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紅外熱成像儀技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用


●發(fā)布時間:2013-2-9  ●   ●信息來源:上海皇龍自動化工程公司  ●作者:站長

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森林火災(zāi)具有突發(fā)性、隨機(jī)性、破壞時間短等特點(diǎn),因此一旦有火警發(fā)生,就必須速度采取撲救措施。而撲救是否及時,決策是否得當(dāng),最重要取決于對林火的發(fā)現(xiàn)是否及時,分析是否準(zhǔn)確合理,決策措施是否得當(dāng)。傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)一般基于紅外傳感器和煙霧傳感器,探測火災(zāi)發(fā)生時生成的煙、溫度和光等參量,經(jīng)信號處理、比較、判斷后發(fā)出火災(zāi)報警信號;其缺點(diǎn)是無法迅速采集火災(zāi)發(fā)出的煙溫變化信息,難以滿足早期探測并預(yù)報此類火災(zāi)的要求。

  近年來,紅外熱成像檢測和可見光圖像檢測在火焰檢測中有一定程度的應(yīng)用,但由于自身成像和檢測原理,只是單一的檢測模式極容易產(chǎn)生誤報、漏報,影響用戶使用,使得這一技術(shù)的推廣受到了阻礙;谶@種現(xiàn)象,雙光譜探測森林防火智能預(yù)警系統(tǒng),采用兩種光譜的圖像智能檢測技術(shù)最大程度發(fā)揮了各自優(yōu)勢,取長補(bǔ)短,能有效準(zhǔn)確地檢測出火焰,彌補(bǔ)傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)與單一檢測模式所存在的不足,以達(dá)到森林防火智能預(yù)警的效果。

  雙光譜探測森林防火智能預(yù)警系統(tǒng)是基于當(dāng)前林火監(jiān)測技術(shù)的不足的基礎(chǔ)上研發(fā)的成果,也是一套針對性很強(qiáng)的系統(tǒng),其具有高精度、高可靠等特點(diǎn),多種技術(shù)手段共同確保林火預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)。

  國外森林防火技術(shù)發(fā)展

  從19世紀(jì)90年代至20世紀(jì)50年代感溫探測器一直占主導(dǎo)地位,火災(zāi)自動報警系統(tǒng)處于初級發(fā)展階段;20世紀(jì)50年代初,瑞士物理學(xué)家埃斯特邁爾成功研制出離子型感煙探測器;到20世紀(jì)70年代末,光電元器件技術(shù)取得突破,光電感煙探測器應(yīng)運(yùn)而生;20世紀(jì)80年代初,日本開始研究實(shí)驗?zāi)M量火災(zāi)探測器,最為典型的是1991年日本學(xué)者提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于火源探測的問題;1994年瑞士推出AlgoRex火災(zāi)探測系統(tǒng),該系統(tǒng)采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯相結(jié)合,共同決策。

  20世紀(jì)70年代末,我國的一些軍工企業(yè)、部屬企業(yè)開始研制火災(zāi)自動報警產(chǎn)品;進(jìn)入80年代后為了縮短與國外同類產(chǎn)品的差距,滿足國內(nèi)市場需要,開始引進(jìn)或仿制國外產(chǎn)品;90年代后,國外企業(yè)進(jìn)入中國市場,帶來了先進(jìn)的技術(shù),在一定程度上促進(jìn)了市場的發(fā)展。

  隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和森林防火信息化需求的逐漸升級,新的火災(zāi)探測器也不斷出現(xiàn);但目前國內(nèi)所有的火災(zāi)自動報警技術(shù)主要是基于傳感器的檢測,在現(xiàn)有的各種火災(zāi)報警和消防監(jiān)控設(shè)備中,大多數(shù)場所的火災(zāi)檢測,都采用常規(guī)的火災(zāi)探測的方法,其性能優(yōu)劣直接會影響火災(zāi)自動報警的準(zhǔn)確度和可靠性,例如感煙、感溫、感光探測器,它們分別利用火焰的煙霧、溫度、光的特性來對火災(zāi)進(jìn)行探測。在大面積森林應(yīng)用中,上述傳感器由于空間距離大,信號變得十分微弱。大空間使得普通的感煙、感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)都無法迅速采集火災(zāi)發(fā)出的煙溫變化信息,即使是高精度的傳感器也會由于種種噪聲干擾而無法正常工作,導(dǎo)致火情誤報或錯報,無法滿足森林火災(zāi)的及時檢測需求。

  目前世界森林面積達(dá)40億公頃,其中我國森林面積是1.75億公頃,各類自然保護(hù)區(qū)1551個,對森林防火智能預(yù)警系統(tǒng)有著不同程度的需求,防止森林火災(zāi)發(fā)生的最好辦法就是預(yù)防。世界各國對火災(zāi)的預(yù)警檢測越來越重視,2010年6月俄羅斯大火給各國敲響了森林防火的警鐘,森林保護(hù)系統(tǒng)的缺失將導(dǎo)致森林火災(zāi)發(fā)生時要么束手無策,要么聽之任之,因此,俄羅斯生態(tài)學(xué)家指出應(yīng)盡快恢復(fù)國家森林保護(hù)系統(tǒng),實(shí)用、快速、全面的預(yù)警系統(tǒng)尤為重要。

  雙光譜探測森林防火智能預(yù)警系統(tǒng),采用雙光譜探測方法,將先進(jìn)的紅外熱成像儀圖像采集和可見光圖像探測通過智能分析算法結(jié)合應(yīng)用,取長補(bǔ)短,最大限度發(fā)揮各自優(yōu)勢,再加上網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)組成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能森林防火指揮系統(tǒng)。與普通網(wǎng)絡(luò)視頻檢測系統(tǒng)相比,雙光譜探測森林防火智能預(yù)警系統(tǒng)是一種更高端、視頻檢測更智能、更準(zhǔn)確可靠的防火檢測系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守,自動對視頻圖像信息進(jìn)行分析判斷,及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的異常煙霧和火災(zāi)苗頭,準(zhǔn)確檢測出火焰,以最快、最佳的方式告警并提供防火預(yù)警信息,達(dá)到早期預(yù)警的目的。能夠有效的協(xié)助消防人員處理火災(zāi)危機(jī),并最大限度的降低誤報和漏報現(xiàn)象;同時還可查看現(xiàn)場實(shí)時圖像,根據(jù)直觀的畫面直接指揮調(diào)度救火。

  該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于森林等戶外火災(zāi)的預(yù)警監(jiān)測中,同時結(jié)合林業(yè)管理的專業(yè)知識和林業(yè)防火的經(jīng)驗,建立新一代森林防火智能分析監(jiān)測系統(tǒng),針對性地解決用戶的各種個性化需求。通過紅外熱成像和可見光雙光譜的檢測,以及云臺精確智能定位系統(tǒng),獲得林區(qū)的清晰圖像,利用視頻分析技術(shù),根據(jù)火焰光譜特征判斷是否產(chǎn)生火情,一旦發(fā)現(xiàn)疑似火情,立即觸發(fā)報警,林區(qū)視頻回傳至監(jiān)控中心,如果確認(rèn)報警屬實(shí),攝像系統(tǒng)鎖定目標(biāo),精確判斷火點(diǎn)位置,并根據(jù)已建立的林業(yè)防火信息數(shù)據(jù)資源做出滅火方案。

  解決方案PYROVIEW FDS

  本系統(tǒng)是一種具有紅外光、可見光雙光譜探測的森林防火智能預(yù)警系統(tǒng),系統(tǒng)集成了紅外熱成像儀系統(tǒng)、超溫檢測系統(tǒng)、可見光攝像機(jī)、火災(zāi)監(jiān)測分析儀、云臺精確定位系統(tǒng)、視頻服務(wù)系統(tǒng)、監(jiān)控主機(jī)等部分組成?赏瑫r輸出兩路視頻信號,具有紅外熱成像超溫檢測和可見光火災(zāi)檢測功能,并根據(jù)置信度系數(shù)模型進(jìn)行分析,自動給出報警信息,有效提高了報警的準(zhǔn)確率。探測設(shè)備可根據(jù)用戶在場景中畫出的任意路徑自動掃描,并可在運(yùn)動掃描過程中進(jìn)行快速煙火檢測。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并向遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)發(fā)送報警機(jī)器ID、云臺水平和俯仰角度、超溫區(qū)域的坐標(biāo)(左上角和右下角)等信息。遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)根據(jù)回傳信息,經(jīng)過分析判斷確認(rèn)報警后產(chǎn)生報警信號、記錄報警信息,并提供日志查詢和錄像等功能。

  連續(xù)變焦紅外熱成像儀PYROVIEW 380L

  連續(xù)變焦紅外熱像儀由384×288非制冷焦平面陣列探測器配合75-150mm連續(xù)變焦紅外鏡頭制成,既能大范圍搜索,又能識別遠(yuǎn)處目標(biāo)。該產(chǎn)品克服了目前國內(nèi)外固定焦距式或雙視場式熱成像儀的缺陷,在變焦的過程中成像清晰,功能強(qiáng)大,性能穩(wěn)定。具有堅固且密封性能極好的外殼,內(nèi)部充氮,不受雨雪、灰塵的破壞,能夠在惡劣的環(huán)境中正常工作。集第4代非制冷型焦平面紅外探測器、最先進(jìn)的電子和光學(xué)系統(tǒng)于一身的熱成像儀,能夠穿透灰塵、煙霧、雨雪和黑暗,最小溫度分辨率達(dá)80mK,增加圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)功能、輸出熱白/熱黑/偽彩色圖像。

  熱成像超溫檢測報警系統(tǒng)

  在大面積的森林中,火災(zāi)往往是由隱火引發(fā),這是毀滅性火災(zāi)的根源,而用現(xiàn)有的普通檢測方法,很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火,并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍。

  自然界中任何溫度高于絕對零度的物體,都會不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波,物體表面的溫度越高,紅外輻射能量就越多,因此可以利用紅外輻射測量物體表面的熱狀態(tài)。

  熱像儀工作在8-14μm,屬于遠(yuǎn)紅外波段,正常森林的輻射波長范圍為8.5-12.2μm,在熱成像儀8-14μm的探測范圍之內(nèi)。目標(biāo)溫度越高,從熱成像探測器組件輸出的數(shù)字信號值越大,即數(shù)字圖像的灰度值越大,根據(jù)此特點(diǎn),超溫檢測工作過程如下:圖像采集模塊將探測器輸出的高精度圖像數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存,圖像處理模塊運(yùn)行超溫檢測算法,首先根據(jù)目標(biāo)和背景的對比度計算出原始閾值,再結(jié)合用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度等級,計算出二值化閾值,將圖像二值化后進(jìn)行連通域檢測,計算出目標(biāo)區(qū)域面積和坐標(biāo),在畫面上標(biāo)識出超溫區(qū)域并通過串口發(fā)出報警信息。

  由于探測器接收到的紅外輻射能量受監(jiān)控距離和工作環(huán)境的影響,被檢測目標(biāo)的溫度范圍也各不相同,所以為了達(dá)到理想的報警效果,可以根據(jù)用戶的具體使用環(huán)境設(shè)定被監(jiān)控目標(biāo)的溫度等級,即目標(biāo)與背景的溫度差別等級。

  可見光圖像檢測系統(tǒng)

  由于紅外熱成像儀成像清晰度差,可能存在一定程度上的誤報,因此系統(tǒng)又引入可見光圖像檢測,通過檢測火焰的靜態(tài)特征(顏色)和形態(tài)特征(閃爍性)兩個特征進(jìn)行檢測。先利用靜態(tài)特征從視頻圖像中提取出與火焰顏色相似的區(qū)域,再利用形態(tài)特征對上面提取出來的區(qū)域進(jìn)行檢測,通過視頻圖像分析算法,檢測出火焰產(chǎn)生二級報警信號?梢姽鈹z像機(jī)模擬視頻信號接入到圖像檢測模塊,通過圖像采集單元的視頻解碼電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后,被基于DSP的圖像處理單元處理,根據(jù)火災(zāi)火焰的圖像特性,探測出畫面中出現(xiàn)的火焰,加入火焰識別標(biāo)記后,再通過視頻編碼電路轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號輸出。由于監(jiān)測場景不同,火焰所呈現(xiàn)的顏色、狀態(tài)也會不同。因此,在監(jiān)測時,可以根據(jù)環(huán)境要求,調(diào)整檢測模塊的工作狀態(tài),通過設(shè)置相應(yīng)參數(shù)閾值,如顏色靈敏度、動態(tài)靈敏度等,使檢測模塊可以更準(zhǔn)確及時地識別出火焰。

      具體參見: 紅外熱像儀火災(zāi)監(jiān)視系統(tǒng)FDS

   
 



 
 
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