红外热成像技术的森林防火监控系统设计探讨

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：“水火无情”，尤其是森林大火所造成的危害大、范围广且不容易扑灭。因此在森林的管理过程中需要积极做好森林防火监控工作，通过良好的、先进的森林防火管理与森林防火技术将森林火灾控制在一个可控的范围内。通过现代化的技术手段强化森林火灾预防管理，可以真正做到防患于未然。红外热成像技术作为一种有效的技术手段，在森林防火监控系统中应用可以实现智能化的防火预测，有效地降低了火灾隐患问题，规避了因为火灾而造成的森林资源损失。红外热成像技术可以通过分析温度变化了解在森林的具体状况，及时发现潜在的火灾隐患问题，为森林防火工作提供精准的技术支持。基于此，文章主要对其进行了简单的研究，重点分析了红外热成像技术的关键技术以及应用原理。
　　关键词：红外热成像技术;森林防火;监控系统设计
　　中图分类号：TP277 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）33-0085-02
　　Abstract： "Water and fire are merciless." This can be said of the great harm caused by forest fires， which has a wide range and is not easy to extinguish. Therefore， in the process of forest management， it is necessary to actively improve forest fire prevention monitoring and adopt good advanced forest fire prevention management and forest fire prevention technology to control forest fire in a controllable range. By strengthening forest fire prevention and management through modern technical means， we can really achieve prevention in advance. As an effective technical means， the application of infrared thermal imaging technology in forest fire prevention monitoring system can realize intelligent fire prevention prediction， effectively reduce the problem of fire hidden danger， and avoid the loss of forest resources caused by fire. Infrared thermal imaging technology can understand the specific situation in the forest through the analysis of temperature changes， find out the potential fire hidden problems in time， and provide accurate technical support for forest fire prevention work. Based on this， this paper mainly makes a simple research on it， focusing on the analysis of the key technology and application principle of infrared thermal imaging technology. Keywords： infrared thermal imaging technology; forest fire prevention; monitoring system design
　　前言
　　在社會经济发展中，人们对环境保护工作越来越重视。森林资源作为生态系统中的关键构成，在生态系统中扮演着重要的角色，做好森林资源的管理与维护是十分重要且必要的。森林火灾将会对森林资源造成严重的损害，同时对于人们的日常生活以及各行各业均有直接的影响。森林火灾不仅仅造成林业损失，也严重威胁人们的生命安全。重视森林火灾的预防与设计，可以有效地提升森林安全性，推动经济发展。分析基于红外成像技术的森林防火监控系统，了解其设计内容，对于森林防火工作来说具有重要的价值与意义。
　　1 红外热成像技术的森林防火监控系统应用原理
　　1.1 价值
　　森林面积大，范围广，一旦发生火灾将会造成极为严重的危害。做好森林火灾的防火监控是十分重要且必要的。红外热成像技术是一种应用于森林防火监控的重要技术，借助于红外热成像技术能够在远距离、大范围内完成对于火灾的监控、预报，保障森林的安全。同时将红外热成像技术融入森林防火监控体系中，以现代技术构建森林防火体系，在森林防火工作开展中广泛应用了现代化的智能技术手段，真正实现了森林火灾监控管理智能化、信息化发展。利用热成像技术可以达到精准、高效识别出现潜在的安全隐患，根据不断变化的红外热辐射图像了解温度变化，实现精准判断分析[1]。
　　1.2 原理
　　红外热成像技术主要是通过对红外光波进行收集、处理的成像技术，由于不同温度的物体在不同的温度状态之下会辐射出不同类型的红外波，红外热成像技术通过对红外波进行处理就能够将森林中的一些遮挡进行去除，可以使得人们借助于红外热成像技术方便、快捷的判断起火点与火势的大小，借助于红外热成像技术所构建的森林防火监控系统可以判断环境现状。在实践中，可以根据红外热辐射图像的变化了解具体的状况，综合温度的不同变化变化判断森林周边环境，根据技术原理采集模拟图像，利用光学元件可以实现吸收、反射，进而探测分析潜在的隐患问题，确定是否具备火灾发生的条件。红外热成像技术探测距离远，范围广，受天气因素影响较少，比如说红外探测器可以穿透浓雾以及雪等相关障碍物达到采集红外图像的目的，而传统的人眼观测方式则无法在大雾天气及时发现火情。借助于红外热成像技术的窗口效应可以通过放大镜进行图像的处理，获得更为精准的图像信息，这种变化并不会对红外辐射的传输产生影响。同时，在不同状态之下，强光以及闪光等因素产生的干扰之下并不会影响红外线的应用效果，其可以实现全天候无盲点的观察。 　　2 红外热成像技术的森林防火监控系统设计探讨
　　通过红外热成像技术进行森林防火监控系统设计分析，可以实现智能化的控制处理，通过各个模块联合应用进行火灾监控分析，通过分析图像可以判断是否出现火灾问题。红外热成像技术在森林防火监控系统中应用充分提升了监测工作质量与效率，转变了传统的工作弊端，为森林防火预防与监测工作提供了有效的技术支持。
　　2.1 系统合计方案
　　森林防火系统中主要设置了探测、网络传输、图像处理、供电以及报警几个系统模块。通过各个模块的联合应用可以实现对整个监控系统的全范围的图像采集分析，通过对所采集到的红外热成像图像进行分析判断其是否出现火灾问题。探测目标的红外辐射状态，通过光学镜头等设备以及技术手段在转换板的作用之下将其转换为电信号。对于所收集到的红外信号利用前置方法处理以及转换器将其转换为数字信号，通过平台将其传递给PC端上形成红外图像，对所生成的红外图像存储分析，将信号传送给红外探测器[2]。
　　2.2 红外热成像技术的森林防火监控系统功能
　　非制冷焦平面中的红外辐射区域中的光能转换为可以通过技术识别的信号，分析其能否转换识别电信号，并且利用光电转化器将光能转化为电能。第一级运放过程是最为关键的内容，其主要就是通过探头测量辐射区域面积。辐射能量容易受损，红外热成像技术在接收红外信号时将会受到外界多种因素的共同作用从而对所接收到的红外信号产生不良影响，其导致其能量相对较低。而因为光波粒二象性特点影响，红外辐射可以在空气以及电介质中传输。因为此性质导致其在传播中受到折射、滤波之后出现一定能量损耗，在电信号微弱状态之下，第一级放大器的放大作用就会受到影响。为了放大微弱信号，就要在输入以及输出部分进行读入分析，增大电信号的接入而抑制杂波信号，避免产生不良影响。读出电路宽带是否符合标准参数标准，决定了其是否可以获得电路，是较为关键的参数信息，因此在设计中要对其重点分析。通过放大电路电阻进行处理，要降低设计功率，提升放大功能的稳定性，通过对比分析电阻串联、并联的具体模式，达到合理控制电容最大限度的目的。其电源主要应用的就是高性能的供电电源，在进行反馈电阻的选择中要分析系统的性能参数。电流电压因素会影响电阻数值，这样就会导致能源消耗过大，在受热影响之下就降低了放大电路的性能，在选用电源时需要引起足够的重视。通过实验分析确定1k欧姆为最优选择。而后分析光电强度，因为放大电路中含有大量的基波以及谐波，运算电路通过耦合电路则可以有效地避免諧波直流电路产生的影响。
　　2.3 红外热成像技术的森林防火监控系统关键技术
　　2.3.1 红外热成像系统的图像处理方案。第一，处理对图像电信号进行伪彩色编码处理。伪彩色编码主要就是将读出电路图像通过描点、加深、彩绘的方式进行处理。通过伪彩色编码处理之后所获得的图像更加接近与真实图像，直接利用函数关系可以实现通过直接的方式映射彩色，更为容易识别[3]。在伪彩色编码过程中会导致其存在灰度值等问题，因此要通过存储空间做好温度值存储。而系统不同则就会导致其类型的热图像的伪彩色级数，森林防火监控系统中为16级伪彩色显示，在编码之后灰度图像更为自然，也就意味着其需要大量的存储空间，在压缩之后其存储空间相对较少，利用空间地址索引进行处理，通过将其原有的空间进行剩余的图像信息存储，实现了通过最小的编码获得大范围的信息数据存储的目的。第二，对原始热图像滤波。在图形采集中会受到多种因素影响，导致所采集到的原始信号中含有一些噪声，这些噪声信号的存在将会对所生成的图像造成干扰造成图像的失真，干扰较为严重将极易造成图像质量恶化，出现图像模糊等问题，降低了图像的准确度，不利于图像的分析处理。在对原始热图像滤波处理中借助于中值滤波器主要的作用就是通过最大方程式降低图像失真问题，提高图像质量。在设计中通过在ROM中写入滤波器滤波程序，达到滤波效果。并且其运行不会对温度测量产生影响，此种滤波器是一种对过程中出现的数字进行简化排序，速度更快。
　　2.3.2 FPGA逻辑设计。FPGA在模数转换之后通过数字信号对其进行数据编码分析，然后实现信号处理。通过在内核中嵌入NiosII芯片的CycloneII器件的方式可以达到提供外围接口控制数据流向，并且有效响应的目的[4]。
　　2.3.3 软件设计。在完成了红外热成像系统的硬件设计后需要完成相关软件设计工作，借助于DSP软件工具进行图像处理模块功能的设计分析，提升实时运算模块，在系统中具有重要的价值与作用。基于无线信道传输视频信号以及GPRS协议TCP流程进行软件设计，在设计中通过析数据图形压缩技术实现了视频编码，而且通过H.264制式的编码压缩进行信息传输，最后在监控中心PC端显示。
　　3 结束语
　　 森林防火事关重大，一旦发生森林火灾将会对林被资源造成极为严重的损坏，为保障森林安全需要积极做好森林防火监测改造，森林防火监测是保障森林安全的重要手段。现代电子信息技术有着极大的发展进步，随着各种技术手段的不断成熟，通过将各种技术应用于森林防火监控中将能够有效提高森林防火的信息化水平，今后森林防火监控系统势必会更加智能化，在各种现代化技术的支持之下可以为森林防火工作开展提供有力的支持，对于林业发展来说具有重要的意义。红外热成像技术是一种对辐射信号进行采集、分析的技术，而基于红外热成像技术的森林防火监控系统，在森林防火监测中主要就是通过分析不同温度状态之下森林环境的具体变化及时发现潜在的火灾隐患问题，从而有效地降低了火灾的出现几率，是一种保护森林资源的有效方式。通过在森林防火中应用红外热成像系统将使得森林防火系统的信息化水平、智能化水平得到有效提高。本文分析红外热成像技术在森林防火系统中重要性的基础上分析热红外成像防火监控系统设计，加强对关键技术的分析，研究软件、硬件等，可以为系统设计提供技术支持。
　　参考文献：
　　[1]王洪财.基于红外热成像技术的森林防火监控系统设计[D].哈尔滨理工大学，2017.
　　[2]张力元，刘建红，史燕飞.红外热成像技术在森林防火中的应用[J].云光技术，2017（49）：25.
　　[3]武风波，张会可，吕茜彤.森林防火监测系统的设计与开发[J].现代电子技术，2018（18）：32-36.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15067124.htm