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林火视频监测新技术研究

张健  
【摘要】: 视频监测技术是森林火灾预警科研领域中的重要分支。目前我国林火视频监测系统正在从模拟技术向数字技术过渡,但智能化水平不高,普遍存在的若干问题有:1.瞭望塔的选址未经科学计算,监测覆盖率靠经验估算;2.摄像机扫描到火点后不能自动定位,没有成熟的核心算法;3.林区地形环境复杂,导致视频通信误码率高;4.林火视频自动识别研究刚刚起步,误报率较高等。 本文为解决嘹望塔选址、火点自动定位、视频信号通讯质量不高这三个问题,在技术与方法上进行了探索,研究主要内容如下: 1.通过制作5m精度的数字高程模型,在ArcGIS平台应用空间分析工具和“贪婪算法”定量地计算出最佳监测点数目、位置、覆盖率等关键参数,在有限监测点条件下既符合通视性要求又实现了最大覆盖。研究结果与鹫峰国家森林公园现有的林火视频监测瞭望塔的数量、位置吻合。本项成果是引入通信领域选址方法专门针对林业特殊用途基站的优化选址研究,为林火视频监测点选址提供了理论依据。 2.已有文献和工程实验中的多点定位方法虽然精度高,但存在必须交叉覆盖导致增加投资的问题,所以本文提出了“单点定位”的设想,随着数字云台的出现和GIS平台的成功开发使突破这一难题成为可能,作者创新应用高程数据弥补了缺少必要计算条件的不足,利用地形剖面中的几何关系得到了火点定位的收敛判据。考虑到山区高程多变的特殊性,根据GIS(地理信息系统)提供的坡度变化数据获取相应不同的步长间隔数值,可得到坡度与插值点间函数关系式,使搜索效率得到提高。在林火定位系统开发中,使用了包括交汇法在内的多种定位方法,实现了火点定位方法的综合应用。 3.采用国际最新的视频压缩编码标准H.264和达芬奇核心芯片关键技术设计了视频服务器,解决了大规模集成电路之间的接口问题,此成果在林业领域应用还是首次。 应用上述研究成果对鹫峰国家森林公园进行了林火视频监测系统设计和实验。验证得出单监测点定位模式下,纬度方向定位误差在150m以内,经度方向定位误差在120m以内;双点定位模式下,经度方向定位误差在12m以内,纬度方向定位误差在15m以内。对大门坨、萝卜地监测点为中心的林场辖区进行典型方位的断面提取试验,表明两点均处于较佳观测位置。


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