森林（lín）火災是一種受天氣條件和生態環境影響的嚴重自然災害，突發性強，破（pò）壞性大，撲救難度大，是森林災害之首。傳統（tǒng）的森林火（huǒ）災監測以瞭望台為主， 巡（xún）航飛機和衛星測（cè）報為（wéi）輔。瞭（liǎo）望台通（tōng）過（guò）用肉眼觀察煙霧來發（fā）現森林火情， 一般小火時煙霧不易發現， 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。通（tōng）過觀察煙霧測定的數據誤差較大， 尤其在夜間觀測困難。因此，采用視頻監（jiān）控方式第一（yī）時（shí）間發現火情（qíng）就顯得十分必（bì）要。由於普通CCD 受大霧、光線等（děng）環境影響嚴重，觀測範圍比較小火災識別率不高。如在大麵積的森林中（zhōng），火災往往是由不（bú）明顯的隱火引（yǐn）發的（de），這是毀滅性火災的根（gēn）源。
用現有的普通監視係統很難發現這種隱（yǐn）性火災苗頭。而紅外熱像儀應用在森林防火中，相比（bǐ）於普通的的視頻監控方（fāng）式的最大優點就是不需要可見光的支持，這對於受光線限製的林區或者是在夜間探測（cè）的情（qíng）況（kuàng）下，極大（dà）的便於（yú）火情的早期發現和預防，而且大大降低了森（sēn）林防火工作中的（de）成本。並且由於紅外熱像（xiàng）儀的感熱特性，應用紅外熱像儀的（de）視頻監控係統可以更迅速地對濃煙、地下火、隱性火等火情進行預警（jǐng），及時（shí）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有屬性，其本質是物質內部微觀粒子的熱運動，任何（hé）高於絕對（duì）零度以上（shàng）的物體(包括固體、液體和氣體（tǐ）)都有紅外輻射，物體的溫度越（yuè）高，分子或原子運（yùn）動越劇烈，其紅（hóng）外輻射越多。當物體與周圍背景（jǐng）之間、以及物體本身不（bú）同部位之間（jiān）存在著溫（wēn）差，就會輻射（shè）出不同的能量，紅外成像器（qì）利用物體間的紅外輻射差來探測成像（xiàng）。
因而任何物體在任何時刻都要源源不斷地向外輻射電磁波。物體輻（fú）射的電磁波是其溫度的函數，通常還與物體的輻射本領有關。紅外輻射（shè）是介於可見光與微波之間的電磁波，其波長在0.75um-1000um之間。由於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。被動式紅（hóng）外探測係統就是利用物體溫度及其輻射本領的差異製成的，用它（tā）可以（yǐ）對物體進行探測（cè）、測量、跟蹤、搜索和成像等。
來自目標或輻射源的紅（hóng）外輻射，經大氣傳輸後，被光（guāng）學係統接收，調焦並聚焦到紅外探測器的響應平麵上，然後把輸入的紅外輻射信號轉變為電信號，再經過放（fàng）大（dà）和處理，最後在顯示係統中顯示出來，或者驅動執行機（jī）構工作。這種紅外探測係（xì）統結構簡單，能夠直（zhí）接反映物體的特征參量。如物體的溫度（dù）或物體的各部分溫度的分布情況，物（wù）體的空間方位及其運動情況等等（děng）。
紅外探測器是紅外熱像儀的（de）核心器件（jiàn）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），使熱敏元件溫度（dù）升高從而引起與溫度有關的物理參（cān）數改變的探測器，如：熱敏電阻、熱（rè）電耦、熱釋電電測器等；光子探測器是通過光子與物（wù）質內部電子相互作（zuò）用，產生電子能態變化而完成光電轉換的探（tàn）測（cè）器，分為（wéi）光導型與光伏型兩類。光（guāng）導型探測器是當半導（dǎo）體吸收光子能量（liàng）後產生非平衡載流子，參與導（dǎo）電使半導體的電導（dǎo）率增加；光伏型探測器是在非本征（zhēng）半導體上形成P-N結，在入（rù）射光子（zǐ）的作用下產生電子-空穴對，結間電場（chǎng）使兩類載流子分開而（ér）產生電動勢。根據探測器單元數（shù），探測器分為單元探測器、線陣列探測器和麵陣探測器。
二、預警監控係統組成
1、紅外熱像（xiàng）儀
紅外熱像儀能夠在漆（qī）黑的夜晚生（shēng）成鮮明的圖像，不同於其它技術（shù），紅外熱像（xiàng）儀無需光線（xiàn）亦可產生（shēng）鮮明圖像（xiàng），其可穿透薄霧和煙霧，在任何天氣條件下進行（háng）拍攝，這就使其成為全（quán）天（tiān）候不間斷遠程監控的絕佳選擇。除了基本的熱成（chéng）像功（gōng）能之外，紅外熱像儀還具有測溫功（gōng）能，數字圖像增強技術和（hé）偽（wěi）彩色功能（néng）。測溫（wēn）功能（néng）可以幫助工作人員實時了解所觀測點的溫度信息並分析圖像最高溫度點出現區域；數字細節增強技術可以提高紅外（wài）成像係統的細節分辨（biàn）能力（lì），方便人工識（shí）別火源及其他高溫目標（biāo）；偽彩色技（jì）術可（kě）以將黑白熱圖像轉（zhuǎn）換為彩色圖像，進一步增強圖像的對比度（dù）。
2、可見（jiàn）光高清相機
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（zhù）工作人員（yuán）及時有效的識別火源；同時，在後（hòu）台運行透霧算法，可以有效減弱（ruò）霧霾天氣對可見光成像的影響，最大限度地為工作人員呈現鮮明（míng）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預警網絡視頻監控係統采用一體化雙光譜設計，同時集（jí）雲台護罩、視頻編碼器於一體，兼有可見光和紅外夜視功能。可對視場範圍內觀測物體進（jìn）行全天候實時監測，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（shū）材料，經過特殊加固及密封處理，具有（yǒu）良好（hǎo）的抗震、抗（kàng）衝擊、防塵等特性，可滿足（zú）室外架設條件，是全天候安防監控（kòng）的必備設備，產品可與目前常用平台和控製（zhì）設備兼容，根據不同監控需求，增加了自動巡航、削蘋果（guǒ）皮（pí）、360度螺旋掃描等多種（zhǒng）掃描模式（shì），雲台在掃描過程中通過數據通道實時回傳雲台當前水平（píng）、俯仰的方位角位置，通過無線網絡對視頻信息和控製信息進行傳輸。
森林防火關鍵技（jì）術
4、數（shù）據傳輸
前端由采集定位係統、傳輸係統、設（shè）備防盜監控係統、避雷接地（dì）係統（tǒng）、智（zhì）能太陽能供電係統等組成；中繼由無線網橋、傳輸天線、智能太陽能供電係統、避雷接地係統等組成；中心控製設備終端由網絡視頻管理係統、地理信（xìn）息係統（tǒng）、林火自動（dòng）識別報警係統、短（duǎn）信（xìn）發布平台、傳輸係統、電視（shì）牆係統、U P S電源等組成。
三（sān）、森林防火關鍵技（jì）術
1、紅外圖像編碼
MPEG4是ISO 及IEC 聯合技術委員會下設一（yī）個工（gōng）作組， 它開發的標準通常稱為MPEG 標準，主要有MPEG-1(VCD)，MPEG-2(DVD 和數字電視)，MPEG-4(internet 視頻應用（yòng）)，在（zài）視頻監控領域均可按照（zhào）需求，選用這些標準。其中MPEG-1 主要針對1.5Mbit/s 以下碼率的（de）數字存儲（chǔ）媒體應用的活動圖像及其伴音編碼；MPEG-2 標準製定（dìng）了視頻網上傳播協議，當MPEG 的視頻信號打包（bāo）傳輸流(Transport Stream，TS)後，可以（yǐ）在廣域網或局域網上實（shí）現視頻的流式播放， 它可以適應不同應用（yòng）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（zhǔn）主要（yào）是提供極低速（sù）率的視頻流，使視頻流在Internet以及移動通信網上實現（xiàn）視頻應用。
2、圖像預處理（lǐ）
係統抓取的是一幅384×288 大小的RGB 紅（hóng）外圖（tú）像（xiàng）， 在對圖像進（jìn）行（háng）火點識別之前必須先將圖像轉換為灰度圖（tú）像。經試驗表（biǎo）明R、G、B3個分量采用如下公式進行轉（zhuǎn）換得到的灰度圖（tú）像效果最（zuì）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0～255)；red、green、blue 分（fèn）別代表RGB 圖像中第x 行第y 列像（xiàng）素的R、G、B 三個分量值。
3、火點識別
預處（chù）理完的灰度圖像與普通相機圖片明顯不同，它不是人（rén）眼能（néng）看（kàn）到的目標可見光圖像，而是目標表（biǎo）麵溫度分（fèn）布圖像。由於（yú）森林火災的火焰溫度一般遠在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（de）林地植被的地表溫（wēn）度（dù）一般僅有20～30°C，甚至更低，與火（huǒ）焰有較大的反差，在圖像上可清晰的顯示出來。溫度越（yuè）高（gāo）的區（qū）域圖像的灰度值（zhí）就越大，表現在圖像上就越（yuè）亮（liàng）。根據試驗調整紅外攝像機的亮度和對（duì）比度，使溫度為100°C 的（de）點在圖（tú）像上的灰（huī）度值為150，因此（cǐ），可以根據試驗事先設置著火點溫度的閥值，當灰度值高於這一閥值時係統便認為發現著火點。為了提高係統靈敏度和（hé）可靠性，火點識（shí）別時還可以對圖像中發現異常點的個數設置閥值。當發現的（de）異常點超（chāo）過閥值之後才認（rèn）為（wéi）發現著火點。這樣不僅可（kě）以盡量減少係統誤報次數，還可以提高係統工作（zuò）的可靠性（xìng）。
四
森林火災是（shì）世界性的林業重要災害（hài）之一，隨著中國造林事業的不斷發展，防火工作（zuò）成為首要任務。紅外（wài）成像應（yīng）用在森林防火中相比於傳統的防火方（fāng）式最（zuì）大優點就是不需要可見光的支持，這對於受光線限製的林區或者是在夜間（jiān）探測的情況下，極大的便於火情的早期發現（xiàn）和預（yù）防，而（ér）且大大降低（dī）了森林防（fáng）火工作中的（de）成本。
由於我國生態建設進程加快，森林資（zī）源豐富（fù），風景旅（lǚ）遊區林（lín）草茂密，以森林景觀為主的風景旅遊區麵積不斷擴（kuò）大，林區（qū）可燃物增多，麵臨著林火隱（yǐn）患和森（sēn）林火災威脅，防火任務日（rì）益艱巨。森林防火工作仍存在野（yě）外（wài）火源管理難度大，林區火災隱患增多（duō）等薄弱環節。如何提升森林防火現代化水平，及時掌握（wò）了解各個林區（qū）、風景旅遊區的（de）現狀，及早發現火情，將森（sēn）林火災帶來的損失減少到最小，是目前急需（xū）解決（jué）的。基於紅外熱成像原理的森（sēn）林防火預警係統（tǒng），利（lì）用熱成像原（yuán）理與視頻監控係統結合監測火（huǒ）災及其他異常（cháng）事件，易於集成（chéng），並實現了網絡化，是現代森林防護係（xì）統的（de）有效（xiào）解決方案。
