森林火災是一種受天氣條件和生態環境影響的（de）嚴重（chóng）自然災害，突發性強，破壞性大，撲救難度大，是森林災害之首。傳（chuán）統的森林火災監測以瞭望台為主， 巡航飛機和衛星測報為輔（fǔ）。瞭望台通過用肉眼觀察煙霧來（lái）發現森（sēn）林火情， 一般小（xiǎo）火時煙霧不易發現， 發現時往（wǎng）往已釀成火災， 此時煙霧彌漫很難發現火災發生的位（wèi）置和發展（zhǎn）方（fāng）向。通過觀察煙霧（wù）測定的數據誤差較大， 尤其（qí）在夜間觀測困難。因此，采用視頻監控方（fāng）式第一時間發現火情就顯（xiǎn）得十分必要。由於普通CCD 受（shòu）大霧、光線等環（huán）境影響嚴重，觀測範圍比較小火災識別率不高。如在大麵積的（de）森林中，火災（zāi）往往是由不明顯的（de）隱火引發的，這是毀滅性火災的根源。

用現有的普通監（jiān）視係統很難發現這種隱性火災苗頭。而紅外熱像儀應用在森林（lín）防火中，相比於普通的的（de）視頻監控方式的最大優點（diǎn）就是不需要可見光的支持，這對於受光線限製的（de）林區或（huò）者是在夜（yè）間探測（cè）的情況下，極大的便於火情的早期發現和預防，而且大大降（jiàng）低了森林防火（huǒ）工作中（zhōng）的成（chéng）本。並且由（yóu）於紅（hóng）外熱像儀的感熱特性，應用紅外熱像儀的視頻監控係統可以更迅速地對濃煙、地下火、隱性（xìng）火等火情進行預警，及（jí）時將火災消滅在萌芽階段。

一、紅外技術原理

紅外輻射是物體的固（gù）有屬性，其本質是物質內部微觀粒子的熱運動（dòng），任何高於絕對（duì）零度以上的物體(包括固體、液體（tǐ）和氣體)都有紅外輻射（shè），物體的溫度越高，分子或原子運動越劇烈，其紅外輻射越（yuè）多（duō）。當物（wù）體與周圍背景（jǐng）之間、以及物體本身不同部位之間存在著溫差，就會輻射出不同的能量，紅外成像（xiàng）器利用物體間的紅外輻射差來探測成像。

因（yīn）而（ér）任何物體在任何時刻都要源源不（bú）斷地向外輻射電磁波。物體輻射的電磁波是其溫度的函數，通常還與物體的輻射（shè）本領有關。紅外輻射（shè）是介於可見光與微波之間的電磁波，其（qí）波長在0.75um-1000um之間。由於（yú）人的眼睛看不到紅外輻射，需要借助紅外探測係統才能進行觀測。被（bèi）動式紅外探測係統就是利用物體溫度及其輻射本領的（de）差異製成的，用它可（kě）以對物（wù）體進行探測、測（cè）量、跟蹤、搜索和成像等。

來自目標或（huò）輻射源（yuán）的紅（hóng）外輻（fú）射，經大氣（qì）傳輸後，被光學係統接收，調焦並聚焦到紅（hóng）外探測器的響應平麵上，然後把輸入的紅外（wài）輻射信（xìn）號轉（zhuǎn）變為（wéi）電信號，再（zài）經過放大和處理，最後在顯示係統中顯示（shì）出來，或者（zhě）驅（qū）動執行機構工作。這種紅外探（tàn）測係統結（jié）構簡單，能夠直接反映物體的特征參（cān）量。如物體的溫度或物體的各部分溫度的分（fèn）布情（qíng）況，物體的空間方位及其運動情況等等。

紅外探測（cè）器是紅外熱像儀的核心器件可分為熱探（tàn）測器和光子探測（cè）器兩大（dà）類。熱探（tàn）測器（qì）是指吸收紅外輻射後，使熱敏元件溫度升高從而引起與溫度有關的物理參數改（gǎi）變的探測器，如：熱敏電阻、熱（rè）電耦、熱釋電電測器（qì）等；光子探測器是通過光（guāng）子與物（wù）質內部電子相互作用，產生電（diàn）子能態變化而完成光電轉換的探（tàn）測（cè）器，分為光導型（xíng）與光伏型兩類。光導型探測器是當半導體吸收光子能量後產生非平衡載流子，參（cān）與導電使（shǐ）半導體的電導率增加；光伏型（xíng）探（tàn）測（cè）器是在非本征半導體上形成P-N結，在入射光（guāng）子（zǐ）的作用下產（chǎn）生電子（zǐ）-空穴對，結間電場使兩類載（zǎi）流子分開而產生電動勢。根據探測器單元數，探（tàn）測器分為單元探測器、線陣列探測器和麵（miàn）陣探測器。

二、預警監控係統組成

1、紅（hóng）外熱像儀

紅外熱像儀能夠在漆黑的夜晚生成鮮明的圖像，不（bú）同於（yú）其它（tā）技術（shù），紅外熱像（xiàng）儀無需光線亦可產生鮮明圖像，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間斷遠程監控的絕（jué）佳選擇。除了基本的熱成像功能之（zhī）外，紅外熱像儀還（hái）具有測（cè）溫功能，數字圖像增強技術和偽彩色（sè）功能。測（cè）溫功能可（kě）以幫助工作人員實時了解所觀測點的溫度信息（xī）並分析圖像最高溫度點出現區域；數字細節增強技（jì）術可以提高紅外成（chéng）像係統的細節分辨能力，方（fāng）便人工識別火源及其他高溫目標；偽彩（cǎi）色技術可以將黑白（bái）熱圖像轉換為彩色圖（tú）像，進一步（bù）增強（qiáng）圖像的對比度。

2、可見光高清相機（jī）

可見光高清相機作為紅外熱像（xiàng）儀的輔助，可以進一步幫助工作人員及時有效的（de）識別火源；同時，在後（hòu）台運行透霧算法，可以有效減弱霧霾天（tiān）氣對可見光成像的影（yǐng）響，最大限度（dù）地為工作人員呈現鮮明清晰的可見光圖像。

3、前端設備

紅外可見光雙目熱源探測與（yǔ）預警（jǐng）網絡視頻監控係統采用一體化（huà）雙光譜設計，同時集雲（yún）台護罩、視頻編碼器於一體，兼有可見光和紅外夜視功（gōng）能。可對視場範圍內（nèi）觀測（cè）物體進行全（quán）天候實時監測，自（zì）動發現視場中的高溫目標並發送目標溫度及報警信息。設備采用高強度特殊材料，經過特殊加固及（jí）密封處理，具有（yǒu）良好的抗震、抗衝擊、防塵等特性，可滿足室外架設（shè）條件，是全天候安（ān）防（fáng）監（jiān）控的必（bì）備設備，產品可與目前（qián）常（cháng）用平台和控（kòng）製設備兼容，根據不同監控需求，增加了自（zì）動巡航、削蘋果皮、360度螺旋掃描等多種掃描（miáo）模（mó）式，雲台在掃（sǎo）描過程中通（tōng）過數據通道實時（shí）回傳雲台當前水平、俯仰的方位角位置，通過無線（xiàn）網絡對視頻信（xìn）息和控（kòng）製信息進行（háng）傳輸。

森林防火關鍵（jiàn）技術

4、數據傳輸

前端（duān）由采集定位係統、傳輸係統、設備防盜監控係統、避雷（léi）接地係統、智能太陽能（néng）供電係統等組成（chéng）；中繼由無線網橋、傳輸天線、智能太陽（yáng）能供電（diàn）係統、避雷接地係統等組成；中心控（kòng）製設備終端由網絡視頻管理係統、地理信息係統、林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（yuán）等組成。

三、森林防火關鍵技（jì）術

1、紅外圖像編（biān）碼

MPEG4是ISO 及IEC 聯合技術（shù）委員會下設一個工作組， 它（tā）開發的標（biāo）準通常稱為MPEG 標準，主要有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（zhào）需求，選用這些標準。其中MPEG-1 主要（yào）針對1.5Mbit/s 以下碼率的數字存儲媒體應用的活動圖像及其伴音編碼；MPEG-2 標準製定了視（shì）頻（pín）網上傳播協議，當MPEG 的視頻信號打包傳輸流(Transport Stream，TS)後，可以在廣域網或局域網上實現視頻的流式播（bō）放， 它可（kě）以（yǐ）適應不同應用的需要和不同終端接收設備的限（xiàn）製（zhì），其視頻碼率範圍是220Mbit/s；MPEG-4 標準主要是提供極低（dī）速率的視頻流，使視頻流在Internet以及移動通信網上實現視頻應用。

2、圖像（xiàng）預處理

係統抓取（qǔ）的是一幅384×288 大小的RGB 紅外圖像， 在對圖像進行火點識別（bié）之前必須先將圖像轉換為灰度圖像。經試驗表明R、G、B3個分量采用如下公式進行轉換得到的灰度圖（tú）像效（xiào）果最好：bmpdata[x，y]= 0.299×red + 0.587×green + 0.114×blue 式中bmpdata [x，y] 表示灰度圖像第x 行第y 列像素的灰度值(大小是（shì）0～255)；red、green、blue 分別（bié）代表RGB 圖像中第x 行第（dì）y 列像素的R、G、B 三個分量（liàng）值。

3、火點識別

預處理完的灰度（dù）圖像與普通（tōng）相機圖片明顯不同，它不是人眼能看到的目標可見光圖像，而是目標表麵溫度分布（bù）圖像。由於森林火災的（de）火焰溫度一般遠在600°C 以上，在波長為：3～5m 紅外線的波段上有較強的輻射，而背景的林地植被（bèi）的地表溫度一般僅有20～30°C，甚至更低，與火焰有（yǒu）較大的反差，在圖像上可清晰的顯示出來。溫度越高的區域圖像的灰度值就越大，表現在圖像上就越亮。根據試驗調整紅外攝像機（jī）的亮度和對比度，使溫度為（wéi）100°C 的點在圖像上的灰度值為150，因此，可以根據試（shì）驗事先（xiān）設置著火點（diǎn）溫度的閥值，當灰度值高於這一閥值時係統便認為發現著火點。為（wéi）了提高係統靈敏度和（hé）可靠（kào）性，火點識別時還可以對（duì）圖像中發現異常點的個數設置閥值。當發現的異常（cháng）點超過閥值之後才認為發現著火點。這樣不僅可以盡（jìn）量減少係統誤（wù）報次數，還可以提高係統（tǒng）工作的可靠性。

四（sì）

森林（lín）火災是世界性的（de）林業重要災害之一，隨著中國造林事業的不斷發展，防火工作成為首要任務。紅外成像應用在（zài）森林防火中相比於傳統的防火方式最大優點（diǎn）就是不需要可見光的支持，這對於受光線限製（zhì）的林區或者（zhě）是在夜間探測的情況下，極大的便於火情的早期發現和預防，而且大（dà）大降低了森林防火（huǒ）工作中的（de）成本。

由於我國生態（tài）建設進程加快，森林資源豐（fēng）富，風景旅遊區林草茂密，以森林景觀為主的風景旅遊區麵積不斷擴大，林區可燃物增多，麵臨著林（lín）火隱患和森林火災威脅，防火（huǒ）任務日益艱巨。森林防火工作仍存在野（yě）外火源管理難度（dù）大，林區火災隱患增多等薄弱環節。如何提升森（sēn）林防火現代化水平，及時掌握了解各個林區、風景旅遊區的現狀，及早發現（xiàn）火情，將森林火災帶來的損（sǔn）失減少到最小，是目（mù）前急需解決（jué）的。基（jī）於紅外熱成像原理的森林防火預警係（xì）統，利用熱成像原理與視頻監控係統（tǒng）結合（hé）監測火災及（jí）其（qí）他異常事件（jiàn），易於集成，並實（shí）現了網絡化，是現代森林防護係（xì）統的有效解決方案（àn）。