全天候超遠距離監(jiān)控系統(tǒng)方案

      全天候遠距離監(jiān)控作為現(xiàn)代安全系統(tǒng)的一個組成部分，隨著現(xiàn)代城市的迅速發(fā)展已越來越顯示其重要性?！胺阑加谖慈弧笔窍赖囊粋€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、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(tǒng)人工方式的“報警、接警、處警”的方式來進行。然而，隨著城市規(guī)模日益發(fā)展擴大，城市環(huán)境越來越復雜，特別是超高層建筑等不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)方式消防手段逐漸難以適應日益復雜的城市環(huán)境并及時做到及早發(fā)現(xiàn)、及早滅火的需求。所以消防建設必需突破常規(guī)模式，利用多樣化的信息采集平臺，為科學有效的指導滅火救援任務圓滿完成提供了信息保障。消防高空瞭望技術作為一項古老理念的全新技術被提出并加以應用，在實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(jiān)控識別判斷火災起到了積極的作用。隨著監(jiān)控技術的不斷發(fā)展進步，消防高空瞭望技術也不斷地被述以新的功能要求，它通過較少的投入，構筑了城市消防安全的千里眼，彌補了傳統(tǒng)的消防報警、消防監(jiān)控的不足，在我國高速發(fā)展的城市化進程中將發(fā)揮越來越重要的作用。

1.1 應用前景

     消防高空瞭望不同于普通的圖像監(jiān)控，它著力于在較高的位置實現(xiàn)大范圍的圖像精確監(jiān)控，是一種既兼顧大場面廣角觀察，又實現(xiàn)具體目標精確監(jiān)控的綜合監(jiān)控手段。高空瞭望技術可以彌補普通監(jiān)控手段無法避免的環(huán)境物體阻擋、視野范圍較小、天氣氣象條件惡劣能見度低的缺點，從而實現(xiàn)全天候多角度無阻擋大范圍精確化的監(jiān)控。同時結合智能圖像分析識別技術，可實現(xiàn)智能化火情預警、定位及遠程調(diào)度指揮的作用。高空瞭望用途很多，主要包括城市消防監(jiān)控、城市重點目標監(jiān)控、城市治安監(jiān)控、核心樞紐監(jiān)控、城市環(huán)保監(jiān)控、防空安全監(jiān)控、交通疏導監(jiān)控、自然災害應急監(jiān)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，項目目標是通過建設消防高空瞭望智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠起到對北京市城區(qū)全天候?qū)崟r觀測火情、智能識別預警并定位、輔助決策或指揮調(diào)度以確?；馂木仍募皶r性。該套監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)監(jiān)控最大在10KM半徑距離內(nèi)全天候的消防監(jiān)測，白天采用高清CCD透霧攝像機搭配大倍數(shù)變焦鏡頭、夜間采用紅外熱成像實現(xiàn)夜視及煙火探測預警，應用多窗口自穩(wěn)定伺服轉臺系統(tǒng)作為旋轉平臺，防護具有氣密、防腐蝕、抗強風等軍工“三防”標準特點。設備安裝位置及視角示意圖如下：

2.1 要點分析系統(tǒng)實現(xiàn)要點如下：

      消防高空瞭望系統(tǒng)的實施有一定的難度，特別是其核心部分的云臺攝像機系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)成功實施的重要因素，而周邊配套設施的組合，特別是后端控制軟件的實施也是影響其建設的重要因素。由于消防高空瞭望系統(tǒng)都是設置在幾百米的高空，風速較大，基礎自身的晃動也要考慮，因此云臺的抗風能力以及自身的運行間隙控制是影響圖像穩(wěn)定的一個關鍵;云臺攝像機鎖定目標的監(jiān)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(tǒng)配置的一個難點;消防高空瞭望所覆蓋的范圍較大，依靠白天監(jiān)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(tǒng)的24小時連續(xù)工作，夜間采用熱成像實現(xiàn)遠距離大面積的夜視監(jiān)控;由于天氣因素影響，城區(qū)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(jiān)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(tǒng)中的一大難點。

2.2 應對策略

     以上消防高空瞭望技術實現(xiàn)過程中的難點問題，隨著科技的發(fā)展進步，已經(jīng)被一一化解，不再成為難題。本系統(tǒng)利用高新科技，包括水平轉角、垂直轉角、雨刷動作、回轉速度、鏡頭光圈、變焦距離、對焦距離、快門速度、白平衡方式、增益強度、監(jiān)控位置坐標定位等對消防高空瞭望云臺、鏡頭進行雙向的精確控制和管理，這使得消防高空瞭望技術從“居高臨下”的全局監(jiān)控，到“關注細微”的定點監(jiān)控可以隨意轉換，真正使消防高空瞭望技術從理論轉變?yōu)楝F(xiàn)實。第二章 系統(tǒng)設計

3.1 設計原則

      本項目方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)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(tǒng)設計內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的；設計方案具有科學性、合理性、可操作性。其具有以下原則：3.1.1 先進性與適用性系統(tǒng)的技術性能和質(zhì)量指標應達到國際領先水平；同時，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用又應簡便易行，容易掌握，適合中國國情和本項目的特點。該系統(tǒng)集國際上眾多先進技術于一身，體現(xiàn)了當前計算機控制技術與計算機網(wǎng)絡技術的最新發(fā)展水平，適應時代發(fā)展的要求。同時系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置以能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷為準則，其操作簡便易學。

3.1.2 經(jīng)濟性與實用性

      充分考慮用戶實際需要和信息技術發(fā)展趨勢，根據(jù)用戶現(xiàn)場環(huán)境，設計選用功能和適合現(xiàn)場情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴密、有機的組合，實現(xiàn)最佳的性能價格比，以便節(jié)約工程投資，同時保證系統(tǒng)功能實施的需求，經(jīng)濟實用。3.1.3 可靠性與安全性系統(tǒng)的設計應具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，能確保數(shù)據(jù)的準確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復的功能，同時系統(tǒng)具有一套完整的系統(tǒng)管理策略，可以保證系統(tǒng)的運行安全。

3.1.4 開放性

      以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對象設計，同時還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀和技術的發(fā)展趨勢，可與治安、防盜報警系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，具有RJ-45網(wǎng)絡通訊口，可實現(xiàn)遠程控制。

3.1.5 可擴充性

      系統(tǒng)設計中考慮到今后技術的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能。并根據(jù)今后該項目工程的實際要求擴展系統(tǒng)功能，同時，本方案在設計中留有冗余，以滿足今后的發(fā)展要求。追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設備配置在滿足用戶對功能、質(zhì)量、性能、價格和服務等各方面要求的前提下，追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設備配置，以盡量降低系統(tǒng)造價。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(tǒng)中改造新的控制點；系統(tǒng)中還保留與其他計算機或自動化系統(tǒng)連接的接口；也盡量考慮未來科學的發(fā)展和新技術的應用。提高監(jiān)管力度與綜合管理水平本項目系統(tǒng)設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對各子系統(tǒng)運行情況進行綜合監(jiān)控，時時動態(tài)撐握監(jiān)視及報警情況。閉路電視監(jiān)控大大減少勞動強度，減少設備運行維護人員；另外，系統(tǒng)的綜合統(tǒng)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(jié)能，又可大大減少設備損耗，減少設備維修費用，從而提高監(jiān)管力度與綜合管理水平。

3.2 設計依據(jù)

《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》(GB/50198-94)

《系統(tǒng)接地的型式及安全技術要求》（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(guī)則》（GA/T308-2001）

《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設計規(guī)范》(GBJ 115)

《安全檢查防范系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)技術要求（GA/T367-2001）

《 建筑物防雷設計規(guī)范 》GB 50057-94

《有線電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》GB 50200—94

《雷電電磁脈沖的防護》IEC61312

《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343-2004

《通信局（站）接地設計暫行技術規(guī)定》YDJ 26-89

《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》GB 50169-92

《氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護規(guī)范》XQ3-2000

《電子計算機機房設計規(guī)范》（GB50174—93）

《計算站場地安全要求》（GB9361—88）

《低壓配電設計規(guī)范》（GB 59954-95）

《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 50052-95）

3.3 系統(tǒng)組成

     消防高空瞭望智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集設備、光纜專線傳輸系統(tǒng)、后端監(jiān)控軟件平臺系統(tǒng)（實時監(jiān)控視頻轉發(fā)、智能圖像識別預警、城市GIS聯(lián)動系統(tǒng)等）。前端視頻采集設備主要包括白光COMS透霧攝像機、長焦高清鏡頭、紅外熱成像儀、氣密沖氮結構的自穩(wěn)定伺服跟蹤云臺系統(tǒng)，前端控制柜、防雷、接地等。因為消防監(jiān)控系統(tǒng)實時性、圖像質(zhì)量要求較高，所以傳輸系統(tǒng)采用政府光纜專線方式，搭配數(shù)字光端機，直接將前端模擬無失真視頻傳輸至后端監(jiān)控中心分配，可做到零延時、高分辨率等特點。監(jiān)控中心軟件平臺系統(tǒng)作為整個高空瞭望監(jiān)控系統(tǒng)的指揮中樞，主要擔負幾個主要的功能：網(wǎng)絡集中視頻管理平臺，負責將采集回來的視頻數(shù)字化，并在消防專網(wǎng)內(nèi)轉發(fā)、實時錄像存儲、用戶權限管理、設備管理等；智能圖像識別預警平臺，采集模擬視頻流進行數(shù)字化處理，采用特有的分析算法，實時檢測當前監(jiān)控場景的煙火隱患，當發(fā)現(xiàn)有火情則作出預警響應，通知相關人員采用進一步措施及時處警；城市GIS聯(lián)動平臺，將城市的地理數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，形成數(shù)字化二維、三維電子地圖系統(tǒng)，綜合各方面如前端采集設備方位俯仰角、鏡頭焦距、GPS數(shù)據(jù)、城市實際地理數(shù)據(jù)、接警信息等，通過專業(yè)的計算、換算，將實際的火情點與地圖位置進行對應，或?qū)⒌貓D上標定的報警點聯(lián)動相對應的視頻圖像，方便指揮中心人員的遠程指揮和調(diào)度。第三章 系統(tǒng)功能

4.1 系統(tǒng)作用

4.1.1 巡檢預警消防高空瞭望系統(tǒng)，最主要的作用就是監(jiān)控城市消防安全情況，第一時間發(fā)現(xiàn)并處置火災。通過消防高空瞭望系統(tǒng)的巡航功能，定時不間斷地對城市全方位地進行監(jiān)控掃描，值班人員可以根據(jù)圖像畫面上的異樣情況，及時定點跟蹤確認，第一時間進行力量調(diào)度，并對火災實時發(fā)展變化的情況進行匯報，視情合理調(diào)派后繼消防力量。這一點特別是在報警人員較少或者報警人發(fā)現(xiàn)失火情況較晚時，表現(xiàn)的作用比較突出。

4.1.2 警情核實利用消防高空瞭望系統(tǒng)，可以準確地對城市火災報警情況進行核實。特別是面對當前高達70%以上的虛警、假警報警現(xiàn)實，可以一定程度上解決基層消防中隊無謂出動較多的情況，不僅便于部隊日常工作、訓練的開展，而且使所有指戰(zhàn)員樹立“有警必有災”的觀念，對待火災出警高度認真、毫無雜念，對迅速出動、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(tǒng)“登高望遠”的作用，也可以在一定程度上監(jiān)控出動中隊出行道路的情況。在現(xiàn)階段經(jīng)濟高速發(fā)展，人均車輛擁有數(shù)量大幅提升，道路交通擁擠現(xiàn)象曾出，消防中隊車輛出動過程中遇到交通擁擠現(xiàn)象，將延誤滅火時機，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(jiān)控和消防高空瞭望系統(tǒng)的指引，出動消防中隊可以根據(jù)道路情況，選擇最佳的行車路線，快速到達火災現(xiàn)場。4.1.4 協(xié)作配合消防高空瞭望系統(tǒng)在監(jiān)控城市消防安全的同時，可以協(xié)助公安、環(huán)保等部門，對危害社會安全、城市環(huán)保的現(xiàn)象及時發(fā)現(xiàn)，并向相關部門通報解決。

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

4.2.1 交通指揮聯(lián)動通過與消防中隊視頻監(jiān)控系統(tǒng)、道路監(jiān)控系統(tǒng)、全球眼、現(xiàn)場消防無線圖像傳輸?shù)认到y(tǒng)結合使用，可以從接處警時刻起，全程監(jiān)控從消防中隊出警、行車途中、到場處置、現(xiàn)場具體情況等全方位的火災處置流程。對及時調(diào)派增援力量、請求相關警種和部門協(xié)同作戰(zhàn)方面，以及客觀評價火災撲救情況，科學進行災后消防戰(zhàn)評等一系列工作有著積極而且重要的作用。4.2.2 GIS精確定位通過與消防GIS(地理信息系統(tǒng))結合使用，實現(xiàn)“所選即所見”的城市消防監(jiān)控功能。即在消防報警定位的基礎上，通過已經(jīng)建立的消防GIS的數(shù)字化地標，消防高空瞭望鏡頭第一時間自動轉動到報警位置，對報警方位進行監(jiān)控。也可以通過點擊消防GIS的某一幢建筑或者某一個點位，消防高空瞭望鏡頭都能實時的尋找該點位并進行定位，如果有多個消防高空瞭望鏡頭，就可以通過全方位的視角了解定點位置的情況。這將對消防指揮中心進行消防力量科學合理調(diào)度，以及實現(xiàn)消防指揮中心遠程調(diào)度指揮奠定基礎。
4.3系統(tǒng)工作流程正常工作時，前端采集設備配備長焦距變焦白光攝像、紅外熱成像全天候巡視城區(qū)狀況，并將采集到的模擬視頻圖像通過政府專線光纜傳輸至消防指揮調(diào)度監(jiān)控中心；監(jiān)控中心分別配置網(wǎng)絡視頻監(jiān)控平臺、圖像識別預警平臺、GIS聯(lián)動平臺等，將采集回來的圖像進行視頻轉發(fā)，錄像存儲，圖像識別則實時分析數(shù)字視頻流，檢測當前監(jiān)控場景有無火情，一旦檢測到火情信息，則與GIS系統(tǒng)聯(lián)動，驅(qū)動前端設備定位到火情發(fā)生點，并實時在地圖上標注地理位置等信息；同樣，本系統(tǒng)與火警接警平臺可以做無縫集成，當接警平臺有報警接入時，系統(tǒng)則自動計算出報警位置在地圖上標注，并由GIS系統(tǒng)計算出前端設備方位俯仰角，自動定位到報警發(fā)生地，拍攝實時的視頻圖像以便于了解火險情況，遠程指揮調(diào)度。第四章 設備選型5.1 前端設備選型分析根據(jù)用戶的要求，我們認為選擇的產(chǎn)品應從以下幾個角度進行前端設備分析：5.1.1 長焦鏡頭由于用戶監(jiān)控環(huán)境很大一部分是陸地城區(qū)，監(jiān)視的物體有大有小、監(jiān)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足要求；

5.1.2 氣象因素由于城市天氣變化無常，雨霧天氣會對系統(tǒng)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；同時系統(tǒng)要24小時工作，夜間遠距離大面積夜視也是系統(tǒng)不可缺少的功能，采用主動紅外照射顯然不能滿足要求，應該考慮被動遠紅外成像系統(tǒng)作為夜視成像的首選設備，其具備的穿透雨霧、沙塵、成像不受可見光線影響的特點也成為本系統(tǒng)重要組成部分。

5.1.3 高清監(jiān)控需要獲得高清晰的畫面來彌補因照度、空氣或霧氣引起的畫面模糊是需要由兩個方面來解決的。攝像機和鏡頭均是必要的環(huán)節(jié)。因此我們推薦使用的攝像機實現(xiàn)高清晰度的圖像還原以及艷麗的色彩，同時使用大倍率變焦鏡頭來實現(xiàn)清晰的圖像捕獲和準確的色彩還原；5.1.4 高精云臺要實現(xiàn)超望遠的精確控制就需要有高精度的云臺來實現(xiàn)精準的定位。后端1°的誤差會造成幾公里外目標的幾十或幾百米的誤差，這會給視頻監(jiān)控，特別是夜間監(jiān)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。同時云臺的絕對角度定位是簡化工作的一大重要步驟，應做到與GIS系統(tǒng)的聯(lián)動集成；

5.1.5 防護保障實際監(jiān)控環(huán)境應該說是比較惡劣的，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，但是整個系統(tǒng)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矩陣、DVR或者數(shù)字編解碼設備進行連接，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，我們提出了下列指標，而根據(jù)這些技術指標我們就可以逐一分析具體的系統(tǒng)參數(shù)，從而為我們的產(chǎn)品選型提供了一個重要的依據(jù)。