯仰的方位角位置，通過無線網絡（luò）對視頻信息和控製信息進行傳輸。

森林防火關鍵技術

4、數據傳輸（shū）

前端由采集定位係統、傳輸係統、設備防盜監控係統、避雷接地係（xì）統、智能太陽能供（gòng）電係統等組成；中繼由無線（xiàn）網橋、傳輸天線、智能太陽能供電係統、避雷接地係統等組（zǔ）成；中心控（kòng）製設備終端由網絡（luò）視頻管理係統、地理信息係統、林（lín）火自動識別報警係統、短信發布平台、傳輸係統、電（diàn）視牆係統、U P S電源等組成。

三、森林防火（huǒ）關鍵技術

1、紅外圖像編碼

MPEG4是ISO 及IEC 聯（lián）合技（jì）術委員會下設一個工作組， 它開發的標準通常稱為MPEG 標準，主要有（yǒu）MPEG-1(VCD)，MPEG-2(DVD 和數字電視)，MPEG-4(internet 視頻應用)，在視頻監控領域均可按照需求，選用這些標準。其中MPEG-1 主要針對1.5Mbit/s 以下（xià）碼率的數字存儲（chǔ）媒（méi）體應用的活動圖（tú）像及其伴音編碼；MPEG-2 標準製定（dìng）了視頻網上傳播協（xié）議，當（dāng）MPEG 的視頻信號打包傳（chuán）輸流(Transport Stream，TS)後，可以（yǐ）在廣（guǎng）域網或局域網上實現視頻的流式播放， 它（tā）可以適應不同應用的需要和不同終端接收設備的限製，其視頻碼率範圍是220Mbit/s；MPEG-4 標準主要是提供極低速率的視頻流，使視（shì）頻流在Internet以及移動通信網上實現視頻應用。

2、圖像預處理

係統（tǒng）抓取的是一幅384×288 大小的RGB 紅外圖像（xiàng）， 在對圖像進（jìn）行火點識別之前必須先將（jiāng）圖像轉換為（wéi）灰度圖像。經試驗表明R、G、B3個分量采用如下公式進行轉（zhuǎn）換得到的灰度圖像效果最好：bmpdata[x，y]= 0.299×red + 0.587×green + 0.114×blue 式中bmpdata [x，y] 表（biǎo）示灰度圖像第x 行第y 列（liè）像（xiàng）素的灰度值(大小是0～255)；red、green、blue 分別代表RGB 圖像（xiàng）中第x 行第y 列像素的R、G、B 三個分量值。

3、火（huǒ）點識別

預處理完的灰度圖像與普通相機圖片明顯不同，它不是人眼能看到的目標（biāo）可見光圖像，而是目標表麵（miàn）溫度分布圖像。由於森（sēn）林火災的火焰溫度一般遠（yuǎn）在600°C 以上（shàng），在波長為：3～5m 紅外線的波段上有較強的輻射，而背景的林（lín）地植被的地表溫度一般僅有20～30°C，甚至更低，與火焰有較大的反差，在圖像（xiàng）上可清晰的顯示出來。溫度越高的區域圖像的灰度值（zhí）就越大，表現在圖像上就越亮。根據試驗調整紅外攝像機的亮度和對比（bǐ）度，使溫度為100°C 的（de）點在圖（tú）像上的灰度值為150，因此，可以根據試驗事先設置著火點溫度的閥值，當灰度值（zhí）高於這一閥值時係統便認為發現著火點。為了提（tí）高係統靈敏（mǐn）度和可靠性，火點識別時還可以對圖像中（zhōng）發（fā）現異常點（diǎn）的個（gè）數設置閥值。當發現的異常點超過閥值之後才認為發現著火點。這（zhè）樣不僅可以盡（jìn）量減少係統誤報次數，還可以提高（gāo）係統工作的可靠性。

四

森林火災是（shì）世界（jiè）性的林業重要災害（hài）之一，隨著中國造林事業的不斷發展，防火工作成為首要任務。紅外（wài）成像應用在森林防火中相比於傳統的防火方式最大（dà）優點就是不需（xū）要可見光的支持，這對於受光線限製的林區或者是在夜間探測的（de）情況下，極大的便於火情的早期發現和預防，而且大大（dà）降（jiàng）低了森林防火工作中的成本。

由於我國生態建設進（jìn）程加快，森林資（zī）源豐富，風景旅遊區林草茂密，以森林景觀為主的風景旅（lǚ）遊區麵積不斷擴大，林區可燃物（wù）增多，麵臨著（zhe）林火（huǒ）隱患和森林火災威脅（xié），防（fáng）火任務日益艱巨。森林防火工作仍存在野外火源管理難（nán）度大，林（lín）區火災隱患增多等薄弱環（huán）節。如何（hé）提升森林防火現代化水平，及時掌握（wò）了解各個林區、風景旅遊區的現狀，及早發現火情，將（jiāng）森林火災帶來的損失減（jiǎn）少到最小，是（shì）目前急需解（jiě）決（jué）的。基（jī）於紅外熱成像原理的森林防火預警係統，利用熱成像原（yuán）理與視頻監控係（xì）統結合監測火（huǒ）災及其他異常事（shì）件，易於集成，並實現了（le）網絡化，是現代（dài）森林防護係（xì）統（tǒng）的有（yǒu）效解決方案。