基于5G视频监控森林防火的监控系统和监控方法与流程

基于5g视频监控森林防火的监控系统和监控方法
技术领域
1.本发明属于森林防火监控系统技术领域，具体涉及基于5g视频监控森林防火的监控系统和监控方法。


背景技术：

2.森林防火是世界性的林业重要灾害之一，每年都有森林火灾的发生，每次都会造成重大的经济损失，甚至造成人员伤亡。而且还会造成当地一定的环境污染。国家林业相关部门对森林防火监控系统越来越重视，投入大量的人力物力做好预防森林防火。森林火灾具有突发性、随机性、短时间内过火面积蔓延迅速，如果不能及时发现并采取有效的灭火措施，必将会造成巨大的经济损失。
3.目前，对于视频监控的设计主要为铺设线缆、使用无线网桥或者3g、4g视频服务器。但上述的两种传输方式，铺设线缆耗费成本高，高清视频传输以720p为主，而3g、4g网络无法满足更高的视频的传输需求，即无法实时传送高清图像。
4.因此，针对上述技术问题，有必要提供基于5g视频监控森林防火监控系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于5g视频监控森林防火的监控系统和监控方法，以解决上述的问题。
6.为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
7.基于5g视频监控森林防火的监控系统，包括：
8.前端视频采集系统，包括前端视频采集装置，所述前端视频采集装置包括5g摄像机、太阳能发电板和总控制柜；
9.前端灭火装置，包括灭火箱，所述灭火箱通过第二连接线与总控制柜连接；
10.监控中心，所述监控中心包括智能分析和人工智能识别系统、数字模型系统；
11.5g通讯网络，所述5g摄像机通过5g通讯网络能够实时传输高清图像和摄像参数至监控中心；
12.智能分析和人工智能识别系统，可根据5g摄像机传输的高清图像和摄像参数，可以智能分析和人工智能初次识别出烟火、火苗以及烟雾图像；
13.数字模型系统，当智能分析和人工智能识别初次系统识别出烟火、火苗以及烟雾图像时，数字模型系统中的数字模型算法能够计算出捕捉近距离火情的摄像机焦距、水平角度、俯仰角度区间范围；
14.5g摄像机调节系统，所述5g摄像机能够接收数字模型算法计算出的结果，然后自动调焦和调节角度，将捕捉到的近距离火情的高清图像和当前摄像参数回传给监控中心，监控中心再次根据提供的图像和摄像参数通过智能分析和人工智能识别系统再次确认烟火/火苗/烟雾；
15.报警模块，初次识别或明确识别烟火、火苗以及烟雾时，可及时发送报警。
16.作为本发明的进一步改进，所述摄像参数包括5g摄像机所处的位置、5g摄像机的焦距、水平角、仰视角。
17.作为本发明的进一步改进，所述5g摄像机上固定连接有挡板。
18.作为本发明的进一步改进，所述摄像机底座的下端固定连接有支撑柱，所述支撑柱的下端固定连接有固定底座，所述支撑柱与太阳能发电板之间固定连接有支撑杆。
19.作为本发明的进一步改进，所述支撑柱上固定连接有总控制柜。
20.作为本发明的进一步改进，所述灭火箱内放置有无人机，所述无人机的底部设置有第一限位板和第二限位板。
21.作为本发明的进一步改进，所述无人机内放置有若干个灭火球，所述灭火球内填充有灭火粉末。
22.作为本发明的进一步改进，所述灭火箱内固定连接有蓄电池，所述蓄电池上固定连接有第三连接线。
23.作为本发明的进一步改进，所述灭火箱上滑动连接有防护板。
24.作为本发明的进一步改进，所述灭火箱的底部固定连接有一对电机，所述电机上转动连接有螺纹杆，所述防护板内开设有与螺纹杆相匹配的螺纹孔。
25.本发明还提出了一种基于5g视频监控森林防火的监控方法，包括：
26.s1:根据初次识别火情时摄像机的参数信息，计算出摄像机拍摄的视场宽和高；
27.s2:根据摄像机的焦距值、成像器件靶面成像宽度、靶面高度以及所述视场宽和高，计算出镜头到被摄物体的距离；
28.s3：根据视场宽和高、图像成像宽和高以及镜头到被摄物体的距离，按比例计算出镜头到火情的距离，以及需要监控到的视场宽和高；
29.s4：根据焦距、视场宽和高、镜头到火情的距离，计算出拍摄火情适合的焦距值；
30.s5：根据火情适合的焦距值、摄像头塔距离地面高度、摄像机参数值信息,计算出捕获火情的水平角度区间和俯仰角的区间范围；
31.s6：将监控中心算出的火情焦距值、水平角度区间值以及俯仰角度区间值传递给摄像机，摄像机自动调整焦距值和巡航角度；
32.s7：摄像机根据监控中心设置的值进行拍摄图像，并把拍摄的图像以及摄像机拍摄参数回传给监控中心，监控中心根据回传的近景高清图像进行视频智能分析火情。
33.作为本发明的进一步改进，所述监控中心接收到摄像机拍摄的图像及拍摄参数信息后，对接收的图像通过智能分析和人工智能算法，对初步识别为烟火、火苗或烟雾的图像，根据数字模型算法计算出捕捉近距火情的摄像机拍摄参数信息，发送给摄像机以进一步上传高清图像和拍摄参数信息。
34.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
35.本发明能够通过5g技术，实现毫秒级别传送高清图像，结合监控中心的图像智能识别和人工智能算法，快速识别出烟火/火苗/烟雾，发出警报，为灭火赢得宝贵时间。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火监控系统的视频监控方法的流程图；
38.图2为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火监控系统的确认火情流程图；
39.图3为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火监控系统的前端视频采集装置和灭火装置结构示意图；
40.图4为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火的监控系统的灭火装置爆炸图；
41.图5为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火的监控系统的无人机的底部结构示意图；
42.图6为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火的监控系统的前端视频采集装置和灭火装置的正视结构示意图；
43.图7为本发明一实施例中基于5g视频监控森林防火的监控系统的灭火球的剖面图。
44.图中：1.支撑柱、2.5g摄像机、201.挡板、3.摄像机底座、4.太阳能发电板、401.支撑杆、5.总控制柜、501.第一连接线、502.第二连接线、6.固定底座、7.灭火箱、8.防护板、801.螺纹孔、9.无人机、10.蓄电池、11.第三连接线、12.电机、13.螺纹杆、14.第四连接线、15.第五连接线、16.第一限位板、17.第二限位板、18.灭火球、19.灭火粉末。
具体实施方式
45.以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
46.本发明一实施例公开的基于5g视频监控森林防火的监控系统，参图1～图7所示，包括前端视频采集系统，前端视频采集系统包括前端视频采集装置和前端灭火装置。
47.具体的，前端视频采集装置包括5g摄像机2、太阳能发电板4和总控制柜5，5g摄像机2的下端固定连接有摄像机底座3，摄像机底座3能够对5g摄像机2起到支撑固定作用，5g摄像机2能够以摄像机底座3为轴心转动，即5g摄像机2能够360度旋转，能够无死角的对附近的情况进行监控，同时5g摄像机2能够自动调焦、自动聚焦，5g摄像机2上固定连接有挡板201，即通过挡板201能够对5g摄像机2进行遮挡，下雨时不易使雨水落在5g摄像机2上，从而导致5g摄像机2拍摄的画面模糊，从而影响后续的对画面和图形的分析。
48.摄像机底座3的下端固定连接有支撑柱1，支撑柱1与太阳能发电板4之间固定连接有支撑杆401，具体的，支撑柱1具有一定的长度，即通过支撑柱1能够使5g摄像机2位于高空中，从而使5g摄像机2拍摄的画面更加全面，支撑柱1的长度可根据现场的树木高度改变，支撑柱1的下端固定连接有固定底座6，固定底座6上开设有若干个固定孔，通过固定便于将支撑柱1牢固的固定在地面上，通过太阳能发电板4能够进行发电，支撑杆401能够起到对太阳能发电板4的支撑作用，野外环境下不易铺设电缆，通过太阳能发电板4的发电在不铺设电缆的情况下依然能够为前端视频采集系统中的各个用电装置进行供电，减少了资源的投
入。
49.支撑柱1上固定连接有总控制柜5，总控制柜5内固定连接有与太阳能发电板4相匹配的电池，总控制柜5内设置有存贮记忆模块，存贮记忆模块能够存贮5g摄像机2拍摄到的图形和画面，便于现场的护林人员进行查阅，电池与太阳能发电板4之间固定连接有第一连接线501，第一连接线501穿过支撑柱1、支撑杆401与太阳能发电板4连接，即通过太阳能发电板4产生的电量能够储存在电池内。
50.参图1～图2所示，前端视频采集系统采用的是5g通讯网络，即通讯设施采用5g通讯技术，无线视频监控更易于部署，在网络能力上，5g网络的大带宽能力为4k/8k高清视频提供基本条件，让高清视频实现实时传输。
51.5g摄像机2拍摄的亮清图像、以及当前摄像机的位置(水平角、俯仰角)等实时传输到监控中心，监控中心能够接收图像以及摄像机的水平角以及俯仰角度等信息。
52.监控中心中的智能分析和人工智能识别系统，可根据接收图像以及摄像机的水平角以及俯仰角度等信息，可以智能分析和人工智能初次识别出烟火、火苗以及烟雾图像，并在监控中心大屏报警、推送信息给相关负责人员以及保存摄像机报警时参数以及图像信息，方便后续随时调看监控。
53.数字模型系统可根据5g摄像机2提供的高清图像、摄像参数(焦距、水平角、仰视角)，通过数字模型算法计算出捕捉近距离火情的摄像机焦距、水平角度、俯仰角度区间范围。
54.数字模型将计算出的结果传递给5g摄像机，5g摄像机通过5g摄像机调节系统机能够自动调焦和角度，将捕捉到的高清图像和当前摄像机的参数回传给监控中心，监控中心再次根据提供的图像智能分析和人工智能算法再次确认烟火/火苗/烟雾，同时监控中心大屏发出紧急报警、推送当前火情数据给相关人员、并补充报警的近距离捕捉到图像时摄像头参数等，达到降低报警误报率以及为提供后续精准、快速的调用监控查看现场。
55.具体的步骤为：
56.第一步:根据初次识别火情时摄像机的参数信息(水平角a、俯仰角b、焦距值f)，计算出摄像机拍摄的视场宽w和视场高h；
57.水平角、俯仰角、焦距和视场大小的关系如下：
58.水平视场角：a＝w/2f4
59.垂直视场角：b＝h/2f
60.第二步:根据摄像机的焦距值f、成像器件靶面成像宽度w、靶面高度h以及第一步的视场宽w和视场高h，计算出镜头到被摄物体的距离l。
61.镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：
62.焦距：fwl/w％
63.焦距：fihl/h
64.第三步：根据视场宽和高、图像成像宽和高以及第二步得出的镜头到被摄物体的距离，根据比例值计算出镜头到火情的l、以及需要监控到的视场宽和高。
65.第四步：在根据焦距、视场宽高、镜头到火情的距离，计算出拍摄火情适合的焦距值。
66.第五步：火情适合的焦距值、摄像头塔距离地面高度、摄像机参数值等信息,计算
出捕获火情的水平角度区间和俯仰角的区间范围。
67.第六步：把监控中心算出的火情焦距值、水平角度区间值以及俯仰角度区间值传递给摄像机，摄像机自动调整焦距值和巡航角度。
68.第七步：摄像机根据监控中心设置的值进行拍摄图像，并把拍摄的图像以及当时摄像机拍摄参数回传给监控中心，监控中心把回传的近景高清图片视频智能分析，若发现火情图片，则保存好火情近景图片和摄像机拍摄时参数信息。
69.具体的，在自动调整摄像头的焦距、水平角度、俯仰角度进行确认火源后，若高清摄像头根据数字模型提供的数据没有定位到火源，高空摄像头继续按照原有设置的参数继续巡航。
70.参见图3～图7所示，前端灭火装置包括灭火箱7，灭火箱7内放置有无人机9，无人机9的底部设置有第一限位板16和第二限位板17，无人机9内放置有若干个灭火球18，灭火球18内填充有灭火粉末19。
71.无人机9的底部设置有存贮间，存贮间内存贮有若干个灭火球18，无人机9内设置有电动驱动装置，即通过电动驱动装置能够使第一限位板16和第二限位板17移动，从而打开存贮间，即灭火球18从存贮间掉出，监控中心设置有与电动驱动装置相匹配的远程控制模块，即通过远程控制模块能够控制第一限位板16和第二限位板17的开启和关闭，无人机9上设置有摄像头，即无人机9在空中飞行时，能够将无人机9附近的画面传输到监控中心。
72.具体的，当监控中心再次根据摄像机提供的图像智能分析和人工智能算法再次确认烟火/火苗/烟雾时，监控中心可通过远程遥控无人机9从灭火箱7内飞出，将无人机9遥控到发生火源处的上方，然后监控中心通过远程控制模块控制电动驱动装置，使第一限位板16和第二限位板17缓慢打开，即位于存贮间的灭火球18掉落在火源处，灭火球18内填充有灭火粉末19，灭火球18在遇到高温时会爆炸，即灭火球18内的灭火粉末19会爆开，达到灭火效果，即能够在发现烟火/火苗/烟雾时，第一时间将火源扑灭。
73.参见图4、图6所示，灭火箱7内固定连接有蓄电池10，蓄电池10上固定连接有第三连接线11，第三连接线11通过第二连接线502与总控制柜5内的电池相连接，即通过电池能够为蓄电池10进行供电，同时蓄电池10内设置有送电线圈，无人机9内设置有与送电线圈相匹配的受电线圈，即通过蓄电池10能够为无人机9进行无线供电，保证无人机9的正常使用。
74.参见图3、图4所示，灭火箱7上滑动连接有防护板8，灭火箱7的底部固定连接有一对电机12，电机12上转动连接有螺纹杆13，防护板8内开设有与螺纹杆13相匹配的螺纹孔801。
75.具体的，电机12上转动连接有螺纹杆13，即通过电机12能够控制防护板8的上下移动，即能够对灭火箱7内的设备实行防护，电机12内设置与远程控制模块相匹配的控制元件，即通过远程控制模块能够控制电机12的开启和关闭，当需要使用无人机9时，可控制电机12使防护板8向上移动从而使无人机9能够从灭火箱7内飞出，电机12通过第四连接线14和第五连接线15与蓄电池10相连接，即蓄电池10能够为电机12供电，使电机12能够正常使用。
76.使用时，参图1～图7所示，通过应用5g技术使5g摄像机2实时传送高清图像，监控中心根据提供的高清图像以及摄像头信息，图像智能分析结合人工智能算法初次识别出烟火、火苗和烟雾，发出疑似火情预警；再根据数字模型算法，利用摄像头的自动可持续调焦
功能以及图像智能分析确认为烟火、火苗和烟雾，提高识别率。
77.由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
78.本发明能够通过5g技术，实现毫秒级别传送高清图像，结合监控中心的图像智能识别和人工智能算法，快速识别出烟火/火苗/烟雾，发出警报，为灭火赢得宝贵时间。
79.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
80.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，包括前端视频采集系统，包括前端视频采集装置，所述前端视频采集装置包括5g摄像机、太阳能发电板和总控制柜；前端灭火装置，包括灭火箱，所述灭火箱通过第二连接线与总控制柜连接；监控中心，所述监控中心包括智能分析和人工智能识别系统、数字模型系统；5g通讯网络，所述5g摄像机通过5g通讯网络能够实时传输高清图像和摄像参数至监控中心；智能分析和人工智能识别系统，可根据5g摄像机传输的高清图像和摄像参数，可以智能分析和人工智能初次识别出烟火、火苗以及烟雾图像；数字模型系统，当智能分析和人工智能识别初次系统识别出烟火、火苗以及烟雾图像时，数字模型系统中的数字模型算法能够计算出捕捉近距离火情的摄像机焦距、水平角度、俯仰角度区间范围；5g摄像机调节系统，所述5g摄像机能够接收数字模型算法计算出的结果，然后自动调焦和调节角度，将捕捉到的近距离火情的高清图像和当前摄像参数回传给监控中心，监控中心再次根据提供的图像和摄像参数，通过智能分析和人工智能识别系统再次确认烟火/火苗/烟雾；报警模块，初次识别或明确识别烟火、火苗以及烟雾时，可及时发送报警。2.根据权利要求1所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述摄像参数包括5g摄像机所处的位置、5g摄像机的焦距、水平角、仰视角，所述5g摄像机上固定连接有挡板。3.根据权利要求2所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述摄像机底座的下端固定连接有支撑柱，所述支撑柱的下端固定连接有固定底座，所述支撑柱与太阳能发电板之间固定连接有支撑杆。4.根据权利要求3所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述支撑柱上固定连接有总控制柜。5.根据权利要求1所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述灭火箱内放置有无人机，所述无人机的底部设置有第一限位板和第二限位板。6.根据权利要求6所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述无人机内放置有若干个灭火球，所述灭火球内填充有灭火粉末。7.根据权利要求1所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述灭火箱内固定连接有蓄电池，所述蓄电池上固定连接有第三连接线。8.根据权利要求1所述的基于5g视频监控森林防火的监控系统，其特征在于，所述灭火箱上滑动连接有防护板，所述灭火箱的底部固定连接有一对电机，所述电机上转动连接有螺纹杆，所述防护板内开设有与螺纹杆相匹配的螺纹孔。9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的基于5g视频监控森林防火监控系统的监控方法，其特征在于，包括：s1:根据初次识别火情时摄像机的参数信息，计算出摄像机拍摄的视场宽和高；s2:根据摄像机的焦距值、成像器件靶面成像宽度、靶面高度以及所述视场宽和高，计算出镜头到被摄物体的距离；
s3：根据视场宽和高、图像成像宽和高以及镜头到被摄物体的距离，按比例计算出镜头到火情的距离，以及需要监控到的视场宽和高；s4：根据焦距、视场宽和高、镜头到火情的距离，计算出拍摄火情适合的焦距值；s5：根据火情适合的焦距值、摄像头塔距离地面高度、摄像机参数值信息,计算出捕获火情的水平角度区间和俯仰角的区间范围；s6：将监控中心算出的火情焦距值、水平角度区间值以及俯仰角度区间值传递给摄像机，摄像机自动调整焦距值和巡航角度；s7：摄像机根据监控中心设置的值进行拍摄图像，并把拍摄的图像以及摄像机拍摄参数回传给监控中心，监控中心根据回传的近景高清图像进行视频智能分析火情。10.一种根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，还包括：监控中心接收到摄像机拍摄的图像及拍摄参数信息后，对接收的图像通过智能分析和人工智能算法，对初步识别为烟火、火苗或烟雾的图像，根据数字模型算法计算出捕捉近距火情的摄像机拍摄参数信息，发送给摄像机以进一步上传高清图像和拍摄参数信息。

技术总结
本发明揭示了一种基于5G视频监控森林防火的监控系统和监控方法，属于森林防火监控系统技术领域，系统包括前端视频采集系统、前端灭火装置、监控中心、5G通讯网络、智能分析和人工智能识别系统、数字模型系统、5G摄像机调节系统和报警模块，所述前端视频采集装置包括5G摄像机、太阳能发电板和总控制柜，所述前端灭火装置包括灭火箱，所述灭火箱通过第二连接线与总控制柜连接，所述5G摄像机通过5G通讯网络能够实时传输高清图像和摄像参数至监控中心。本发明能够实现毫秒级别传送高清图像，结合监控中心的图像智能识别和人工智能算法，快速识别出烟火/火苗/烟雾，发出警报，为灭火赢得宝贵时间。贵时间。贵时间。


技术研发人员：吴乐刚 刘晓春 肖培
受保护的技术使用者：上海七弦智能科技有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/5/24