專利名稱：集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種森林防火定位系統(tǒng)，尤其是一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控森林火災(zāi)并進(jìn)行定位的快速定位系統(tǒng)，具體地說是一種集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的火情監(jiān)測(cè)和定位一般依靠人工巡邏、人工瞭望來監(jiān)測(cè)。當(dāng)有火災(zāi) 時(shí)，則由觀察員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)林場(chǎng)的熟悉程度來判斷火點(diǎn)的位置。目前我國森林火災(zāi)監(jiān)控 仍然是以人工地面巡護(hù)和定點(diǎn)了望為主，航空巡護(hù)和衛(wèi)星探測(cè)等技術(shù)為輔的體系。人工巡 邏、人工瞭望具有視野有限、連續(xù)監(jiān)控會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞和精神疲勞的問題，航空巡護(hù)存在著 信息安全、信息的實(shí)時(shí)傳輸和不能準(zhǔn)確的導(dǎo)航定位等問題，衛(wèi)星林火監(jiān)測(cè)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成 本高、升級(jí)維護(hù)困難、抗電磁干擾能力差的問題。因此開發(fā)一種先進(jìn)的可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置 并通過相應(yīng)的定位方法對(duì)所攝取的火點(diǎn)進(jìn)行快速定位，為及時(shí)撲滅火災(zāi)贏得富貴時(shí)間具有 十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有的森林防火監(jiān)控自動(dòng)化水平低的問題，設(shè)計(jì)一種成 本低，自動(dòng)化水平高并能精確定位的集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)，其特征是它主要由監(jiān)控中心1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān) 控傳輸終端2和移動(dòng)手持終端3組成，所述的監(jiān)控中心1主要由無線網(wǎng)橋101、電視墻102、 3G模塊103和服務(wù)器104組成，所述的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2主要由數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)201、視 頻服務(wù)器202及無線網(wǎng)橋203組成，所述的移動(dòng)手持終端3主要由PDA301和3G模塊302 組成，PDA301通過3G模塊302與監(jiān)控中心1中的3G模塊103雙向無線相連，3G模塊103 與服務(wù)器104相連，服務(wù)器104與無線網(wǎng)橋101相連，無線網(wǎng)橋101與電視墻102相連的同 時(shí)通過無線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2的無線網(wǎng)橋203雙向連接，無線網(wǎng)橋203與視頻服務(wù)器 202雙向連接，視頻服務(wù)器202與數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)201雙向連接。所述的PDA301中集成有GPS導(dǎo)航儀303、語音設(shè)備304和CXD攝像頭305。與上述裝置相配套的定位方法包括以下步驟1)根據(jù)攝像機(jī)的視程在林區(qū)設(shè)置若干臺(tái)攝像機(jī)，通過有線或無線通訊方式將所攝 圖像及與圖像相配的參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)和電視墻上，并將攝像機(jī)的地理位 置信息存儲(chǔ)在控制中心的計(jì)算機(jī)中；2)采用單點(diǎn)定位法確定火源，即當(dāng)其中任一臺(tái)攝像機(jī)捕捉到火點(diǎn)畫面時(shí)，立即通 過以下方法確定火點(diǎn)的位置首先，通過傳回圖像所攜帶的有關(guān)攝像機(jī)的信息，確定該攝像機(jī)相對(duì)于正北方向 的旋轉(zhuǎn)角，以確定火點(diǎn)發(fā)生的方向；其次，通過攝像機(jī)相對(duì)于水平面的俯仰角和旋轉(zhuǎn)角并結(jié)合漸進(jìn)窮舉法確定火點(diǎn)距[0013]
離海平面的高度FD ； 最后，根據(jù)以下公式計(jì)算出火點(diǎn)F的經(jīng)緯度
AO = DO-sin β = FC ■ sin β = HC-tana-sin β = (HO - FD)-tana- sin β BO = DO-cos β = FC -cos β = HC -tana -cos β = (HO-FD)-tana-cos β HF = n*^
FD = HO-HC = HO-HF-cos β式中AO是火點(diǎn)相對(duì)于攝像機(jī)的X方向的距離，它與攝像機(jī)的經(jīng)度之和即為火點(diǎn)的經(jīng)度 值；BO為是火點(diǎn)相對(duì)于攝像機(jī)的Y方向的距離，它與攝像機(jī)的緯度之和即為火點(diǎn)的緯
度值；α和β分別為攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)角和俯仰角；N為常數(shù)，可取任意常數(shù)，為了計(jì)算方便一般取10米、50米、100米等整數(shù)為佳，取 值大小最好根據(jù)攝像頭視程決定，視程大的取值大些，視程小的取值小些，常用的是50米 和100米較多。HO為攝像機(jī)的高度，可通過該攝像機(jī)的地理位置信息查得，F(xiàn)為火點(diǎn)，F(xiàn)D為火點(diǎn)的 高度，F(xiàn)C和DO為火點(diǎn)的水平投影點(diǎn)至攝像機(jī)水平投影點(diǎn)之間的距離；HC為攝像機(jī)的海拔高 度與火點(diǎn)海拔高度之差，η為漸進(jìn)窮舉的次數(shù)。所述的攝像機(jī)為帶有云臺(tái)的攝像機(jī)，攝像機(jī)的俯仰角和旋轉(zhuǎn)角即為云臺(tái)的俯仰角 和旋轉(zhuǎn)角。為了提高定位速度，還可采用漸進(jìn)窮舉法與二分法結(jié)合的方法加速求解火點(diǎn)F點(diǎn) 的坐標(biāo)值。本實(shí)用新型的有益效果(1)本實(shí)用新型有利于直觀的觀察火情。三維地圖的數(shù)字化和實(shí)時(shí)視頻傳輸，使觀 察人員能更直觀的觀察到林區(qū)的信息。(2)精確自動(dòng)定位?？焖倬_定位減少了火災(zāi)帶來的損失并大大提高森林撲救效率。(3)相比以往的林火監(jiān)測(cè)與定位系統(tǒng)，購置成本大為降低；移動(dòng)終端方便小巧，穩(wěn) 定性高。GIS和數(shù)字云臺(tái)的聯(lián)動(dòng)，更方便人員的管理和觀察。

圖1是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的軟件整體架構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的林火識(shí)別原理示意圖。圖4是本實(shí)用新型的林火定位原理示意圖。圖5是本實(shí)用新型的單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型示意圖。圖6是本實(shí)用新型的火點(diǎn)定位示意圖。圖7是本實(shí)用新型的俯仰角校正數(shù)學(xué)模型圖。圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例中一個(gè)具體的定位試驗(yàn)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1-4所示。一種集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)，它主要由監(jiān)控中心1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2和移動(dòng)手持終端3組成，如圖1所示。監(jiān)控中心1主要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理并實(shí)時(shí)將 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控用的攝像機(jī)所攝取的圖像在電視墻上進(jìn)行顯示，并根據(jù)實(shí)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)情況向攝像機(jī) 和巡視人員發(fā)出無線指令，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2主要是根據(jù)設(shè)定的程序和監(jiān)控中心1的指 令控制數(shù)控云臺(tái)攝像機(jī)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)將攝取的圖像傳回給監(jiān)控中心1，移動(dòng)手持終端3主 要是供地面巡查人員使用，對(duì)于數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)無法捕捉到的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充，并可為監(jiān)控 中心和滅火人員進(jìn)行導(dǎo)航，為電子地圖的建立提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)等。所述的監(jiān)控中心1主要由 無線網(wǎng)橋101(BreezeNet高速無線網(wǎng)橋B100)、電視墻102、3G模塊103 (華為WCDMA模塊 EM770)和服務(wù)器104 (奔4以上處理器)組成，所述的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2主要由數(shù)字云臺(tái) 攝像機(jī)201、視頻服務(wù)器202(DS-6001HF)及無線網(wǎng)橋203 (BreezeNet高速無線網(wǎng)橋B100) 組成，所述的移動(dòng)手持終端3主要由PDA301 (SBC8100單板機(jī))和3G模塊302 (華為WCDMA 模塊EM770)組成，PDA301中還應(yīng)集成有GPS導(dǎo)航儀303、語音設(shè)備304和CCD攝像頭305， PDA301通過3G模塊302與監(jiān)控中心1中的3G模塊103雙向無線相連，3G模塊103與服務(wù) 器104相連，服務(wù)器104與無線網(wǎng)橋101相連，無線網(wǎng)橋101與電視墻102相連的同時(shí)通過 無線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端2的無線網(wǎng)橋203雙向連接，無線網(wǎng)橋203與視頻服務(wù)器202雙 向連接，視頻服務(wù)器202與數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)201雙向連接。本實(shí)用新型的工作過程為數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)的視頻信號(hào)和實(shí)時(shí)角度通過視頻服務(wù)器處理后由無線傳輸設(shè)備 (無線網(wǎng)橋)傳輸至監(jiān)控中心；來自監(jiān)控中心的控制信號(hào)經(jīng)過無線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)揭曨l服 務(wù)器，通過視頻服務(wù)器、數(shù)字云臺(tái)解碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)變焦鏡頭、云臺(tái)的控制。本實(shí)用新型以VS2005(C#)和ESRI的二次開發(fā)組件ArcEngine為開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn) 地理信息系統(tǒng)的基本功能、數(shù)據(jù)庫操作、林火自動(dòng)定位以及二維地圖、三維模型和數(shù)字云臺(tái) 的聯(lián)動(dòng)；基于機(jī)器視覺，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行林火識(shí)別；并利用嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，結(jié) 合全球定位系統(tǒng)GPS模塊對(duì)林區(qū)進(jìn)行導(dǎo)航；利用WCDMA把視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器端。(1)利用當(dāng)今流行的嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)源碼完全開放，系統(tǒng)裁剪容易，擴(kuò)展性強(qiáng)的特 點(diǎn)，與GIS技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出用戶所需的功能界面，如PDA，智能手機(jī)等。且成本較低，體積 小方便攜帶，穩(wěn)定性和安全性能能得到有效保證。(2)接收來自GPS模塊的經(jīng)緯度信息，通過篩選接收、高斯投影及相對(duì)坐標(biāo)變換等 算法從而將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為某一地區(qū)范圍的二維平面坐標(biāo)，為GPS導(dǎo)航提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來 源。(3)結(jié)合WCDMA協(xié)議和視頻編解碼的協(xié)議對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳 輸視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)火情信息。(4)根據(jù)DEM數(shù)據(jù)、瞭望塔海拔高度和攝像機(jī)的水平角、旋轉(zhuǎn)角，計(jì)算攝像機(jī)視頻 窗口的中心線與地面的交點(diǎn)，從而可以在二維地圖和三維地圖實(shí)時(shí)跟蹤云臺(tái)所觀測(cè)到的區(qū) 域；同時(shí)也可以根據(jù)用戶的興趣和需求去觀察一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，從而反算出云臺(tái)的水平角和旋轉(zhuǎn)角，從而控制云臺(tái)轉(zhuǎn)到所需的目標(biāo)點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)GIS和云臺(tái)的聯(lián)動(dòng)。(5)單點(diǎn)定位具有監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域廣，能夠在三維空間進(jìn)行火點(diǎn)定位的優(yōu)點(diǎn)，但由于 僅局限單個(gè)瞭望塔觀測(cè)的方位角和水平角數(shù)據(jù)就必須借助電子地圖。(6)林火煙霧識(shí)別方法，一是圖像經(jīng)過HSI空間變換后分離得到的H分量、S分量 和I分量的直方圖分布，二是煙霧的紋理信息，建立煙霧識(shí)別模版，從而實(shí)現(xiàn)林火預(yù)警。軟件整體架構(gòu)利用ArcEngine提供的組件和工具集，包括ArcEngine DeveloperKit和 ArcEngine Runtime兩部分組成[3]，能夠?qū)崿F(xiàn)二維地圖操作功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)三維展示、三 維分析等高級(jí)功能。如圖2所示。林火識(shí)別林火識(shí)別的目的是實(shí)現(xiàn)林火的自動(dòng)預(yù)警，所以需要經(jīng)過大量試驗(yàn)，建立煙霧的識(shí) 別模型，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖像中被識(shí)別出的可疑區(qū)域符合判斷條件時(shí)，則判斷為火點(diǎn)并發(fā)出預(yù)警信 號(hào)。本實(shí)用新型主要從兩方面對(duì)林火煙霧進(jìn)行識(shí)別，一是圖像經(jīng)過HSI空間變換后分離得 到的H分量、S分量和I分量的直方圖分布，二是煙霧的紋理信息，建立煙霧識(shí)別模版，從而 實(shí)現(xiàn)林火預(yù)警，如圖3所示。林火定位采用掃描方式不斷讀取監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括視頻和攝像機(jī)的角度，利用火情識(shí)別模 塊對(duì)視頻進(jìn)行處理，分析是否有火情，如果有火情發(fā)生則進(jìn)行報(bào)警和林火定位，攝像機(jī)也暫 時(shí)把鏡頭停留在火點(diǎn)位置；否則二維地圖、三維模型和攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)。如圖4所示。如果確定 有火點(diǎn)，則按實(shí)施例二的方式進(jìn)行火點(diǎn)的定位。與上述集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位裝置相配的定位方法包括以下步驟(參 見圖5-8)1)根據(jù)攝像機(jī)的視程在林區(qū)設(shè)置若干臺(tái)攝像機(jī)，通過有線或無線通訊方式將所攝 圖像及與圖像相配的參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)和電視墻上，并將攝像機(jī)的地理位 置信息存儲(chǔ)在控制中心的計(jì)算機(jī)中；2)采用單點(diǎn)定位法確定火源，即當(dāng)其中任一臺(tái)攝像機(jī)捕捉到火點(diǎn)畫面時(shí)，立即通 過以下方法確定火點(diǎn)的位置首先，通過傳回圖像所攜帶的有關(guān)攝像機(jī)的信息，確定該攝像機(jī)相對(duì)于正北方向 的旋轉(zhuǎn)角，以確定火點(diǎn)發(fā)生的方向；其次，通過攝像機(jī)相對(duì)于水平面的俯仰角和旋轉(zhuǎn)角并結(jié)合漸進(jìn)窮舉法確定火點(diǎn)距 離海平面的高度FD ；最后，根據(jù)以下公式計(jì)算出火點(diǎn)F的經(jīng)緯度 = DO. sin/ = FCt ■ sin 々=//C" · tan α. sin 々二 (//O — FD) · tan α. sin 廣
式中
AO是火點(diǎn)相對(duì)于攝像機(jī)的X方向的距離，它與攝像機(jī)的經(jīng)度之和即為火點(diǎn)的經(jīng)度 值；[0061]BO為是火點(diǎn)相對(duì)于攝像機(jī)的Y方向的距離，它與攝像機(jī)的緯度之和即為火點(diǎn)的緯
度值； α和β分別為攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)角和俯仰角；N為常數(shù)，本實(shí)施例取50米作為計(jì)算間隔，具體實(shí)施時(shí)可根據(jù)攝像機(jī)的視程大小 進(jìn)行選擇，視程大，N的取值可適當(dāng)大一些；HO為攝像機(jī)的高度，可通過該攝像機(jī)的地理位置信息查得，F(xiàn)為火點(diǎn)，F(xiàn)D為火點(diǎn)的 高度，F(xiàn)C和DO為火點(diǎn)的水平投影點(diǎn)至攝像機(jī)水平投影點(diǎn)之間的距離；HC為攝像機(jī)的海拔高 度與火點(diǎn)海拔高度之差，η為漸進(jìn)窮舉的次數(shù)。詳述如下本實(shí)用新型利用GIS數(shù)字圖形與數(shù)據(jù)庫，通過云臺(tái)提供的參數(shù)實(shí)現(xiàn)林火的單點(diǎn)定 位。單點(diǎn)定位是基于單個(gè)瞭望塔實(shí)現(xiàn)定位，根據(jù)DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)、瞭望塔海拔高 度和攝像機(jī)的俯仰角、旋轉(zhuǎn)角，計(jì)算攝像機(jī)視頻窗口的中心線與地面的交點(diǎn)。由于云臺(tái)攝像 機(jī)提供的俯仰角和旋轉(zhuǎn)角的信息跟地圖測(cè)繪精度、數(shù)字云臺(tái)角度機(jī)械偏差、實(shí)時(shí)氣象條件、 地理坡度各異性等因素有關(guān)，將會(huì)影響定位的精度，因此，具體實(shí)施前還應(yīng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角和俯 仰角的角度校正補(bǔ)償來提高定位精度。1、定位模型的建立首先，在地圖上標(biāo)定正北方向?yàn)閿?shù)字云臺(tái)起始零度角，通過云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角確定火 點(diǎn)發(fā)生的方向。其次，通過俯仰角確定火點(diǎn)的具體位置。建立數(shù)學(xué)模型如圖5所示。圖中 α和β分別為云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角和俯仰角，線段HO長(zhǎng)為瞭望塔海拔高度，F(xiàn)為假想火點(diǎn)，D為 F點(diǎn)在坐標(biāo)系海平面(即X-Y)平面上的投影。由漸進(jìn)窮舉法可得火點(diǎn)F的高度為FD，已知瞭望塔的經(jīng)緯度為(X，y)，海拔為H0， 攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)角為β，俯仰角為α，由圖5得
‘乂 (9 = ￡>0. sin = FC · sin = //C. tan α - sin 々=(HO - FD) -tana-sin/
BO = DO-cos β = FC -cos β = HC -Xana -cos β = (HO — FD) · tan α · cos ^ /1 NC 丄 J //F = *50
FD = HO-HC = HO-HF-cos β由高斯-克呂格投影平面直角坐標(biāo)反解地理坐標(biāo)的方法計(jì)算出A、B兩點(diǎn)的地理坐 標(biāo)，從而計(jì)算出火點(diǎn)F的經(jīng)緯度。2、定位算法為了加快運(yùn)算速度，可采用漸進(jìn)窮舉法與二分法結(jié)合的方法求解F點(diǎn)的坐標(biāo)。通 過旋轉(zhuǎn)角α可以確定火點(diǎn)的具體方位，通過俯仰角可以確定火點(diǎn)距云臺(tái)攝像機(jī)的距離。取 點(diǎn)OCFD構(gòu)成的平面如圖5所示。如果前端視頻監(jiān)控的攝像機(jī)的可視范圍是10公里。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，采用的定 位算法從坐標(biāo)原點(diǎn)(即瞭望臺(tái)在地面的投影)開始，每隔50米取射線HF上一點(diǎn)，用射線上 點(diǎn)的高度值減去該點(diǎn)對(duì)應(yīng)山坡上點(diǎn)的高程(可通過地理位置信息系統(tǒng)查詢而得)，直到前 后兩次差值之積小于0。當(dāng)前后兩次差值之積小于0時(shí)，采用二分法確定火點(diǎn)位置。攝像機(jī)角度的校正實(shí)際定位誤差除與上述定位算法有關(guān)外還與地圖測(cè)繪精度、數(shù)字云臺(tái)角度機(jī)械偏 差、實(shí)時(shí)氣象條件、地理坡度各異性等因素密切有關(guān)，特別是俯仰角的細(xì)微偏差對(duì)最終的定位結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響。為了減小單點(diǎn)定位的誤差，須對(duì)攝像機(jī)的俯仰角α和旋轉(zhuǎn)角β進(jìn)行校正。在單點(diǎn)定位數(shù)學(xué)模型中，當(dāng)α =90°，0° < β < 360°時(shí)攝像機(jī)要絕對(duì)水平， 當(dāng)β = 0°時(shí)攝像機(jī)要朝向正北方向。目前對(duì)攝像機(jī)俯仰角的校正多采用水平儀，然后對(duì)瞭望塔上的云臺(tái)支架進(jìn)行調(diào) 整，難度較大，成本較高；對(duì)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角的校正多采用指南針，受云臺(tái)電機(jī)中磁場(chǎng)干擾很 大。采用這兩種方法對(duì)攝像機(jī)角度的校正都存在很大誤差。本系統(tǒng)在不改變?cè)婆_(tái)支架等硬 件結(jié)構(gòu)的前提下，利用GPS和GIS對(duì)攝像機(jī)角度進(jìn)行校正，對(duì)角度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，節(jié)約施工 成本，效率高，提高了定位精度。1、俯仰角的校正在實(shí)際應(yīng)用中，攝像機(jī)和云臺(tái)的安裝很難達(dá)到理想水平位置。攝像機(jī)掃描一周所 確定的平面與水平面會(huì)有一個(gè)夾角，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的俯仰角與攝像機(jī)實(shí)際的俯仰角之間 存在一定偏差，而且該偏差隨著旋轉(zhuǎn)角的變化而變化。假設(shè)攝像機(jī)掃描一周所確定的平面與水平面之間的夾角為θ，監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的俯仰 角與攝像機(jī)實(shí)際的俯仰角之差為Y，已知攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)角為β，俯仰角校正的數(shù)學(xué)模型如 圖7所示由圖7可得
.TT HCAH =--
cos βAC = HC · tan βAB = AC · sin θ = HC · tan β · sin θ
. AB HC -tan β -sin0 . . /0\Smr = ^ = ~互"一 = Sm^'Sin^⑵
COS β式(2)中θ是一個(gè)未知的常數(shù)，可通過代入一個(gè)初始值計(jì)算出。假設(shè)一個(gè)目標(biāo)點(diǎn) P，使攝像機(jī)視窗中心線對(duì)準(zhǔn)P，監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的攝像機(jī)俯仰角為α ’，利用GPS測(cè)定P點(diǎn)的經(jīng) 緯度(X，y)，已知攝像機(jī)H點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，在GIS中計(jì)算出攝像機(jī)實(shí)際的俯仰角α，可 得θ = α ‘ -α (3)2、旋轉(zhuǎn)角的校正在地理信息系統(tǒng)中，在瞭望塔的正北方向選定一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)P，使攝像機(jī)視窗中心線 對(duì)準(zhǔn)P，此時(shí)攝像機(jī)實(shí)際的旋轉(zhuǎn)角應(yīng)該為零，監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角β’即為旋轉(zhuǎn)角的
誤差值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)以內(nèi)蒙古白狼林區(qū)三廣山為例。首先，測(cè)得三廣山瞭望塔的經(jīng)緯度(Xl，Y1)為 (120° 13' 15.30" ,46° 97' 19.97〃)，海拔為 1528. 58，塔高為 15 米。在攝像機(jī)的監(jiān) 測(cè)范圍內(nèi)選擇了 4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別進(jìn)行了放火試驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別出火點(diǎn)并進(jìn)行定位，定位 結(jié)果如圖8所示。當(dāng)α = 37.5°，β =72°時(shí)，海拔高度為H，射線上點(diǎn)高度與海拔高度之差為c， F1點(diǎn)防火試驗(yàn)點(diǎn)的計(jì)算過程如下(以N取值為50米為例舉例說明)[0093]第一次計(jì)算n = 1S1S3 = 1526. 986 ；HP1 = n*50 = 50 ；AO = 28. 93 ；OB = 9. 4 ；H = 1505. 834 ；c = 21. 152 ；d = c ；d*c > 0第二次計(jì)算n = 2S1S3 = 1525. 849 ；HP1 = n*50 = 100 ；AO = 57. 865;OB =18. 801;H = 1505. 433 ；c = 20. 416;d*c > 0 ；d = c ；......S1S3 = 1072. 774 ；AO = 87. 142 ；OB = 28. 314;H = 1072. 774;c = 0；d*c = 0再把火點(diǎn)距離瞭望塔的距離轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯度信息求出火點(diǎn)F1的經(jīng)緯度(可借助于 地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中相應(yīng)的計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算而得)。采用類似的方法可以算出火點(diǎn)F2, F3, F4的經(jīng)緯度信息。結(jié)果如表1 :表1系統(tǒng)自動(dòng)定位出的試驗(yàn)點(diǎn)經(jīng)緯度 再利用GPS實(shí)施測(cè)得放火試驗(yàn)點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)如表2所示表2 GPS測(cè)出的試驗(yàn)點(diǎn)經(jīng)緯度 比較系統(tǒng)自動(dòng)定位試驗(yàn)結(jié)果和GPS測(cè)得的放火試驗(yàn)點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)，考慮到GPS定 位誤差，系統(tǒng)自動(dòng)定位經(jīng)緯度誤差大概為8"，距離誤差大概為250米。這種差距相對(duì)于一個(gè)大林場(chǎng)而言，完全符合監(jiān)控要求。本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求一種集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)，其特征是它主要由監(jiān)控中心(1)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端(2)和移動(dòng)手持終端(3)組成，所述的監(jiān)控中心(1)主要由無線網(wǎng)橋(101)、電視墻(102)、3G模塊(103)和服務(wù)器(104)組成，所述的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端(2)主要由數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)(201)、視頻服務(wù)器(202)及無線網(wǎng)橋(203)組成，所述的移動(dòng)手持終端(3)主要由PDA(301)和3G模塊(302)組成，PDA(301)通過3G模塊(302)與監(jiān)控中心(1)中的3G模塊(103)雙向無線相連，3G模塊(103)與服務(wù)器(104)相連，服務(wù)器(104)與無線網(wǎng)橋(101)相連，無線網(wǎng)橋(101)與電視墻(102)相連的同時(shí)通過無線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端(2)的無線網(wǎng)橋(203)雙向連接，無線網(wǎng)橋(203)與視頻服務(wù)器(202)雙向連接，視頻服務(wù)器(202)與數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)(201)雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)，其特征是所述的 PDA (301)中集成有GPS導(dǎo)航儀(303)、語音設(shè)備(304)和CCD攝像頭(305)。
專利摘要一種集成化林火動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與精確定位系統(tǒng)，其特征是它主要由監(jiān)控中心(1)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端(2)和移動(dòng)手持終端(3)組成，所述的移動(dòng)手持終端(3)中的PDA(301)通過3G模塊(302)與監(jiān)控中心(1)中的3G模塊(103)雙向無線相連，3G模塊(103)與服務(wù)器(104)相連，服務(wù)器(104)與無線網(wǎng)橋(101)相連，無線網(wǎng)橋(101)與電視墻(102)相連的同時(shí)通過無線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控傳輸終端(2)的無線網(wǎng)橋(203)雙向連接，無線網(wǎng)橋(203)與視頻服務(wù)器(202)雙向連接，視頻服務(wù)器(202)與數(shù)字云臺(tái)攝像機(jī)(201)雙向連接。本實(shí)用新型自動(dòng)化水平高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)和控制并能對(duì)火點(diǎn)進(jìn)行快速定位。
文檔編號(hào)G01C11/36GK201623731SQ20102013443
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者叢靜華, 何瑞銀, 劉龍申, 張瑜, 李龍國, 汪東, 沈明霞, 許水燕 申請(qǐng)人:南京森林公安高等?？茖W(xué)校