林火安防预警与应急处理系统关键技术研究

摘要

在复杂森林环境中，火灾的发生往往具有很大的突发性和随机性。由于传统的林火安防技术在林火发生初期很难发现火情，因此造成林火蔓延，对周围环境及人畜造成很大的伤害。目前国家在森林防护领域的投入日益加大，对林火的安防技术提出了更高要求。随着可编程嵌入式的发展及红外图像处理技术的成熟，利用红外技术进行林区火情的实时监测成为了研究热点，因此，开发一种可挂载于无人机云台的林火智能监测设备，对监测到的火情进行实时图像处理，这将在早期的火灾控制中起到重要作用。　　本文通过对森林防火系统的功能和技术架构进行分析，对林火安防领域存在的关键问题进行研究，在FPGA硬件基础上结合红外热像仪，设计了一种体积小、后期可挂载于无人机云台的林火监测系统，其中设计包括了林火红外图像的采集模块、数据缓存模块及显示模块，并针对林火红外图像的特点，使用Matlab对林火红外图像进行了消噪、分割、伪彩增强等图像处理操作，这对后续的火区图像特征提取及识别将起到重要作用。通过在FPGA上运行各种算子卷积模块，林火监测系统在硬件上实现了林火图像的消噪及边缘提取。最后提出了一种林火监测系统与无人机集群灭火技术构成的林火预警与应急处理方案，这将对提高林区防火、救灾的能力起到重要作用。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 林火安防技术国内外研究现状及发展趋势

1.3 主要研究内容

1.4 章节安排

1.5 本章小结

第二章 林火监测系统设计

2.1 林火监测系统总体设计

2.2 林火监测系统各功能模块设计

2.3 林火监测系统电路PCB设计

2.4 本章小结

第三章 林火红外图像处理

3.1 红外技术与森林防火

3.2 红外图像的获取与特点

3.3 基于林火的红外图像处理

3.4 林火红外图像的边缘检测

3.5 林火红外图像的区域分割及平滑处理

3.6 伪彩色增强

3.7 本章小结

第四章 林火监测算法的 FPGA实现及系统应用

4.1 FPGA设计流程

4.2 FPGA芯片的选取

4.3 中值滤波模块的硬件实现

4.4 边缘检测模块的硬件实现

4.5 硬件电路功能测试

4.6 林火安防预警与应急处理系统的实现方法

4.7 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢