专利名称：远程地面红外林火自动探测系统及其探测方法
技术领域：
本发明涉及一种远程地面红外林火自动探测系统及其探测方法，属于火警监测领 域。
背景技术：
森林火灾因具有突发性和随机性，而可能在短时间内造成巨大的损失。传统的林 火监测主要以气象预报为主导，配合瞭望台火情监测及气象卫星的宏观遥感监测。近年来， 出现了森林防火微波电视远程瞭望监测系统，该系统将可见光摄像机安装在防火观察瞭望 台和高大的建筑物上，它克服了瞭望台采用人工观察极易造成观察空档或由于观察人员的 主观因素造成监测结果不准确的缺陷。但对于浓烟遮盖及黑夜中发生的火情，仍然不能及 时的进行预警，并对着火点进行准确可靠的定位。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术对于浓烟遮盖及黑夜中发生的火情不能准确 定位的问题，提供一种远程地面红外林火自动探测系统及其探测方法。本发明的探测系统包括云台、热像仪、FPGA控制模块、数据存储器、程序存储器、 DSP模块、无线modem模块和信号发射车载电台，热像仪固定在云台的旋转台上，FPGA控制模块的采集信号控制输出端连接热像仪的采集信号控制输入端，热像仪 的采集信号输出端连接FPGA控制模块的采集信号输入端；FPGA控制模块的方位控制输入输出端连接云台的方位控制输出输入端；FPGA控制模块、数据存储器和程序存储器通过数据地址总线连接；FPGA控制模块的数据输入输出端连接DSP模块的第一数据输出输入端，DSP模块 的第二数据输出输入端连接无线modem模块的第一输入输出端，无线modem模块的第二输 入输出端连接信号发射车载电台的输出输入端。采用上述系统实现远程地面红外林火自动探测的方法，所述方法为步骤一 FPGA控制模块通过方位控制输入输出端输出指令给云台，使云台上的热 像仪的信息采集端按照预置的方向及角度采集信号；同时FPGA控制模块的采集信号控制 输出端输出指令给热像仪，使热像仪开始采集所监测林区的火警图像；步骤二 热像仪将所采集的火警图像通过采集信号输出端输出给FPGA控制模块， FPGA控制模块将获得的火警图像通过数据地址总线输出给数据存储器；同时，FPGA控制模 块还将获得的火警图像输出给DSP模块；步骤三、DSP模块对接收到的火警图像进行分析判断，获得是否发生火灾的结果， 并根据所述结果发出云台控制信号给FPGA控制模块，调整热像仪采集图像的方位；同时还 将火警图像及所述结果通过无线modem模块发送给信号发射车载电台，所述信号发射车载 电台将接收到的信号采用无线方式广播发出；然后返回执行步骤二。本发明的优点是本发明适用于局部范围内的森林火灾监测，它在现有防火瞭望台网不改变的情况下，使重点林区防火部门能够及时探测地面林火并进行远程火警图像和 数据的传输，通过热像仪采集的火警图像，能够快速、准确的确定火场位置。为森林火灾的 预防和扑救提供了决策依据，通过及时的报警，以采取有效的措施，将森林火灾消灭在初发 阶段，避免了森林大火造成的严重损失。本发明能够准确鉴别林火目标通过热像仪采集火警图像，并对图像进行处理，从 复杂的背景中把火警目标鉴别出来，能够克服电子噪声干扰和背景热异常，如受热的道路、 温差大的山脊等，所造成的虚警。对于浓烟遮盖及黑夜中发生的火情能够准确的定位。本发明能够迅速跟踪目标在搜索到林火目标后，能够精确确定林火目标位置，然 后继续对林火目标跟踪。热像仪能够透过浓烟获取着火点的红外图像，它及时将火警信息 传递出去，有利于及时掌握火警的发展动向。


图1为本发明的控制流程框图；图2为无线modem模块的组成框图；图3为本发明 方法的流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的远程地 面红外林火自动探测系统包括云台1、热像仪2、FPGA控制模块3、数据存储器6、程序存储 器7、DSP模块8、无线modem模块9和信号发射车载电台10，热像仪2固定在云台1的旋转 台上，FPGA控制模块3的采集信号控制输出端连接热像仪2的采集信号控制输入端，热 像仪2的采集信号输出端连接FPGA控制模块3的采集信号输入端；FPGA控制模块3的方位控制输入输出端连接云台1的方位控制输出输入端；FPGA控制模块3、数据存储器6和程序存储器7通过数据地址总线连接；FPGA控制模块3的数据输入输出端连接DSP模块8的第一数据输出输入端，DSP 模块8的第二数据输出输入端连接无线modem模块9的第一输入输出端，无线modem模块 9的第二输入输出端连接信号发射车载电台10的输出输入端。本实施方式中程序存储器7用于存储预置的程序。
具体实施方式
二 下面结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一 所述的远程地面红外林火自动探测系统的区别在于，它还包括VGA模块5，FPGA控制模块3 的显示控制输出端连接VGA模块5的显示控制输入端。其它组成及连接关系与实施方式一 相同。本实施方式增加了 VGA模块5，它可以实时显示热像仪2采集到的图像。
具体实施方式
三下面结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一 或二所述的远程地面红外林火自动探测系统的区别在于，它还包括FPGA传输模块4和无线 发射AP模块11，热像仪2的采集信号输出端连接FPGA传输模块4的采集信号输入端，FPGA 传输模块4的输出端连接无线发射AP模块11的输入端。其它组成及连接关系与实施方式 一或二相同。本实施方式所增加的FPGA传输模块4的工作流程为FPGA传输模块4通过采集
5信号输入端获取热像仪2采集的火警图像，然后通过输出端将火警图像传输给无线发射AP 模块11。
具体实施方式
四下面结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三 所述的远程地面红外林火自动探测系统的区别在于，它还包括信号接收车载电台12和无 线接收AP模块13，信号接收车载电台12用于接收信号发射车载电台10发射的信号；无线 接收AP模块13用于接收无线发射AP模块11发射的信号。其它组成及连接关系与实施方 式三相同。本发明提供的上述远程地面红外林火自动探测系统的多种技术方案，能够实现自 动扫描、探测和跟踪森林火情，并对火警图像进行判断、存储和传输。为实现最远监控点的 桥接，可在两点之间寻找一个与两点都能无障碍通信的中继点以实现信号的中继。本发明与用户的无线电发射机或无线局域网设备一起可构成无人值守监测站，全 天候昼夜工作。利用多个监测站构成监测网，当在监测区域内出现火情或高温时，通过短波 电台或无线局域网发出报警信号，报警信号的内容包括火情的程度和绝对方位角。森林防 火指挥中心利用短波电台或无线局域网设备可接收监测站或监测网的远程数据。本发明所述的远程地面红外林火自动探测系统的工作流程DSP模块8可对热像仪2输出的火警图像采用数字图像处理技术进行处理，它能够 克服空间背景辐射噪声和电子噪声干扰和及各种背景辐射的干扰，解决在林区火场背景地 点的温度不同条件下，准确鉴别火源目标及目标的大小。实现地面探火信号处理的智能化， 提高火源目标鉴别的准确率。并依据机械扫描系统，确定火源的方位、距离参数，实现火源 目标的鉴别和定位测量。DSP模块8可根据设计要求选取TMS320VC55X型号的VC5509A作为中央控制系统 的处理器。其主要用来控制火警监测过程中云台1的转向及角度，接收FPGA控制模块3传 来的红外图像数据，并对其进行分析、比对，然后根据分析情况作出判断，如果是林火情况 给出警报，如不是则转换转台角度继续监测。无线modem模块9的组成如图2所示，图2中调制解调器可选用MSM6882，第一微 处理器和第二微处理器均可选用AT89C55，锁相鉴频器可选用LM567。它的无线数据传输有 两种模式可供选择短信传输模式利用通信接口，通过超短波电台和短波单边带电台组成的林火通 信网，将火况警报及测得方位、距离数据用无线电远距离传输到防火指挥部机关。并可直接 控制前端的云台1和热像仪2。图像传输模式前端的图像传输系统通过DSP模块8上的以太网接口和无线桥接 系统构建的无线网络连接的基础上，实现图像传输。2. 4G无线网桥基于802. Ilb无线通信 协议。最远桥接距离可达20公里，提供4M有效带宽，可保证多路采用MPEG4压缩的视频流。
具体实施方式
五下面结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式是基于 实施方式一所述系统实现远程地面红外林火自动探测的方法，所述方法为步骤一 FPGA控制模块3通过方位控制输入输出端输出指令给云台1，使云台1上 的热像仪2的信息采集端按照预置的方向及角度采集信号；同时FPGA控制模块3的采集信 号控制输出端输出指令给热像仪2，使热像仪2开始采集所监测林区的火警图像；步骤二 热像仪2将所采集的火警图像通过采集信号输出端输出给FPGA控制模块3，FPGA控制模块3将获得的火警图像通过数据地址总线输出给数据存储器6 ；同时，FPGA 控制模块3还将获得的火警图像输出给DSP模块8 ；步骤三、DSP模块8对接收到的火警图像进行分析判断，获得是否发生火灾的结 果，并根据所述结果发出云台控制信号给FPGA控制模块3，调整热像仪2采集图像的方位； 同时还将火警图像及所述结果通过无线modem模块9发送给信号发射车载电台10，所述信 号发射车载电台10将接收到的信号采用无线方式广播发出；然后返回执行步骤二。
具体实施方式
六本实施方式是对实施方式五所述远程地面红外林火自动探测的 方法的进一步说明，所述DSP模块8对接收到的火警图像进行分析判断，获得是否发生火灾 的结果，并根据所述结果发出云台控制信号给FPGA控制模块3，调整热像仪2采集图像的方 位的方法为DSP模块8对火警图像进行灰度处理、去噪、滤波及边缘化，然后将火警图像的灰 度值与预设定的灰度阈值进行比较，若火警图像的灰度值大于预设定的灰度阈值，表明有 火情发生，此时，DSP模块8根据火情点在火警图像中的位置，输出云台控制信号给FPGA控 制模块3，FPGA控制模块3根据所述信号调整云台的方位，使所述火情点向火警图像的中心 位置移动，实现对监测点继续跟踪；若火警图像的灰度值小于等于预设定的灰度阈值，表明 没有火情发生。
权利要求
一种远程地面红外林火自动探测系统，其特征在于它包括云台(1)、热像仪(2)、FPGA控制模块(3)、数据存储器(6)、程序存储器(7)、DSP模块(8)、无线modem模块(9)和信号发射车载电台(10)，热像仪(2)固定在云台(1)的旋转台上，FPGA控制模块(3)的采集信号控制输出端连接热像仪(2)的采集信号控制输入端，热像仪(2)的采集信号输出端连接FPGA控制模块(3)的采集信号输入端；FPGA控制模块(3)的方位控制输入输出端连接云台(1)的方位控制输出输入端；FPGA控制模块(3)、数据存储器(6)和程序存储器(7)通过数据地址总线连接；FPGA控制模块(3)的数据输入输出端连接DSP模块(8)的第一数据输出输入端，DSP模块(8)的第二数据输出输入端连接无线modem模块(9)的第一输入输出端，无线modem模块(9)的第二输入输出端连接信号发射车载电台(10)的输出输入端。
2.根据权利要求1所述的远程地面红外林火自动探测系统，其特征在于它还包括VGA 模块(5)，FPGA控制模块(3)的显示控制输出端连接VGA模块(5)的显示控制输入端。
3.根据权利要求1或2所述的远程地面红外林火自动探测系统，其特征在于它还包 括FPGA传输模块(4)和无线发射AP模块(11)，热像仪(2)的采集信号输出端连接FPGA传 输模块⑷的采集信号输入端，FPGA传输模块(4)的输出端连接无线发射AP模块(11)的 输入端。
4.根据权利要求3所述的远程地面红外林火自动探测系统，其特征在于它还包括信 号接收车载电台(12)和无线接收AP模块(13)，信号接收车载电台(12)用于接收信号发射 车载电台(10)发射的信号；无线接收AP模块(13)用于接收无线发射AP模块(11)发射的信号。
5.一种采用权利要求1所述的远程地面红外林火自动探测系统实现远程地面红外林 火自动探测的方法，其特征在于所述方法为步骤一 FPGA控制模块(3)通过方位控制输入输出端输出指令给云台(1)，使云台(1) 上的热像仪(2)的信息采集端按照预置的方向及角度采集信号；同时FPGA控制模块(3)的 采集信号控制输出端输出指令给热像仪(2)，使热像仪(2)开始采集所监测林区的火警图 像；步骤二 热像仪(2)将所采集的火警图像通过采集信号输出端输出给FPGA控制模块 (3)，FPGA控制模块(3)将获得的火警图像通过数据地址总线输出给数据存储器(6)；同时， FPGA控制模块(3)还将获得的火警图像输出给DSP模块⑶；步骤三、DSP模块(8)对接收到的火警图像进行分析判断，获得是否发生火灾的结果， 并根据所述结果发出云台控制信号给FPGA控制模块(3)，调整热像仪(2)采集图像的方位； 同时还将火警图像及所述结果通过无线modem模块(9)发送给信号发射车载电台(10)，所 述信号发射车载电台(10)将接收到的信号采用无线方式广播发出；然后返回执行步骤二。
6.根据权利要求5所述的远程地面红外林火自动探测的方法，其特征在于DSP模块 (8)对接收到的火警图像进行分析判断，获得是否发生火灾的结果，并根据所述结果发出云 台控制信号给FPGA控制模块(3)，调整热像仪(2)采集图像的方位的方法为DSP模块(8)对火警图像进行灰度处理、去噪、滤波及边缘化，然后将火警图像的灰度 值与预设定的灰度阈值进行比较，若火警图像的灰度值大于预设定的灰度阈值，表明有火 情发生，此时，DSP模块⑶根据火情点在火警图像中的位置，输出云台控制信号给FPGA控制模块(3)，FPGA控制模块(3)根据所述信号调整云台的方位，使所述火情点向火警图像的 中心位置移动，实现对监测点继续跟踪；若火警图像的灰度值小于等于预设定的灰度阈值， 表明没有火情发生。
全文摘要
远程地面红外林火自动探测系统及其探测方法，属于火警监测领域。它解决了现有技术对于浓烟遮盖及黑夜中发生的火情不能准确定位的问题。它的热像仪固定在云台的旋转台上，FPGA控制模块的采集信号控制输出端控制热像仪进行图像采集，热像仪将采集的火警图像输出给FPGA控制模块；FPGA控制模块的方位控制输入输出端控制云台的方位；FPGA控制模块、数据存储器和程序存储器通过数据地址总线连接；FPGA控制模块的数据输入输出端输出火警图像给DSP模块，DSP模块的第二数据输出输入端连接无线modem模块的第一输入输出端，无线modem模块的第二输入输出端连接信号发射车载电台的输出输入端。本发明用于探测森林火情。
文档编号G01J5/00GK101950461SQ20101025854
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者于鸣, 刘嘉新, 刘庆照, 李明, 李瑞改, 杨柳松, 王健, 王霓虹, 苏建民, 赵伟 申请人:东北林业大学