森林防火监控系统是集硬件、软件、网络于一体的联网系统，以森林防火平台软件为核心，在指挥中心能够实现对各个林区防火监控系统的全方位管理。前端视频监控点设定在林区的制高点，通过光纤传输网或微波网络与指挥中心网络点对点联接。在监测到有火灾信号时，系统会及时将前端实时画面传递到主站指挥中心。1)采用红外热成像摄像机利用热成像原理，探测林区热辐射，通过不同目标温差实时成像，搭配了测温模块可全天候对林区扫描检测，当测得温度及温差数据符合林火特征时，系统发生报警，及时让防火值班人员掌握林区火灾隐患，及时制定灾害扑救方案等。2)采用与环境信息相结合的综合监测，可以实时的了解当前监控点的风力、风向、温湿度、烟雾等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息，满足当前森林防火的各种要求。3)采用与地理信息系统（GIS）相结合，实现森林资源信息的可视化化管理，可以更加有效地为森林防火提供信息支持。4)采用透雾成像技术，由于森林防火监控系统安装在林区的山上，山区经常浓雾弥漫，普通的镜头无法达到正常的监控效果，使用透雾镜头解决了山区雾大，成像难的问题。
1.1设计原则
1.2设计目标
1)远程视频监控以直观、真实、有效而被广泛应用在许多重点防范地区。通过安装红外热成像、可见光摄像系统全天候监控林区，观测森林火情、对初发火情，做到及时发现、及时救护。使火灾隐患消亡在萌芽状态；2)远程视频监控能在森林发生火灾时把现场的图像传回指挥中心，指挥中心通过监视前端摄像机图像指挥调度救火，最大限度的能减小火灾造成的损失；3)远程视频监控能真实记录火灾发生前救火过程中以及救火以后现场的真实情况从而对火灾进行处理，提供有效真实的资料；4)森林防火消防中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现场情况协调调度指挥；林区监控管理指挥中心可远程对前端的云台进行上下,左右控制；林区监控管理指挥中心能记录火情发生,发展和消灭的整个过程，对以后的火情的预防,治理提供真实有效的直观资料。7)山上需要24小时不间断供电，满足所以设备用电需要，根据目前技术条件设计采用相应的供电系统，保证山上不具备布线条件的监控点设备不间断供电，正常工作。
1.3系统架构
森林防火监控系统由前端系统、传输网络、各级指挥中心等几个部分组成。
省级指挥中心部署视频监控平台软件，通过专网线路连接国家林业指挥中心、市级指挥中心和部分其他单位。市级指挥中心通过专网线路分别和省指挥中心以及区县级指挥中心连接，市级指挥中心部署视频监控平台软件，实现和省级及区县级的平台进行联网。区县级指挥中心通过专网线路连接市级指挥中心，同时部署视频监控平台软件和市级平台进行联网。前端系统通过光纤线路连接到区县级指挥中心，无法通过光纤线路连接的前端系统，通过微波方式连接到区县级指挥中心。
1.3.1前端系统
前端系统对林区现场的图像及环境信息等信息进行采集、编码及上传，并根据制定的规则进行自动化联动。
1.3.2传输网络
传输网络可采用光纤传输网络，可将摄像机、镜头拍摄的现场图像实时传输到指挥中心。无有线传输条件的前端，采用微波方式，将摄像机、镜头拍摄的现场图像实时传输到指挥中心。
1.3.3指挥中心
区县指挥中心可管理所辖林区的所有设备，接收由林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。市级指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。省级指挥中心可接收下属林区上报的视音频及环境信息，同时可以满足用户视频信息查看、林区设备控制的需求。
2系统特点
2.1设备防雷击
系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外，对云台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施，云台护罩内对所有的信号输入线路（例如：视频线路、控制线路、网络线路、低压控制线路）全部进行了电磁屏蔽和防浪涌保护措施。
2.2前端防结雾
2.3防雾监控功能
林区可能存在多雾天气，结合安防监控领域的视频图像透雾的特殊要求，开发了一种实时视频透雾技术。该技术基于大气光学原理，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，获得准确、自然的透雾图像。
2.4火情自动报警
设备利用远红外热成像设备实时探测目标环境的辐射强度，通过嵌入式DSP对辐射强度进行分析，筛选出辐射强度比较异常的点，当检测出有超出设定的热点阀值时发出报警信号，通过自动报警装置产生报警。
2.5火点自动定位
监控系统发现火点或热点自动报警后，利用回传的数字云台俯仰角、方位角及站点的地理位置信息（经纬度），计算出火点的具体位置。当前端红外热成像摄像机发现火点时，在GIS系统中，标记出火点的相应位置，并用闪烁的方式给予提示。
2.6报警信息统计
2.7视频联动控制
当前端红外对射探测器探测到入侵目标时，同时该目标已进入视频监控区域后，视频控制系统将自动进行联动，完成自动开启，也可通过值班人员手动打开和调节控制相应区域的视频摄像头，完成对入侵目标的识别、判断和跟踪。
2.8视频质量诊断
视频质量诊断系统能够对前端设备的图像质量进行智能分析，并对视频图像的清晰度（图像模糊）、噪声干扰（雪花点、条纹、滚屏）、亮度异常（过量、过暗）、偏色、画面冻结、视频丢失、云台失控等常见摄像机故障进行检测。
3前端系统设计
3.1系统概述
前端系统主要以红外热成像摄像机为核心满足日常森林防火监控需求，同时整合信息地理系统、环境量信息等实现森林防火综合监控。适宜于远距离大范围全天候监视。可以看清5公里远的目标、室外防护罩给摄像机和镜头提供全天的防护、云台可以360°旋转，为了确保图像不抖动，摄像机的固定方式都将进行最牢固稳定的安装。
3.2前端典型架构
在光纤线路可达的地点，可采用有线传输的方式，各监控点通过光纤线路连接到区县级指挥中心。
在光纤线路不可达的地点，可采用微波传输的方式，各监控点通过微波传输将数据发送到区县级指挥中心。
3.3红外热成像摄像机
红外热成像视频是远红外热图像，经过一系列的处理，可形成物体表面的热图像。且克服雨雪雾的能力较高，所以在夜间以及较恶劣气候条件下，采用红外热成像监控设备可以对各种目标进行可靠监控及预警。为使热成像探测火灾的准确性更高，可以搭配可见光摄像设备做为热成像火灾探测的补充，当热成像发现火灾点时，由控制人员通过可见光摄像画面进行核实，确认无误即可实现林火的准确预警。
3.4空中巡查平台（无人机）
新一代减震设计全新的悬挂设计以及电机减震设计，大大降低云台系统的震动，更利于拍摄作业。新电池托盘位置设计，方便用户安装电池，电池更加稳固。云台安装架下移设计，集合系统标配收放起落架，给镜头以更广阔的拍摄视角。
3.5环境监控报警主机
环境监控报警主机可以通过开关量接口跟红外对射连接，通过4-20mA模拟量接口、开关量接口、RS-485串口与各类传感器连接，对各种数据进行汇集，处理成数字信号，并可以提供向上的接口供指挥中心访问、管理。
3.5.1温湿度传感器
温湿度传感器，采用传感、变送一体化设计，采集温湿度数据，进行数据校正转换，转换成4-20mA电流环信号连接至环境监控报警主机，温湿度模拟量能实时上传主控中心，控制中心能随时查阅林区的环境温湿度，并做出相应的处理。
3.5.2风速传感器
风速传感器顾名思义是测量空气流速的仪器，仪器内的转速传感器能把风速转换成4-20mA电流环信号上传连接至环境监控报警主机，能把现场风速实时上传主控中心，控制中心能随时查阅林区的风速，并做出相应的处理。
3.5.3烟感传感器
现场配置有不同数量的烟感等火灾探测器，来监测烟雾报警情况。可通过开关量连接至环境监控报警主机，当检测烟雾时能自动发出报警信号，提醒控制中心工作人员，并可联动摄像机预置位查看现场实际情况。
3.6报警系统
考虑到市面上红外热成像摄像机的价格比较昂贵，建议在每台红外热成像摄像机周围增设一套防盗报警系统，报警系统分别由报警主机、4个红外对射及一台高清网络球机组成。当检测到有异常行为时，报警主机将报警信息传输到后端平台，后端平台联动球机跟踪目标对象，实时放大现场画面，起到防范报警作用。
3.7供电系统
指挥中心采用普通办公用电，为防止意外停电，中心使用UPS电源，以保证最低8小时持续供电。前端系统的供电方式主要是太阳能以及风能，采取“风光互补”方式发电，利用风能和太阳能同时供电。
3.7.1太阳能供电
太阳电池供电系统在微波通信领域的应用十分广泛，具有使用费用低,可靠性高，无需维护等优点，受到林业部门的欢迎。用于监控点太阳能电源系统，根据地区环境的太阳能辐射数据进行计算，整个设计按照负载功率50W，连续日工作时数为24小时，即使在阴雨天也能独立供电3天。
3.7.2风能供电
选择风能方式之前要考虑安装的地方是否具备使用风能的条件，是否处于大风比较多的地区，选择什么类型的风能发电机组。风能发电的特点即蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。三大弱点是：密度低、不稳定、地区差异大。
3.7.3UPS或蓄电池
3.7.4农电供电
在工程中前端基站大都在森山老林中，附近并没有农电线路。但在少部分地区还是使用农电供电的。这种方式能够部分替代风光互补方式供电。在农电的选择上主要考虑电压稳定性、搭线难度、价格等因素。
3.8防雷系统
为确保监控系统可靠、稳定地运行，系统需进行合理、优化的防雷设计，具体从以下方面考虑：1)避雷针对于支架安装的摄像机，由于位置较高，可能会受到直击雷的危害，因此需安装避雷针，采用扁钢或其他等效导体作为引下线，泄放雷击放电电流。避雷针的架设需要综合考虑周边环境进行设计，确保林区设备（摄像机、终端盒）处于直击雷防护范围内。2)接地摄像机外壳、摄像机支架及场地终端盒等应进行可靠接地，接入接地系统。3)线缆防雷器为进一步提高系统的抗雷击能力，除设备需具备防雷功能外，电源线应满足三级防雷要求，弱电线路应采取防浪涌措施。各类可能引入雷击的线缆应加装各种防雷器。对于模拟摄像机，建议采用三合一（电源、视频、485线缆）防雷器；对于网络摄像机，建议采用单相电源防雷器及机架式网络信号防雷器。
4传输网络设计
森林防火视频监控系统中，省、市、区县三级指挥中心通过专网连接。区县到前端的连接可采用有线、无线两种方式进行连接。
4.1专网
在我国电子政务的指导性文件中详细提出了电子政务网由电子政务内网与电子政务外网组成。党政机关业务网络与国际网物理隔离。随着电子政务应用的不断发展需要打开越来越多的网络设备端口，从而降低了安全性，让越来越多的政府部门不敢使用其承载业务信息。基于上述考虑，国家在两网的基础上增加了政务专网。政务专网是党政机关非涉密的内部办公网，主要用于非涉密信息的传递。实际工程项目中，专网的带宽根据实际需要而定，从2M-10M不等。
4.2有线传输
为确保信号传输的质量，在有条件使用有线传输的情况下建议森林防火监控系统从前端到后端指挥中心的传输采用光缆传输。传输网络架构图如下所示：
4.3无线传输
当前主要的无线传输方式分为模拟微波无线传输方式以及数字无线视频传输方式。对于模拟无线微波传输这种方式采用不同的波段直接传输监控摄象机采集来的模拟信号。优点是信号损失度较数字方式要小的多，适合高质量视频传输的需要。数字无线视频传输与模拟相比，设备造价低，延迟较大，图象质量相比下较差。其运做原理是将监控摄象机输出的模拟信号，经过编码后转变为数字信号，在无线网络上传输，因此在中心接设备的时候一般是通过网线接入的，无法直接接入模拟终端，比如监视器之类的设备。当然如果进行解码器的还原处理后还是可以接的，但是由于视频信号经过了模拟转数字的质量损失后，再进行数字到模拟的还原。因此画质的损失比较严重。目前比较流行的数字无线微波有GSM，CDMA，WI-FI，WIMAX，4G/5G等形式。常见的设备有无线网桥，无线视频服务器，视频编解码设备等。
4.3.1微波传输
森林防火监控系统具有特殊的地理环境，传输方式不可能采用有线或光缆。因此应首先考虑无线微波传输方式，无线微波传输方式施工方便，造价低廉，图像实时传输、清晰，并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同，其功率的大小可以按要求配制，在遇障碍物阻挡的情况下，可采用微波中继（图像/数据）系统。微波是一种频率超过1GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。微波传输类似光线直线传输，是一种视距范围内的接力传输。由于微波的波长很短，因此它不能像中波那样可以沿着地球表面传输，因为地面很快就把它吸收掉了；它也不能像短波那样可以通过电离层反射传输到地面很远的地方，因为它能够穿过电离层逸入太空。由于地球表面是一个曲面，所以微波只能在视距范围内作直线传输，因此决定了两个微波站之间的传输距离不能很远，一般在50km左右，否则将不能获得较稳定的传输特性。当前使用的频率是2.4-5G赫兹波段（民用波段）。
4.3.24G/5G传输
在使用的过程中主要参考运营商在项目区域的网络覆盖以及质量情况。
5指挥中心设计
5.1省级指挥中心
省级指挥中心由管理服务器、流媒体服务器、视频质量诊断服务器、级联服务器、工作站、解码设备、显示设备等组成。通过专网线路和国家林业局指挥中心、市级指挥中心、其他单位连接。
指挥中心大屏能够观看到如下图象效果，确保对森林火灾进行发现、监控、控制。
5.2市级指挥中心
市级指挥中心由管理服务器、流媒体服务器、级联服务器、工作站、解码设备、显示设备等组成。通过专网线路和省级指挥中心、区县级指挥中心连接。
6区县级指挥中心
6.1硬件设备组成
指挥中心平台对前端监控资源进行整合，对前端设备进行集中维护和管理；省级平台通过森林防火专网与地区级平台的级联服务器通信，级联服务器把命令转发至其他应用服务器实现对前端资源的监控。平台主要由应用服务器、客户端、存储设备、解码设备、网络交换机、防火墙、大屏显示设备等组成。为保障前端系统的监控质量，平台需具备完善的机房基础保障和先进的网络设备、丰富的网络带宽和光纤资源；为保障平台的稳定运行，平台的网络采取双网配置，所有设备都冗余配置在两个不同的网络中。
6.1.1服务器
6.1.2客户端
配置客户端配置客户端负责对平台内部进行大屏幕配置、权限管理、录像管理、告警管理、安全管理、电子地图管理、模拟量数据管理、数据库管理、系统管理及林区摄像机、灯光等系统的配置管理。B/S配置客户端专门用于对系统进行维护、配置和管理，满足配置客户端需要实现的功能。监控客户端监控客户端负责对所辖林区的摄像机视频和录像信息查看，电子地图管理，模拟量数据实时曲线浏览和历史数据检阅及摄像机、灯光等系统信息的获取和控制。C/S控制客户端专门用于对系统视频、环境信息调阅，对设备进行操作、控制，满足控制客户端的要求。选型原则指挥中心工作站可采用普通PC，建议采用在森林防火行业有实际应用的品牌。
6.1.3存储设备
6.1.4解码设备
机架式解码器产品硬件结构设计上参考ATCA标准，用于将前端网络视频信号解码输出上电视墙，支持解码多种编码格式网络视频，支持多种网络传输协议，支持多种模拟信号输出接口，专为视频监控系统的部署与管理而设计的一体化电信级机架式解码器。
6.1.5大屏显示设备
6.1.6短信模块
6.1.7防火墙
7平台软件设计
专为森林防火用户量身定制的平台软件，软件可以支持超大规模的部署，能满足多级管理的应用需求。软件采用模块化构建方式，可应需裁剪；采用WebService作为对外的服务接口协议，方便二次开发商集成；方便的增值业务集成；统一的平台内部协议；统一的部署和管理。采用模块化设计，部署方便，操作简便，还可根据森林防火自身管理要求和现状做进一步的定制开发，充分体现森林防火系统为管理带来的效率。
7.1平台架构
面向服务的软件架构SOA将成为新一代网络服务的基础框架，其在传统的IT开发领域取得了良好的发展，将SOA的思想引入到森林防火平台软件的开发中来，有力的保证了我们设计的先进性。通过使用SOA的架构，以松散耦合的方式公开业务服务，更易于集成和管理复杂性、更快地整合现有系统；通过良好的分层结构，统一的接口服务，可以有效减少服务督察平台的复杂度。森林防火平台软件的架构层次如下图所示。
主要分为以下几个层次：
7.1.1基础平台开发
对操作系统、数据库、安全加密、多媒体协议的封装，屏蔽差异，实现上层应用的平台无关性，提高开发效率和系统兼容性。
7.1.2平台服务
7.1.3业务逻辑子系统
通过常用业务的归纳、封装，这层提供了视频、报警、智能、对讲、电子地图等监控安防业务，方便应用层调用。
7.1.4应用系统
森林防火平台软件除了有传统的C/S客户端，也有基于最新WEB技术的B/S客户端，最大程度满足森林防火的不同场合下的需要。
7.1.5WebService接口
森林防火系统平台软件通过WebService提供对外接口，这可以在异种操作系统、异种语言之间进行交互，也是和其他IT和业务应用程序集成的最好方法。
7.1.6与林区自动气象站系统对接
视频监控系统可能需要与林区气象站系统进行对接，将气象站监测的风向、风速、温度、湿度等各种环境量数据与监视系统进行整合，以求最大程度挖掘系统潜力，最大程度提升管理品质，为客户创造最大价值。
7.1.7与林区已有GIS系统对接
视频监控系统可能需要与林区已有GIS系统进行对接，将摄像机位置、根据数学模型计算的预警位置的坐标数据与监视系统进行整合，两个系统间的交互通过接口和消息来通信，实现交互和消息的传递（服务调用），以求最大程度挖掘系统潜力，最大程度提升管理品质，为客户创造最大价值。
7.2平台特点
森林防火平台软件在功能上有以下特点：1)支持海量设备接入。2)分布式监控，部署、升级灵活方便。3)集中管理，多级别控制，完善的用户权限定义。4)巡检设备和服务器工作状态，系统安全可靠。5)统一的报警管理，支持多种联动方式。
7.3平台运行环境
7.3.1操作系统
操作系统应为具有开放性、高可靠性和安全、通用、成熟的产品。服务器推荐WindowsServer2008系统；客户端推荐Windows7系统。
7.3.2数据库
平台能够兼容所有数据库，可配置通用、成熟的商用数据库作为监控设备配置信息、监控数据库、历史数据库的存储及管理平台。MySQL作为一个广泛使用的、成熟的数据库系统，支持Linux平台软件，能够满足森林防火监控系统的要求，满足数据库操作主要为OLTP方面应用且不频繁的特点。考虑到服务器的双机热备，采购的数据库需具备数据同步功能。
7.3.3双机切换软件
为确保视频森林防火系统的稳定工作，系统采用了双机热备的方式，即部署两台软硬件配置完全一样的服务器，当一台服务器出现故障的时候，另外一台服务器接替其工作。双机之间通过以太网线和串口线进行“双重心跳侦测”，但还需部署软件切换软件，当备机侦测不到主机的心跳信号时，根据预设的软件规则进行主备切换。
7.4平台模块
森林防火系统平台主要包括中心管理、存储管理、存储、流媒体、报警、网管、云台代理、客户端等模块，还可按需添加设备接入、智能分析、电视墙等模块。
7.4.1中心管理模块
7.4.2存储管理模块
存储管理模块通过虚拟存储管理技术，支持DAS、NAS、IP-SAN各种存储设备；支持集中存储管理模式；支持PB级海量音视频数据存储、快速检索；支持灵活的备份策略；支持数据自动修复技术（数据补录），支持报警集中存储和重要事件集中备份管理。
7.4.3流媒体模块
7.4.4报警模块
报警模块管理系统内各种报警事件及其联动处理，并可对报警消息进行分发及上传。支持的联动方式有客户端联动（视频图像、声光显示、信息叠加）、云台联动、通道录像、报警输出联动、EMAIL通知、短信发送、通道抓图等方式。提供完善的报警日志管理，方便事后查询检索。
7.4.5网管模块
7.4.6云台代理模块
云台代理模块可以实现用户根据权限拥有不同的控制级别，按优先级对云台进行控制；通过云台代理服务，可以去控制各种型号的矩阵，实现模数互控。
7.4.7客户端
7.4.8电视墙模块
电视墙模块支持软件解码大屏输出，支持解码卡、解码器、模拟/数字矩阵控制输出，支持键盘、3D摇杆控制，支持高清解码输出，支持文件回放上墙，支持报警联动上墙。
7.5平台基本功能
7.5.1视频监控
7.5.2录像管理
7.5.3存储管理
7.5.4数据转发
7.5.5语音功能
1)支持林区前端语音广播；2)支持平台与林区之间及两个平台之间的双向语音对讲；3)支持平台内的客户端用户对讲。
7.5.6远程控制
7.5.7报警管理
7.5.8电子地图
1)支持在地图上直接对摄像机等设备进行管理；2)支持增加、修改和删除电子地图的图层，并可进行切换，具有超级链接功能；3)支持对地图进行放大、缩小和漫游；4)支持报警事件联动，可以图标闪烁、弹视频窗口等。
7.5.9权限管理
7.5.10安全管理
7.5.11系统管理
7.5.12报表管理
7.5.13Web配置及监控
1)WEB配置客户端可以实现系统资源的配置，支持对WEB用户进行统一的权限设置和管理；2)WEB监控客户端可以实现视频信息的监控，支持历史报警信息的检索、回放；3)支持主流的网络浏览器，控件可以自动下载和升级；4)支持200人以上的并发访问能力，在并发访问人数达到上限后，可以根据优先级将低优先级用户自动断开；