三星光电子森林防火监控解决方案

一、 系统概述
我国是一个生态脆弱、森林资源匮乏的国家，随着造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积不断的增加，防火工作是首要任务，因此保护好现有森林资源是加快林业发展的前提和基础。森林火灾具有突发性、随机性，短时间内造成具大损失的特点。因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当，因此需要采用现代电子和信息化技术装备做到“预防为主，积极消灭”。森林防火监控系统需要由前端监视系统、传输系统、供电系统、管理指挥系统等组成，本文只对前端摄像机做一个重点的分析，其它部分做简单的描述

二、 需求分析
森林防火监控系统是一个大范围的监控，监控的环境恶劣，对监控的效果要求比较高，因此在设备选型的要充分考虑前端摄像机的成像效果，具体需求分析如下：
（1）与红外热像仪的比较分析。红外热像仪作为前端监视主机，其好处是，根据他的图象，我们可以直接知道画面环境每一个点的温度（根据画面的颜色来区分），这样，可以很方便地利用计算机对前端采集的图象进行数字化处理，对环境温度湿度进行分析，及时提出火灾预报或火警等级，提高了系统的智能化程度。但是，红外热像仪的图象清晰度非常差，监视距离非常近，大约为1公里左右，同时，红外热像仪的寿命比较短，不适合24小时实时监控，再加上造价比较高，因此离实用尚有一定的距离，而CCD摄像机作为传统的监控方式，则非常成熟实用，图象清晰度高，效果好且直观，一旦发生火警，监控中心可以非常直观地确定火警地具体位置（这一点，采用红外热像仪是不可能实现的）。另外，从原理上说，CCD摄像系统的工作寿命比红外热像仪高一个数量级。所以，目前在森林监控系统中，绝大多数采用的还是CCD摄像机。

（2） 与传统CCD摄像机的比较分析。目前我们所提到超低照度摄像机大都采用Exview HADCCD和帧累积技术,并配以日夜转换功能。采用Exview HAD CCD的摄像机，对外界光线的敏感程度会大大提高，在近红外区域，其感光度可以提高到普通摄像机的4倍，这一技术的出现受到了监控市场的欢迎，对各种光照环境下均可表现出*佳的效果，特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高清晰度的黑白图像。帧累积技术获得低照���下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的爆光量，从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度，一般的超低照度摄像机虽然在一定程度上解决了低照度问题，但也有有其本身的局限，如：
◆对光线也有要求，当伸手不见五指时不能拍摄到理想的效果。
◆采用帧累积技术虽然能够可以获得较低的照度指标，但是需要降低图像的连贯程度，不能从根本上解决照度问题。
◆红外灯普遍存在使用使用寿命过短和距离限制问题，适成了使用效果大打折扣。
◆黑白图像虽然提高了摄像机的灵敏度和清晰度，它只能用两种颜色来还原所拍摄到的物体，图像的逼真度和层次感都要差一些。在各种应用场合，对摄像机的色度信号识别功能是非常重要的，包括对人轮廓、衣着、表情等方面微观色度信号等部分的辨别，而在低光照的条件下，红外摄像机及彩转黑摄像机是无能为力的。

三星光电子森林防火监控解决方案
 

（3）采用电子增倍电荷耦合装置可以极大的提高摄像机在黑暗条件下成像的效果。目前在应用发展中对探测器灵敏度的要求不断提高，EMCCD(Electron-MultiplyingCCD)技术对愈发严苛的需求作出了答复。EMCCD技术，有时也被称作“芯片上放大增益”(On-chipmultiplication)技术，，是一种全新的微弱光信号增强探测技术，广泛应用于天文学，生命科技，由AndorTechnology Ltd.首先应用于他们在2001年发布的iXon系列**超高灵敏相机上，它与普通的CCD探测器的主要区别在于其读出（转移）寄存器后又接续有一串“增益寄存器”，它的电极结构不同于转移寄存器，信号电荷在这里得到增益。在增益寄存器中，与转移寄存器不同的是其中的一个电极被两个电极取代，其中电极1被加以适当的电压而电极2提供时钟脉冲，但该电压比仅仅转移电荷所需要高很多（约会40~60V）。在电极1与电极2间产生的电场其强度足以使电子在转移过程中产生“撞击离子化”效应，产生了新的电子，即所谓的倍增或者说是增益；每次转移的倍增倍率非常小，*多大约只有×1.01~×1.015倍，但是当如此过程重复相当多次（如陆续经过几千个增益寄存器的转移），信号就会实现可观的增益—可达1000倍以上。

Normal Camera	EXview Camera	Cooling Camera

（4）对林区实现远距离的监控，一般一个监控能覆盖半径两公里左右的范围，这就要求摄像机具有驱动大镜头的功能，能够视频驱动自动光圈，摄像机可以根据光线的变化自动控制光圈，较三可变镜头具有很大的优势，三可变的镜头对光线的变化，光圈的控制都需要人为操作，对整个系统而言，其智能化、自动化效果将大打折扣。

（5）控制中心与各监控点之间由微波网络进行信息传输；控制中心配置微波发射接收天线、微波单元、微波调制解调器、图像编***、大屏幕显示器或多台独立显示器、主机；各监控点配置与上述相关微波设备相应的微波发射接收天线、微波单元、微波调制解调器、图像编***。

（6）控制中心，通过微波网络接收各监控点云台上摄像机所采集到的实时图像信息，发出并传送操作信号至各监控点使云台和摄像机做出相应的动作。

三星光电子森林防火监控解决方案
 

三、系统原理图

（四）系统特点
该监控系统可以直观、真实、有效地对监控区域实时的监视，及时了解现场的情况，预防火灾的发生。
当发生火灾时，通过现场的图像传输，使指挥中心实时掌握现场的情况，便于对救火的调度，*大限度的减少火灾造成的损失。
对图像能进行实时存储，出现火灾险情时，用户可以查询以前的录象资料，分析险情的起因，做到有据可查。
三星光电子森林防火监控解决方案