一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统与预警方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统与预警方法，其包括检测装置、采集装置、交互装置、反馈装置和处理器，检测装置用于对现场的数据进行采集；采集装置用于接收气象卫星的图像，并对气象卫星的数据进行位置布局的监控；交互装置用于对现场进行数据的交互；反馈装置基于采集装置、交互装置和检测装置的数据进行反馈，并触发预警操作。本发明专利技术通过移动平台携带检测机构对火场进行检测，使得火场风向的变化能够对火势的蔓延的势头或延伸的方向进行监控，还建立在特定场景下的最佳阈值与结构相似度的关系模型，并采集检测位置的其他物理量对火势蔓延的路径或者趋势进行分析，提升整个系统对火场位置的精准的监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统与预警方法
本专利技术涉及火灾预报及救援
，尤其涉及一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统与预警方法。
技术介绍
每年发生森林、草原火灾有几千次，燃烧面积达几十万公顷，给畜牧业生产、人民生活及生态系统带来巨大的损失。在森林和草原防火中，建立和完善一套适合的监测预警机制，才能有效防患于未然，减少火灾发生次数，降低火灾造成的经济损失。如CN101719298B现有技术公开了一种森林草原火灾遥感监测预警方法，目前，在森林草原火灾预警方面，应用较为广泛的方法是利用气象观测数据构建火灾危险性指数和分级，用于知道森林草原防火工作。虽然气象观测数据的获取具有时间连续性，同时也可反映出火环境条件间接地评估可燃物状态，但是来自气象站点的气象观测数据在地理空间，尤其大范围、复杂地形空间(如森林草原生态系统)内的表现能力，受到了很大的限制，必须依赖于地理信息系统的空间插值分析，来完成信息的空间表现。同时，通过各个环境检测模块的选址较为固定，且为了便于站点设备的维护，上述选址一般是人类活动较为频繁或者是人类足迹较为容易便可到达的位置，在统计学上存在样本偏差，会对监测的准备度产生影响；其次，上述定点监测的模式，也在一定程度上局限了监测的准确度，在森林或草原中，由于人类活动的范围是在不断变化的，如新开辟的林间小道、新架设的输电线路等，都需要将监测点的位置加以调整，显然，上述定点监测的方式效果不佳。为了解决本领域普遍存在检测范围小、检测强度高、预警手段缺乏和监控的实时性差等等问题，作出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前对草原火灾预警或者预测所存在的不足，提出了一种基于静止气象卫星的草原火实时监控与预警方法。为了克服现有技术的不足，本专利技术采用如下技术方案：一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统，包括检测装置、采集装置、交互装置、反馈装置和处理器，所述检测装置用于对现场的数据进行采集；所述采集装置用于接收气象卫星的图像，并对所述气象卫星的数据进行位置布局的监控；所述交互装置用于对现场进行数据的交互；所述反馈装置基于所述采集装置、所述交互装置和所述检测装置的数据进行反馈，并触发预警操作；所述检测装置包括移动平台、检测机构和通信机构，所述移动平台用于对现场进行数据的采集；所述检测机构用于对待检测环境中的数据进行采集；所述通信机构用于把检测机构采集的数据与处理器进行通信传输；所述检测机构包括检测杆、检测探头、风力检测件、调整构件、以及容纳各个所述检测件的容纳腔；所述容纳腔设置在所述检测杆的杆体上，所述调整构件对各个所述容纳腔的朝向进行调整；所述检测探头和所述风力检测件均设置在各个容纳腔中；所述风力检测件用于对各个方向的风向进行检测，用于对火势的蔓延方向进行数据的采集；所述检测探头用于对风量进行采集；所述采集装置包括采集机构和数据调理模块，所述数据调理模块用于对所述气象卫星的数据进行调理；所述采集机构用于对现场的气象数据进行采集；所述采集机构包括分析模块，所述分析模块用于对所述气象卫星或检测装置的图像数据进行分析；所述分析模块还被构造为对图像数据的异常位置进行检测，在两个相同的位置输入标准的信号标准图像块M和待检测图像块N，若存在：（1）其中，、为标准图像与测试图像的亮度均值，、为标准图像与测试图像的对比度方差，为标准图像与测试图像的协方差；、和均为辅助参数，取值均为正整数，基于标准差的规范信号，得到两路信号的标准差并进行比较；结合公式（1）的限定条件，存在：其中，为图像的矫正阶调值；Light(M,N)为图像亮度相似函数、Gent(M,N)为图像对比度相似函数、STR(M,N)为图像结构相似函数、Similar(M,N)为图像相似函数。可选的，所述交互装置包括交互机构，所述交互机构对各个检测位置的检测位置进行交互；所述交互机构包括传输模块和数据库，所述传输模块用于对所述检测装置的数据与数据库进行传输，建立稳定的数据传输链路；所述数据库分别连接所述采集装置、所述反馈装置和静态气象卫星，并对所述采集装置、所述反馈装置和静态气象卫星的数据进行存储。可选的，所述反馈装置包括反馈机构和预警机构，所述反馈机构用于对所述采集装置、所述交互装置和所述检测装置的数据进行反馈；所述预警机构基于所述采集装置的数据进行预警信号的触发。可选的，对所述气象卫星的图像进行阈值分割，用于区分背景和火势蔓延区域；把图像视为具有多种不同灰度级的区域组合，并选合适的阈值进行分割；在对图像进行分割的过程中，若超过设定的限制阈值，则对其置零，其他值设置为MAXval；其中，j*k为图像的大小，u，v为图像的梯度。可选的，根据其数据集，采用高斯逼近拟合类型进行数据集的拟合，并建立在特定场景下的最佳阈值与结构相似度的关系模型，拟合公式为：其中，i=1,2,3，…，D；x∈M或x∈N。另外，本专利技术还提供一种基于静止气象卫星的草原火实时预警方法，所述预警方法包括：通过对气象卫星以及检测装置的数据对火势的蔓延范围进行界定，基于界定的范围进行隔离带的建立；所述隔离带与火线的安全距离低于设定的最低阈值，触发预警信号。可选的，所述预警方法还包括基于检测装置和所述气象卫星的图像数据建立过火模型，并通过火灾模型生成一个数值化的火灾危险性指数；所述火灾危险性指数包括可燃物状态、可燃环境和可燃危险性状态。可选的，所述过火模型包括火势的纵向移动距离和横向移动距离，所述纵向距离的移动函数为：其中，为火场边界的拟合公式；为火势的纵向移动距离；表示气象卫星的检测图像在垂直方向上单位像素所表示的实际物理距离值，Xmin为历史着火最小距离；所述横向移动距离移动函数为：其中，为火场边界的拟合公式；为火势的横向移动距离；表示水平方向上单位像素所表示的实际物理距离值。可选的，利用横纵向距离判断过火模型的权重确定预警等级。本专利技术所取得的有益效果是：1.通过采用所述反馈装置与所述检测装置、所述采集装置、所述交互装置相互配合，使得整个数据或信号能够进行反馈的操作，增强整个系统的对火场的实时检测并能够实时精准的预警；2.通过采用所述采集装置还接收静止卫星的监控图像，并在卫星图像的基础之上对所述卫星图像进行分析和研判；3.通过采用所述移动平台逼近火场，并获得火场之中的风向和风速等数据，使得对所述气象卫星图像进行辅助支撑，提升对火场数据的进准识别；4.通过采用移动平台携带所述检测机构和所述通信机构对火场的范围进行检测，使得所述火场位置能够进行精准的检测，使得火场风向的变化能够对火势的蔓延的势头或延伸的方向进行监控；5.通过采用对标准图像块与待检测图像块之间的差异值，使得对火灾发生的位置能够被精准的识别出来；同时，静止的气象卫星的采集的图像数据还存在云层的干扰等情况的出现，使得实时的现场的图像不会存在较大的差异，确保对火场检测的精准；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统，其特征在于，包括检测装置、采集装置、交互装置、反馈装置和处理器，所述检测装置用于对现场的数据进行采集；所述采集装置用于接收气象卫星的图像，并对所述气象卫星的数据进行位置布局的监控；所述交互装置用于对现场进行数据的交互；所述反馈装置基于所述采集装置、所述交互装置和所述检测装置的数据进行反馈，并触发预警操作；所述检测装置包括移动平台、检测机构和通信机构，所述移动平台用于对现场进行数据的采集；所述检测机构用于对待检测环境中的数据进行采集；所述通信机构用于把检测机构采集的数据与处理器进行通信传输；所述检测机构包括检测杆、检测探头、风力检测件、调整构件、以及容纳各个所述检测件的容纳腔；所述容纳腔设置在所述检测杆的杆体上，所述调整构件对各个所述容纳腔的朝向进行调整；所述检测探头和所述风力检测件均设置在各个容纳腔中；所述风力检测件用于对各个方向的风向进行检测，用于对火势的蔓延方向进行数据的采集；所述检测探头用于对风量进行采集；所述采集装置包括采集机构和数据调理模块，所述数据调理模块用于对所述气象卫星的数据进行调理；所述采集机构用于对现场的气象数据进行采集；所述采集机构包括分析模块，所述分析模块用于对所述气象卫星或检测装置的图像数据进行分析；所述分析模块还被构造为对图像数据的异常位置进行检测，在两个相同的位置输入标准的信号标准图像块M和待检测图像块N，若存在：/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统，其特征在于，包括检测装置、采集装置、交互装置、反馈装置和处理器，所述检测装置用于对现场的数据进行采集；所述采集装置用于接收气象卫星的图像，并对所述气象卫星的数据进行位置布局的监控；所述交互装置用于对现场进行数据的交互；所述反馈装置基于所述采集装置、所述交互装置和所述检测装置的数据进行反馈，并触发预警操作；所述检测装置包括移动平台、检测机构和通信机构，所述移动平台用于对现场进行数据的采集；所述检测机构用于对待检测环境中的数据进行采集；所述通信机构用于把检测机构采集的数据与处理器进行通信传输；所述检测机构包括检测杆、检测探头、风力检测件、调整构件、以及容纳各个所述检测件的容纳腔；所述容纳腔设置在所述检测杆的杆体上，所述调整构件对各个所述容纳腔的朝向进行调整；所述检测探头和所述风力检测件均设置在各个容纳腔中；所述风力检测件用于对各个方向的风向进行检测，用于对火势的蔓延方向进行数据的采集；所述检测探头用于对风量进行采集；所述采集装置包括采集机构和数据调理模块，所述数据调理模块用于对所述气象卫星的数据进行调理；所述采集机构用于对现场的气象数据进行采集；所述采集机构包括分析模块，所述分析模块用于对所述气象卫星或检测装置的图像数据进行分析；所述分析模块还被构造为对图像数据的异常位置进行检测，在两个相同的位置输入标准的信号标准图像块M和待检测图像块N，若存在：

（1）
其中，、为标准图像与测试图像的亮度均值，、为标准图像与测试图像的对比度方差，为标准图像与测试图像的协方差；、和均为辅助参数，取值均为正整数，基于标准差的规范信号，得到两路信号的标准差并进行比较；结合公式（1）的限定条件，存在：



其中，为图像的矫正阶调值；Light(M,N)为图像亮度相似函数、Gent(M,N)为图像对比度相似函数、STR(M,N)为图像结构相似函数、Similar(M,N)为图像相似函数。


2.根据权利要求1所述的一种基于静止气象卫星的草原火实时监控系统，其特征在于，所述交互装置包括交互机构，所述交互机构对各个检测位置的检测位置进行交互；所述交互机构包括传输模块和数据库，所述传输模块用于对所述检测装置的数据与数据库进行传输，建立稳定的数据传输链路；所述数据库分别连接所述采集装置、所述反馈装置和静态气象卫星，并对所述采集装置、所述反馈装置和静态气象卫星的数据进行存储。


3.根据权利要求2所述的一种基于静止气象卫星的草原火...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫平，张浩宇，张思琪，米小武，
申请(专利权)人：环球数科集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44