图形图像通信与处理技术在林火监测中的应用 第5页
东北林业大学硕士学位论文
实旖提供科学有效的管理方法，监督林区建设和发展，而且为可持续发展提供必要
的前提条件。科学的森林自动监控系统，能够对森林地区进行实时监测，防止森林
火灾发生，另外还可以了解前后重点林区天然林恢复及其健康质量和主体生态功能
的变化，为工程建设决策和社会各界及大众服务，同时为科学研究、对生态系统进
行分类提供依据，为科学的进一步研究提供必要的前提条件。
靠人工了望发现火点时效不理想，准确性不高，一旦发生大火，很难掌握火场
形势。利用飞机航测，由于大火上空烟幕的影响，能见度不高，效果也不理想。利
用卫星监测虽然能够解决这些问题，但是我国基本采用租用国外卫星的方法对我国
森林地区进行监测，所付出代价相当昂贵。考虑到经济上因素的制约，并结合我国
的具体情况，提出自主开发的森林火灾自动监测技术的研究计划是非常必要的。自
动监测系统一方面可减轻人的体力劳动，另一方面也可延伸人的感官功能，扩大监
测范围，即使在恶劣的条件下，也能正常工作。另外利用视频通信技术实现远程火
灾监测，通过对可疑图像进行识别，为火灾预测和及时发现火灾奠定必要基础，避
免森林火灾面积的进一步扩大，从而将火灾造成的影响降到最低限度，也为我国在
森林防火技术方面上积累科学经验【。41【’。lI。训。
1．4本论文的主要内容
本文是在“高等学校骨干教师资助计划"科研项目《国有林区森林自动监测技
术的研究》的基础上对林火监测进行研究，主要研究适合我国国情的具有一定规模
监测能力的林火监测系统。在研究过程中，将研究和基础理论相结合，跨越了机械、
电子、计算机网络、信号与图像处理等领域，主要工作包括以下几个方面：
l、客户机系统设计与安装。主要设计手动控制器电路，实现解码器、图像采集
卡和图像阅览卡、计算机之间的连接，为保证视频传输和森林火灾识别搭建硬件平
台。
2、视频采集与传输设计。在Client／Sever体系模型下，利用Visual C++编写视
频采集与传输程序，保证在网络中实时传输视频流，实现远程视频监控。
3、森林火灾图像处理与识别设计。用Ⅵsual C++与Matlab编写图像处理程序，
将图像处理方法与小波分析理论、人工神经元网络理论、模式识别理论结合，对森
林火灾图像处理并识别。
图像通信与处理技术在林火监测中的应用研究
2系统总体设计
2．1系统原理
如2．1图所示，在被监测森林范围内的护林塔安装具有三可变功能的CCD摄像机和具备全方位控制的转台等各种监控设备，对监控区域内的森林景物进行摄像并将其转换为适合计算机处理与传输的数字
信号。为了达到对森林不同的区域监测，可调节摄像头的聚焦、变倍、调整光圈功能，以及对转台进行左右旋转和上下俯仰控制，从而在监视器上获得全方位和高清晰度的森林区域视频图像。如果监测森林范围广，一套设备很难实现整个区域监测功能，可在森林不同区域内安装通过多套监测设备和客户机组成客户机监测系统，如图2．2所示，客户机系统与服务器系统之间的连接可以按星型计算机网络拓扑结构，客户机和服务器之间存在局域网或广域网网络，从而组成远程监测系统，主要框架如图2．3所示，客户机系统具体设计参
阅第三章，这样便可以交叉监测各个区域，达到覆盖整个区域的目的。利用视频传输技术把森林区域视频图像发送到目的地，从而实现远程监测。同时定时地捕获视频流信号获取图像，利用图像处理与模式识
别技术，对捕获图像进行判别，及时判断是否发生森林火灾。
图2．1林火监测系统安装示意图
图2．2星型网络拓扑结构示意图
东北林业大学硕士学位论文
图2．3远程监测系统示意图
2．2系统组成
林火监测研究分为三大部分：客户机系统设计、视频采集与远程传输与森林火
灾图像处理与识别。
2．2．1视频采集与远程传输
视频采集与远程传输部分主要包括视频图像采集、视频传输等几大部分组成，
其结构框图如2．4图所示。
图2．4视频采集与传输结构框图
视频采集与远程传输部分主要利用图像采集卡将CCD摄像机拍摄的图像进行
采集，形成视频流。通过视频编码对在时间上与空间上具有冗余度的视频流压缩，
获得Mpeg．1压缩格式的视频数据，并通过计算机网络传送至远程计算机终端，实
现视频网络的远程通信，最终解码还原获得原始视频流，在终端监示器显示监控画
面，具体设计参见第四章。
图像通信与处理技术在林火监测ffl的应『ij研究
2．2．2森林火灾图像处理与识别
森林火灾图像处理与识别部分主要对森林火灾图像给予图像处理和火焰识别，
整个处理过程如2．5图所示，详细介绍参见第五章。
识别分析
图2．5森林火灾图像处理与识别框图
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