红外热成像技术搭建边防边境监控系统之双光谱云台摄像机

1、设计背景

我国国土幅员辽阔，拥有着漫长的边境线，这些边防线的安全与否，它直接关系到我国的国土与国家安全。近年来，随着我国国家综合实力的迅速增强以及改革开放力度的进一步加大，我国边防线的安全形势更为严竣，国外的反华势力以及不法份子妄图通过突破我国的国土边防线，渗透进入国内危害我国的国家安全的事件时有发生；另外，边境地区的偷渡、走私、贩枪、贩毒以及抢劫等犯罪活动长期影响边境治安，也不同程度影响内地治安环境。

而新疆与蒙古国，俄罗斯，哈萨克斯坦，吉尔吉斯斯坦，塔吉克斯坦，阿富汗，巴基斯坦，印度等8个国家接受，边境线长达约5600公里，是中国交界邻国最多，边境线最长也是边防环境最复杂的省区。

边防监控是一项系统工程，涉及范围广，标准要求高，针对边境线的特点，实际地理环境复杂多样的特性。基于新疆边防的实际情况，我公司设计了此套基于红外热成像的监控平台方案，可完全解决昼夜以及恶劣天气造成的影响，真正实现全天24小时全天候无间断监控。

2、设计需求分析

（1）监控范围：

根据实际情况，系统需要实现全边境线无缝监控，多个监控点的监视范围需实现无缝对接，目前确定为300个点；单个监控摄像机监视距离需在3-5公里左右，并能够清晰识别人形；

（2）监控点：

监控点需能在恶劣天气环境下正常工作，并能够实现全天24小时日夜清晰监控；

（3）多级组网及存储：

系统需进行分级建设，并具有灵活的多级组网能力，不仅分控中心能监看调用视频图像及红外热像，上级的监控中心也能监看调用图像，同时网内的相关管理人员在授权情况下也能够随时调看图像。各个分控点及监控中心需对相应的图像进行存储，以防图像资料的丢失，并能够保留三个月。

（4）安全性：

考虑到监控的安全性，监控设备需有报警功能，对异常情况进行报警并能够上传至分控点及监控中心网络安全性应充分考虑，如系统权限的设置和认证，

（5）稳定性：

由于视频的实时组网传输，网络设备需选用成熟稳定完善的技术设备，并具有掉电重启等功能。考虑到设备安装在户外，需有防雷防雨防晒防尘等设施。

（6）可扩展性：

可支持系统结构的扩展和功能升级

（7）易维护性

整个系统要求安装方便，维护简易，前端哨所点可考虑使用网络化传输模式，监控摄像机使用IP型摄像机，可大大降低施工成本。

二、系统设计

1、概述

根据甲方的需求及实际情况，我们考虑系统设计为三级网络架构；

1.  在甲方的边防总队设置监控中心，以监控中心做为整个系统的网络中枢；

2.  在与边境接壤的边境县边防支队设立分控中心，为二级网络结点；

3.  在前端边防哨所设立为三级网络结点。

通过专用网络，边防的监控设备接入网络，建立一个整体的远程网络监控体系，实现统一的监控管理。由于边境线长，环境复杂恶劣，监控设备选用网络型红外热像仪+可见光双视场，以实现长距离全天候无昼夜监控。

2、系统组成

基于红外热成像的边防监控系统一般由中心监控管理系统、传输系统、红外热及可见光前端成像系统、供电系统、避雷系统等组成。

（1）中心监控管理系统

主要实现视频信号的图像显示、录像控制，远程控制、数据压缩处理、网络传输、系统控制管理。向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像，并提供向上级部门连网功能。

（2）传输系统

提供系统互联及信息交互的联网能力，监控系统的传输方式主要有电缆传输、光缆传输、无线微波传输等。一般来说，当摄像头的安装位置离监控中心较近时，多采用电缆传输方式，当摄像头的位置距离监控中心较远时，往往采用无线微波或光缆传输方式。考虑到各野外监控点的具体情况，可采用光缆或无线3G等传输方式。

（3）红外热成像系统

主要监控点建议使用网络型红外热成像仪，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。

红外热成像系统能从杂乱的背景和树丛之中识别目标，特别适用于边境线上复杂的环境下对人的监控识别。

（4）可见光成像系统

提供直观准确地现场情况，可见光成像系统为边防监控增加了远程视察的能力，在有情况发生时，可见光成像系统能为通过变焦放大对远距离物体景象监控，为监控中心提供直观的现场信息，以便及早做出有效的应对方案。

（5）供电系统

提供系统运行的基本电力保障及突发情况下的后备电力供应，在没有通达市电的监控点需采用太阳能供电设备，供电系统根据各野外监控点的具体情况，采用市电及太阳能供电方式满足常规使用及极端情况下的电力储备和供应避雷系统。

为系统提供安全保障由于设备安装在野外甚至高山上，设备的避雷与接地对系统的稳定运行是非常重要的，系统的所有设备都安装在避雷针的保护范围之内，接地电阻不大于10欧姆。

3、设计结构

系统设计由三部分构成：监控前端（哨所），分控中心（边防支队）和总监控中心（省边防总队）。

根据边防特点，我们考虑在边境线哨所设立监控点，在边防总队设总控中心，哨所与上级边防队之间采用光缆或无线3G等方式连接，监控中心能对指定区域进行实时监视、调看各个监控点的红外、可见光图像和录像资料。监控中心可自动或手动切换出各监控点该的图象。

系统在各监控点架设红外热成像仪和低照度长焦距可见光摄像机各两台，监视距离为3-5km,采用市电及太阳能给前端设备供电，配备室外全天候摄像机专用防护罩，监控前端的任务就是负责各个哨所所辖区域视频信号采集和控制实现，包含的其它设备还有：网络中转设备，太阳能供电设备；避雷设备等。

分控中心主要由各类服务器、工作站、存储设备、电视墙及软件平台组成。主要负责管理所辖前端各个哨所，相应权限由监控中心的管理服务器统一分配。

总控中心由监控工作站、矩阵控制主机、电视墙、存储设备等设备组成，监控工作站的图像数据接入分局网络，网内经授权的任何一台计算机均能监控各监控点的信息，系统采用模块化结构，具有良好的可扩充性，可随时增加撤减监控点。总控中心具有用户管理、数据配置、数据转发、设备运行状态、告警、事件、日志纪录、实时热像、图像监控、报警、控制功能、录像管理。通过权限控制的方式可实现无级监控。

三、方案技术优势

1、红外监控摄像机特点

（1）天气及昼夜影响：

由于边防监控的特殊性，摄像机处于野外，而且边境线上天气情况通常比较恶劣，故要求摄像机在雨雪雾等极端天气下仍能正常工作，也不影响图像质量；同时监控必须为全天24小时不间断工作，即在夜晚微光甚至无光的情况下，也能清晰有效的识别物体。根据此需求，红外热成像仪为最佳选择，它可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。正是由于这个特点，红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。

（2）识别率高

由于边防的特殊性，偷渡或犯罪分子通常隐蔽在草丛及树林中，野外环境的恶劣及人的视觉错觉，如单一使用可见光监控，在这些复杂的环境条件下，非常容易产生漏判、误判的现像。红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，不易伪装，也不容易产生错误判断。

红外热成像系统能从杂乱的背景和树丛之中识别目标，并且还能透过灰尘、云层、烟、烟雾、薄雾、小雨看清目标，提供详细的环境信息。具监视的效率高于原来人工的巡查监视方式，可大大减少了以往人工巡查监视方式造成的漏查、误查和失查的现象。

（3）监控距离远

根据实际需求，单个摄像机监控距离需达到3-5公里，普通可见光摄像机无法达到如此远的距离，而红外热成像仪通过配备适合的镜头，可以满足此要求。系统根据设计要求，可考虑采用150mm以上定焦镜头。

（4）功耗低

考虑到野外配电的不稳定性，太阳能供电又受天气影响较大，监控设备需尽量选用功耗低的红外热成像仪，以降低断电故障发生率。

（5）易于安装维护

考虑到安装和施工成本，前端监视使用网络型IP化红外热成像仪，会大大降低施工成本，同时减少中间设备也有利于降低出错风险，易于维护和调试。

2、可见光监控摄像机选型

由于监控环境为边境线，日夜光线变化很大，要求摄像机具有彩色/黑白自动转换功能，在白天摄取的图像为彩色的，当光线很弱的时候自动转换成黑白模式。

要使摄像头能够监测的范围够大，除了需要选择合适的安装地点（无遮挡）和天气良好（无雾）外，另外就是要选择大变焦的镜头。

3、太阳能设备选择

在没有通达市电的监控点需采用太阳能供电设备，包括：太阳能光电池、控制器、蓄电池和逆变器。

光电池需要考虑的是光电板的面积（根据各个设备需要的总功率、光电池的特性及各个设备的效率进行计算）。

蓄电池的容量一般可以根据在阴天情况下保证系统正常3天的容量即可。由于蓄电池的工作时断时续、而且很多时候是边充边放的状态，对蓄电池的性能提出了很高的要求，应该选用性能较好的产品，才能保证系统能长时间可靠工作。

4、设备安全性及避雷

由于系统安装在野外，设备无人值守。在设备安装时除了需考虑设备安装在较高的安装上（需要通过专用梯才能进行维护）外，还需要尽量考虑各个监控点之间互相可见（进行互相监控）。

另外，各个前端设备安装在野外，而且安装在较高处（保证可视范围需要），发生雷击的可能性很大，需要考虑全面的防雷措施，第一是在安装杆的高处需要安装避雷针，以防直击雷的破坏，各个关键设备需要安装避雷器以浪涌对设备的损坏，接地良好是保证设备安全的关键。

四、系统主要功能

1、监视功能

实时显示红外热成像设备的图像和可见光图像。

大屏幕电视墙模拟监视前端图像。

自动或手动实现任意红外热成像仪、摄像头，摄像头预置位画面的快速切换

和调用。

实时或时序轮换的进行多画面监视。

2、控制报警功能

能对所接入的、红外热成像仪、摄像头方位进行控制。

能提供给监控中心各监控点画面丢失，恶意遮挡镜头，移动侦测等报警信息。

远程报警信息接收处理及系统日志查看。

3、录放像功能

多路实时录像及回放，能记录如偷渡等案情发生的整个过程，为提供真实有效的直观资料。

仅需在电脑上输入相应的搜索线索（时间、地点、事件、通道号）即可迅速检索出所需图像画面。

4、网络功能

远程实时显示红外热成像设备的图像和可见光图像。

远程实时红外热成像仪、摄像头方位。

远程实时接收各监控点画面丢失，恶意遮挡镜头，移动侦测等报警信息

远程查询及回放前端历史图像以及保存的预警录像。

远程录像文件下载。

支持流协议（RTP/RTC、PRTSP），可通过IE浏览器直接访问控制。

网络中断自动检测恢复。

支持多种智能手机浏览。

支持网络组播IPMulticast）。

网络故障报警。

5、系统管理功能

多级用户管理，一般用户只能观看授权的红外热成像仪、摄像头及录像。

对网络用户进行授权申请验证、等级管理、登记，提供WE眼务。

对录像数据、报警信息、运行状态、用户访问情况等实现数据库管理。

用户权限设置及控制权协商。

完善的日志管理。

多层电子地图，电子地图上显示多种信息。