全天候超遠距離監控系統方案

      全天候遠距離監控作為現代安全系統的一個(gè)組成部分，隨著(zhù)現代城市的迅速發(fā)展已越來(lái)越顯示其重要性?！胺阑加谖慈弧笔窍赖囊粋€(gè)重要原則，只有將星星之火消滅于萌芽之中避免其形成燎原之勢，才能防止國家、社會(huì )、家庭的重大財產(chǎn)損失和人員的傷亡。目前的城市消防工作主要還是采用傳統人工方式的“報警、接警、處警”的方式來(lái)進(jìn)行。然而，隨著(zhù)城市規模日益發(fā)展擴大，城市環(huán)境越來(lái)越復雜，特別是超高層建筑等不斷出現，傳統方式消防手段逐漸難以適應日益復雜的城市環(huán)境并及時(shí)做到及早發(fā)現、及早滅火的需求。所以消防建設必需突破常規模式，利用多樣化的信息采集平臺，為科學(xué)有效的指導滅火救援任務(wù)圓滿(mǎn)完成提供了信息保障。消防高空瞭望技術(shù)作為一項古老理念的全新技術(shù)被提出并加以應用，在實(shí)際的運用中取得了較好的效果，對初起的火災報警確認以及監控識別判斷火災起到了積極的作用。隨著(zhù)監控技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，消防高空瞭望技術(shù)也不斷地被述以新的功能要求，它通過(guò)較少的投入，構筑了城市消防安全的千里眼，彌補了傳統的消防報警、消防監控的不足，在我國高速發(fā)展的城市化進(jìn)程中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

1.1 應用前景

     消防高空瞭望不同于普通的圖像監控，它著(zhù)力于在較高的位置實(shí)現大范圍的圖像精確監控，是一種既兼顧大場(chǎng)面廣角觀(guān)察，又實(shí)現具體目標精確監控的綜合監控手段。高空瞭望技術(shù)可以彌補普通監控手段無(wú)法避免的環(huán)境物體阻擋、視野范圍較小、天氣氣象條件惡劣能見(jiàn)度低的缺點(diǎn)，從而實(shí)現全天候多角度無(wú)阻擋大范圍精確化的監控。同時(shí)結合智能圖像分析識別技術(shù)，可實(shí)現智能化火情預警、定位及遠程調度指揮的作用。高空瞭望用途很多，主要包括城市消防監控、城市重點(diǎn)目標監控、城市治安監控、核心樞紐監控、城市環(huán)保監控、防空安全監控、交通疏導監控、自然災害應急監控等等。如下圖：

第一章 需求分析

     項目的建設單位為北京市消防XXX隊，項目目標是通過(guò)建設消防高空瞭望智能視頻監控系統能夠起到對北京市城區全天候實(shí)時(shí)觀(guān)測火情、智能識別預警并定位、輔助決策或指揮調度以確?；馂木仍募皶r(shí)性。該套監控系統可實(shí)現監控最大在10KM半徑距離內全天候的消防監測，白天采用高清CCD透霧攝像機搭配大倍數變焦鏡頭、夜間采用紅外熱成像實(shí)現夜視及煙火探測預警，應用多窗口自穩定伺服轉臺系統作為旋轉平臺，防護具有氣密、防腐蝕、抗強風(fēng)等軍工“三防”標準特點(diǎn)。設備安裝位置及視角示意圖如下：

2.1 要點(diǎn)分析系統實(shí)現要點(diǎn)如下：

      消防高空瞭望系統的實(shí)施有一定的難度，特別是其核心部分的云臺攝像機系統的穩定性、望遠能力、精確控制能力、夜視能力、大氣穿透能力、自我保護能力是影響高空了望系統成功實(shí)施的重要因素，而周邊配套設施的組合，特別是后端控制軟件的實(shí)施也是影響其建設的重要因素。由于消防高空瞭望系統都是設置在幾百米的高空，風(fēng)速較大，基礎自身的晃動(dòng)也要考慮，因此云臺的抗風(fēng)能力以及自身的運行間隙控制是影響圖像穩定的一個(gè)關(guān)鍵;云臺攝像機鎖定目標的監控范圍從幾公里到十幾公里，如何配置攝像機、鏡頭、云臺，使遠處的圖像盡收眼底也是系統配置的一個(gè)難點(diǎn);消防高空瞭望所覆蓋的范圍較大，依靠白天監控攝像機是根本達不到這么遠的夜視能力及效果，因此為了保證系統的24小時(shí)連續工作，夜間采用熱成像實(shí)現遠距離大面積的夜視監控;由于天氣因素影響，城區在有霧的情況下，前端攝像設備要具備一定的霧氣穿透能力，盡可能的提升惡劣天氣監控距離；另外，架設于高空的云臺攝像機如何精確控制、自我清潔、防銹防雷、除霜抗凍也是消防高空瞭望系統中的一大難點(diǎn)。

2.2 應對策略

     以上消防高空瞭望技術(shù)實(shí)現過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，隨著(zhù)科技的發(fā)展進(jìn)步，已經(jīng)被一一化解，不再成為難題。本系統利用高新科技，包括水平轉角、垂直轉角、雨刷動(dòng)作、回轉速度、鏡頭光圈、變焦距離、對焦距離、快門(mén)速度、白平衡方式、增益強度、監控位置坐標定位等對消防高空瞭望云臺、鏡頭進(jìn)行雙向的精確控制和管理，這使得消防高空瞭望技術(shù)從“居高臨下”的全局監控，到“關(guān)注細微”的定點(diǎn)監控可以隨意轉換，真正使消防高空瞭望技術(shù)從理論轉變?yōu)楝F實(shí)。第二章 系統設計

3.1 設計原則

      本項目方案設計遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統設計內容是系統的、完整的、全面的；設計方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。其具有以下原則：3.1.1 先進(jìn)性與適用性系統的技術(shù)性能和質(zhì)量指標應達到國際領(lǐng)先水平；同時(shí)，系統的安裝調試、軟件編程和操作使用又應簡(jiǎn)便易行，容易掌握，適合中國國情和本項目的特點(diǎn)。該系統集國際上眾多先進(jìn)技術(shù)于一身，體現了當前計算機控制技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的最新發(fā)展水平，適應時(shí)代發(fā)展的要求。同時(shí)系統是面向各種管理層次使用的系統，其功能的配置以能給用戶(hù)提供舒適、安全、方便、快捷為準則，其操作簡(jiǎn)便易學(xué)。

3.1.2 經(jīng)濟性與實(shí)用性

      充分考慮用戶(hù)實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，根據用戶(hù)現場(chǎng)環(huán)境，設計選用功能和適合現場(chǎng)情況、符合用戶(hù)要求的系統配置方案，通過(guò)嚴密、有機的組合，實(shí)現最佳的性能價(jià)格比，以便節約工程投資，同時(shí)保證系統功能實(shí)施的需求，經(jīng)濟實(shí)用。3.1.3 可靠性與安全性系統的設計應具有較高的可靠性，在系統故障或事故造成中斷后，能確保數據的準確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復的功能，同時(shí)系統具有一套完整的系統管理策略，可以保證系統的運行安全。

3.1.4 開(kāi)放性

      以現有成熟的產(chǎn)品為對象設計，同時(shí)還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢，可與治安、防盜報警系統實(shí)現聯(lián)動(dòng)，具有RJ-45網(wǎng)絡(luò )通訊口，可實(shí)現遠程控制。

3.1.5 可擴充性

      系統設計中考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能。并根據今后該項目工程的實(shí)際要求擴展系統功能，同時(shí)，本方案在設計中留有冗余，以滿(mǎn)足今后的發(fā)展要求。追求最優(yōu)化的系統設備配置在滿(mǎn)足用戶(hù)對功能、質(zhì)量、性能、價(jià)格和服務(wù)等各方面要求的前提下，追求最優(yōu)化的系統設備配置，以盡量降低系統造價(jià)。保留足夠的擴展容量該項目設備的控制容量上保留一定的余地，以便在系統中改造新的控制點(diǎn)；系統中還保留與其他計算機或自動(dòng)化系統連接的接口；也盡量考慮未來(lái)科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的應用。提高監管力度與綜合管理水平本項目系統設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統通過(guò)中央控制系統對各子系統運行情況進(jìn)行綜合監控，時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)撐握監視及報警情況。閉路電視監控大大減少勞動(dòng)強度，減少設備運行維護人員；另外，系統的綜合統籌管理可使設備按最優(yōu)組合運行，在最佳情況下運行，既可節能，又可大大減少設備損耗，減少設備維修費用，從而提高監管力度與綜合管理水平。

3.2 設計依據

《民用閉路監視電視系統工程技術(shù)規范》(GB/50198-94)

《系統接地的型式及安全技術(shù)要求》（GB14050-93）

《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）

《安全防范工程驗收規則》（GA/T308-2001）

《工業(yè)電視系統工程設計規范》(GBJ 115)

《安全檢查防范系統通作圖形符號》（GA/74-94）

安全防范工程費用概預算編制辦法（GA/T70-1994）

視頻安防監控系統技術(shù)要求（GA/T367-2001）

《 建筑物防雷設計規范 》GB 50057-94

《有線(xiàn)電視系統工程技術(shù)規范》GB 50200—94

《雷電電磁脈沖的防護》IEC61312

《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》GB50343-2004

《通信局（站）接地設計暫行技術(shù)規定》YDJ 26-89

《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》GB 50169-92

《氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范》XQ3-2000

《電子計算機機房設計規范》（GB50174—93）

《計算站場(chǎng)地安全要求》（GB9361—88）

《低壓配電設計規范》（GB 59954-95）

《供配電系統設計規范》（GB 50052-95）

3.3 系統組成

     消防高空瞭望智能視頻監控系統由前端視頻采集設備、光纜專(zhuān)線(xiàn)傳輸系統、后端監控軟件平臺系統（實(shí)時(shí)監控視頻轉發(fā)、智能圖像識別預警、城市GIS聯(lián)動(dòng)系統等）。前端視頻采集設備主要包括白光COMS透霧攝像機、長(cháng)焦高清鏡頭、紅外熱成像儀、氣密沖氮結構的自穩定伺服跟蹤云臺系統，前端控制柜、防雷、接地等。因為消防監控系統實(shí)時(shí)性、圖像質(zhì)量要求較高，所以傳輸系統采用政府光纜專(zhuān)線(xiàn)方式，搭配數字光端機，直接將前端模擬無(wú)失真視頻傳輸至后端監控中心分配，可做到零延時(shí)、高分辨率等特點(diǎn)。監控中心軟件平臺系統作為整個(gè)高空瞭望監控系統的指揮中樞，主要擔負幾個(gè)主要的功能：網(wǎng)絡(luò )集中視頻管理平臺，負責將采集回來(lái)的視頻數字化，并在消防專(zhuān)網(wǎng)內轉發(fā)、實(shí)時(shí)錄像存儲、用戶(hù)權限管理、設備管理等；智能圖像識別預警平臺，采集模擬視頻流進(jìn)行數字化處理，采用特有的分析算法，實(shí)時(shí)檢測當前監控場(chǎng)景的煙火隱患，當發(fā)現有火情則作出預警響應，通知相關(guān)人員采用進(jìn)一步措施及時(shí)處警；城市GIS聯(lián)動(dòng)平臺，將城市的地理數據進(jìn)行數字化，形成數字化二維、三維電子地圖系統，綜合各方面如前端采集設備方位俯仰角、鏡頭焦距、GPS數據、城市實(shí)際地理數據、接警信息等，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的計算、換算，將實(shí)際的火情點(diǎn)與地圖位置進(jìn)行對應，或將地圖上標定的報警點(diǎn)聯(lián)動(dòng)相對應的視頻圖像，方便指揮中心人員的遠程指揮和調度。第三章 系統功能

4.1 系統作用

4.1.1 巡檢預警消防高空瞭望系統，最主要的作用就是監控城市消防安全情況，第一時(shí)間發(fā)現并處置火災。通過(guò)消防高空瞭望系統的巡航功能，定時(shí)不間斷地對城市全方位地進(jìn)行監控掃描，值班人員可以根據圖像畫(huà)面上的異樣情況，及時(shí)定點(diǎn)跟蹤確認，第一時(shí)間進(jìn)行力量調度，并對火災實(shí)時(shí)發(fā)展變化的情況進(jìn)行匯報，視情合理調派后繼消防力量。這一點(diǎn)特別是在報警人員較少或者報警人發(fā)現失火情況較晚時(shí)，表現的作用比較突出。

4.1.2 警情核實(shí)利用消防高空瞭望系統，可以準確地對城市火災報警情況進(jìn)行核實(shí)。特別是面對當前高達70%以上的虛警、假警報警現實(shí)，可以一定程度上解決基層消防中隊無(wú)謂出動(dòng)較多的情況，不僅便于部隊日常工作、訓練的開(kāi)展，而且使所有指戰員樹(shù)立“有警必有災”的觀(guān)念，對待火災出警高度認真、毫無(wú)雜念，對迅速出動(dòng)、快速滅火有很積極的作用。

4.1.3 救援指揮消防高空瞭望系統“登高望遠”的作用，也可以在一定程度上監控出動(dòng)中隊出行道路的情況。在現階段經(jīng)濟高速發(fā)展，人均車(chē)輛擁有數量大幅提升，道路交通擁擠現象曾出，消防中隊車(chē)輛出動(dòng)過(guò)程中遇到交通擁擠現象，將延誤滅火時(shí)機，很可能造成“小火變大火”、“小災成大難”的危險局面。有道路交通監控和消防高空瞭望系統的指引，出動(dòng)消防中隊可以根據道路情況，選擇最佳的行車(chē)路線(xiàn)，快速到達火災現場(chǎng)。4.1.4 協(xié)作配合消防高空瞭望系統在監控城市消防安全的同時(shí)，可以協(xié)助公安、環(huán)保等部門(mén)，對危害社會(huì )安全、城市環(huán)保的現象及時(shí)發(fā)現，并向相關(guān)部門(mén)通報解決。

4.2 綜合調度消防高空瞭望系統在獨立使用，發(fā)揮重要作用的同時(shí)，也可以與現有的各類(lèi)消防信息化系統結合使用，發(fā)揮更大的作用。

4.2.1 交通指揮聯(lián)動(dòng)通過(guò)與消防中隊視頻監控系統、道路監控系統、全球眼、現場(chǎng)消防無(wú)線(xiàn)圖像傳輸等系統結合使用，可以從接處警時(shí)刻起，全程監控從消防中隊出警、行車(chē)途中、到場(chǎng)處置、現場(chǎng)具體情況等全方位的火災處置流程。對及時(shí)調派增援力量、請求相關(guān)警種和部門(mén)協(xié)同作戰方面，以及客觀(guān)評價(jià)火災撲救情況，科學(xué)進(jìn)行災后消防戰評等一系列工作有著(zhù)積極而且重要的作用。4.2.2 GIS精確定位通過(guò)與消防GIS(地理信息系統)結合使用，實(shí)現“所選即所見(jiàn)”的城市消防監控功能。即在消防報警定位的基礎上，通過(guò)已經(jīng)建立的消防GIS的數字化地標，消防高空瞭望鏡頭第一時(shí)間自動(dòng)轉動(dòng)到報警位置，對報警方位進(jìn)行監控。也可以通過(guò)點(diǎn)擊消防GIS的某一幢建筑或者某一個(gè)點(diǎn)位，消防高空瞭望鏡頭都能實(shí)時(shí)的尋找該點(diǎn)位并進(jìn)行定位，如果有多個(gè)消防高空瞭望鏡頭，就可以通過(guò)全方位的視角了解定點(diǎn)位置的情況。這將對消防指揮中心進(jìn)行消防力量科學(xué)合理調度，以及實(shí)現消防指揮中心遠程調度指揮奠定基礎。
4.3系統工作流程正常工作時(shí)，前端采集設備配備長(cháng)焦距變焦白光攝像、紅外熱成像全天候巡視城區狀況，并將采集到的模擬視頻圖像通過(guò)政府專(zhuān)線(xiàn)光纜傳輸至消防指揮調度監控中心；監控中心分別配置網(wǎng)絡(luò )視頻監控平臺、圖像識別預警平臺、GIS聯(lián)動(dòng)平臺等，將采集回來(lái)的圖像進(jìn)行視頻轉發(fā)，錄像存儲，圖像識別則實(shí)時(shí)分析數字視頻流，檢測當前監控場(chǎng)景有無(wú)火情，一旦檢測到火情信息，則與GIS系統聯(lián)動(dòng)，驅動(dòng)前端設備定位到火情發(fā)生點(diǎn)，并實(shí)時(shí)在地圖上標注地理位置等信息；同樣，本系統與火警接警平臺可以做無(wú)縫集成，當接警平臺有報警接入時(shí)，系統則自動(dòng)計算出報警位置在地圖上標注，并由GIS系統計算出前端設備方位俯仰角，自動(dòng)定位到報警發(fā)生地，拍攝實(shí)時(shí)的視頻圖像以便于了解火險情況，遠程指揮調度。第四章 設備選型5.1 前端設備選型分析根據用戶(hù)的要求，我們認為選擇的產(chǎn)品應從以下幾個(gè)角度進(jìn)行前端設備分析：5.1.1 長(cháng)焦鏡頭由于用戶(hù)監控環(huán)境很大一部分是陸地城區，監視的物體有大有小、監控距離比較遠，因此鏡頭應采用變焦及相對較大的焦距才能滿(mǎn)足要求；

5.1.2 氣象因素由于城市天氣變化無(wú)常，雨霧天氣會(huì )對系統的成像距離和清晰度影響較大，所以攝像機應考慮具備透霧成像能力；同時(shí)系統要24小時(shí)工作，夜間遠距離大面積夜視也是系統不可缺少的功能，采用主動(dòng)紅外照射顯然不能滿(mǎn)足要求，應該考慮被動(dòng)遠紅外成像系統作為夜視成像的首選設備，其具備的穿透雨霧、沙塵、成像不受可見(jiàn)光線(xiàn)影響的特點(diǎn)也成為本系統重要組成部分。

5.1.3 高清監控需要獲得高清晰的畫(huà)面來(lái)彌補因照度、空氣或霧氣引起的畫(huà)面模糊是需要由兩個(gè)方面來(lái)解決的。攝像機和鏡頭均是必要的環(huán)節。因此我們推薦使用的攝像機實(shí)現高清晰度的圖像還原以及艷麗的色彩，同時(shí)使用大倍率變焦鏡頭來(lái)實(shí)現清晰的圖像捕獲和準確的色彩還原；5.1.4 高精云臺要實(shí)現超望遠的精確控制就需要有高精度的云臺來(lái)實(shí)現精準的定位。后端1°的誤差會(huì )造成幾公里外目標的幾十或幾百米的誤差，這會(huì )給視頻監控，特別是夜間監控造成巨大的麻煩。因此我們推薦使用定位（精度）≤0.001°的高精度伺服云臺。同時(shí)云臺的絕對角度定位是簡(jiǎn)化工作的一大重要步驟，應做到與GIS系統的聯(lián)動(dòng)集成；

5.1.5 防護保障實(shí)際監控環(huán)境應該說(shuō)是比較惡劣的，因此選擇的云臺、防護罩應該具有防水、防塵、耐鹽的能力，考慮到氣候原因，因此云臺要具有較強的抗風(fēng)能力。

5.1.6 綜合管理當前高空了望環(huán)境尚未建立，但是整個(gè)系統和其它環(huán)境的整合是必須的，因此我們選擇的云臺攝像機必須有足夠的附件或者解決方案和各類(lèi)矩陣、DVR或者數字編解碼設備進(jìn)行連接，以獲得各種各樣豐富的控制和管理手段。

 前端云臺攝像采集設備基于以上的重點(diǎn)，我們提出了下列指標，而根據這些技術(shù)指標我們就可以逐一分析具體的系統參數，從而為我們的產(chǎn)品選型提供了一個(gè)重要的依據。