全天候超遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)方案

      全天候遠(yuǎn)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(jìn)行。然而，隨著城市規(guī)模日益發(fā)展擴(kuò)大，城市環(huán)境越來越復(fù)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(yīng)日益復(fù)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(shè)必需突破常規(guī)模式，利用多樣化的信息采集平臺，為科學(xué)有效的指導(dǎo)滅火救援任務(wù)圓滿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(yīng)用，在實際的運(yùn)用中取得了較好的效果，對初起的火災(zāi)報警確認(rèn)以及監(jiān)控識別判斷火災(zāi)起到了積極的作用。隨著監(jiān)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，它通過較少的投入，構(gòu)筑了城市消防安全的千里眼，彌補(bǔ)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(jìn)程中將發(fā)揮越來越重要的作用。

1.1 應(yīng)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(biāo)精確監(jiān)控的綜合監(jiān)控手段。高空瞭望技術(shù)可以彌補(bǔ)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(jié)合智能圖像分析識別技術(shù)，可實現(xiàn)智能化火情預(yù)警、定位及遠(yuǎn)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(biāo)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(dǎo)監(jiān)控、自然災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)控等等。如下圖：

第一章 需求分析

     項目的建設(shè)單位為北京市消防XXX隊，項目目標(biāo)是通過建設(shè)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(yù)警并定位、輔助決策或指揮調(diào)度以確保火災(zāi)救援的及時性。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(jī)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(yù)警，應(yīng)用多窗口自穩(wěn)定伺服轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)平臺，防護(hù)具有氣密、防腐蝕、抗強(qiáng)風(fēng)等軍工“三防”標(biāo)準(zhǔn)特點。設(shè)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(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、望遠(yuǎn)能力、精確控制能力、夜視能力、大氣穿透能力、自我保護(hù)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(shè)施的組合，特別是后端控制軟件的實施也是影響其建設(shè)的重要因素。由于消防高空瞭望系統(tǒng)都是設(shè)置在幾百米的高空，風(fēng)速較大，基礎(chǔ)自身的晃動也要考慮，因此云臺的抗風(fēng)能力以及自身的運(yùn)行間隙控制是影響圖像穩(wěn)定的一個關(guān)鍵;云臺攝像機(jī)鎖定目標(biāo)的監(jiān)控范圍從幾公里到十幾公里，如何配置攝像機(jī)、鏡頭、云臺，使遠(yuǎn)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(jī)是根本達(dá)不到這么遠(yuǎn)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(yuǎn)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(shè)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(shè)于高空的云臺攝像機(jī)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(yīng)對策略

     以上消防高空瞭望技術(shù)實現(xiàn)過程中的難點問題，隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，已經(jīng)被一一化解，不再成為難題。本系統(tǒng)利用高新科技，包括水平轉(zhuǎn)角、垂直轉(zhuǎn)角、雨刷動作、回轉(zhuǎn)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(qiáng)度、監(jiān)控位置坐標(biāo)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(jiān)控，到“關(guān)注細(xì)微”的定點監(jiān)控可以隨意轉(zhuǎn)換，真正使消防高空瞭望技術(shù)從理論轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實。第二章 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

      本項目方案設(shè)計遵循技術(shù)先進(jìn)、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(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。本系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的；設(shè)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(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國際領(lǐng)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(yīng)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(jìn)技術(shù)于一身，體現(xiàn)了當(dāng)前計算機(jī)控制技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展水平，適應(yīng)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(zhǔn)則，其操作簡便易學(xué)。

3.1.2 經(jīng)濟(jì)性與實用性

      充分考慮用戶實際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，根據(jù)用戶現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)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(yán)密、有機(jī)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(jì)實用。3.1.3 可靠性與安全性系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)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(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)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(yùn)行安全。

3.1.4 開放性

      以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對象設(shè)計，同時還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀和技術(shù)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(luò)通訊口，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.1.5 可擴(kuò)充性

      系統(tǒng)設(shè)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(kuò)充和升級的可能。并根據(jù)今后該項目工程的實際要求擴(kuò)展系統(tǒng)功能，同時，本方案在設(shè)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(shè)備配置在滿足用戶對功能、質(zhì)量、性能、價格和服務(wù)等各方面要求的前提下，追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置，以盡量降低系統(tǒng)造價。保留足夠的擴(kuò)展容量該項目設(shè)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(jī)或自動化系統(tǒng)連接的接口；也盡量考慮未來科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用。提高監(jiān)管力度與綜合管理水平本項目系統(tǒng)設(shè)備控制需要高效率、準(zhǔn)確及可靠。本系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對各子系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)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(qiáng)度，減少設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員；另外，系統(tǒng)的綜合統(tǒng)籌管理可使設(shè)備按最優(yōu)組合運(yùn)行，在最佳情況下運(yùn)行，既可節(jié)能，又可大大減少設(shè)備損耗，減少設(shè)備維修費(fèi)用，從而提高監(jiān)管力度與綜合管理水平。

3.2 設(shè)計依據(jù)

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

《系統(tǒng)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(guī)則》（GA/T308-2001）

《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)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(fèi)用概預(yù)算編制辦法（GA/T70-1994）

視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求（GA/T367-2001）

《 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 》GB 50057-94

《有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 50200—94

《雷電電磁脈沖的防護(hù)》IEC61312

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

《通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)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(hù)規(guī)范》XQ3-2000

《電子計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》（GB50174—93）

《計算站場地安全要求》（GB9361—88）

《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB 59954-95）

《供配電系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(zhuǎn)發(fā)、智能圖像識別預(yù)警、城市GIS聯(lián)動系統(tǒng)等）。前端視頻采集設(shè)備主要包括白光COMS透霧攝像機(jī)、長焦高清鏡頭、紅外熱成像儀、氣密沖氮結(jié)構(gòu)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(jī)，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(dān)負(fù)幾個主要的功能：網(wǎng)絡(luò)集中視頻管理平臺，負(fù)責(zé)將采集回來的視頻數(shù)字化，并在消防專網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)、實時錄像存儲、用戶權(quán)限管理、設(shè)備管理等；智能圖像識別預(yù)警平臺，采集模擬視頻流進(jìn)行數(shù)字化處理，采用特有的分析算法，實時檢測當(dāng)前監(jiān)控場景的煙火隱患，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有火情則作出預(yù)警響應(yīng)，通知相關(guān)人員采用進(jìn)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(jìn)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(shè)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(jìn)行對應(yīng)，或?qū)⒌貓D上標(biāo)定的報警點聯(lián)動相對應(yīng)的視頻圖像，方便指揮中心人員的遠(yuǎn)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(yù)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(zāi)。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(jìn)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(rèn)，第一時間進(jìn)行力量調(diào)度，并對火災(zāi)實時發(fā)展變化的情況進(jìn)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(zhǔn)確地對城市火災(zāi)報警情況進(jìn)行核實。特別是面對當(dāng)前高達(dá)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(xùn)練的開展，而且使所有指戰(zhàn)員樹立“有警必有災(zāi)”的觀念，對待火災(zāi)出警高度認(rèn)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(yuǎn)”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(jì)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(jī)，很可能造成“小火變大火”、“小災(zāi)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(dá)火災(zāi)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(guān)部門通報解決。

4.2 綜合調(diào)度消防高空瞭望系統(tǒng)在獨(dú)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(jié)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(jié)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(zāi)處置流程。對及時調(diào)派增援力量、請求相關(guān)警種和部門協(xié)同作戰(zhàn)方面，以及客觀評價火災(zāi)撲救情況，科學(xué)進(jìn)行災(zāi)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(jié)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(chǔ)上，通過已經(jīng)建立的消防GIS的數(shù)字化地標(biāo)，消防高空瞭望鏡頭第一時間自動轉(zhuǎn)動到報警位置，對報警方位進(jìn)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(jìn)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(jìn)行消防力量科學(xué)合理調(diào)度，以及實現(xiàn)消防指揮中心遠(yuǎn)程調(diào)度指揮奠定基礎(chǔ)。
4.3系統(tǒng)工作流程正常工作時，前端采集設(shè)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(luò)視頻監(jiān)控平臺、圖像識別預(yù)警平臺、GIS聯(lián)動平臺等，將采集回來的圖像進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)發(fā)，錄像存儲，圖像識別則實時分析數(shù)字視頻流，檢測當(dāng)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(shè)備定位到火情發(fā)生點，并實時在地圖上標(biāo)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(dāng)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(biāo)注，并由GIS系統(tǒng)計算出前端設(shè)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(yuǎn)程指揮調(diào)度。第四章 設(shè)備選型5.1 前端設(shè)備選型分析根據(jù)用戶的要求，我們認(rèn)為選擇的產(chǎn)品應(yīng)從以下幾個角度進(jìn)行前端設(shè)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(yuǎn)，因此鏡頭應(yīng)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(jī)應(yīng)考慮具備透霧成像能力；同時系統(tǒng)要24小時工作，夜間遠(yuǎn)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(yīng)該考慮被動遠(yuǎn)紅外成像系統(tǒng)作為夜視成像的首選設(shè)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(bǔ)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(jī)和鏡頭均是必要的環(huán)節(jié)。因此我們推薦使用的攝像機(jī)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(zhǔn)確的色彩還原；5.1.4 高精云臺要實現(xiàn)超望遠(yuǎn)的精確控制就需要有高精度的云臺來實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位。后端1°的誤差會造成幾公里外目標(biāo)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(yīng)做到與GIS系統(tǒng)的聯(lián)動集成；

5.1.5 防護(hù)保障實際監(jiān)控環(huán)境應(yīng)該說是比較惡劣的，因此選擇的云臺、防護(hù)罩應(yīng)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(qiáng)的抗風(fēng)能力。

5.1.6 綜合管理當(dāng)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(jī)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(shè)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(shè)備基于以上的重點，我們提出了下列指標(biāo)，而根據(jù)這些技術(shù)指標(biāo)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)。