基于森林火灾数据监测的物联网定位算法应用

将物联网原有质心定位算法进行改进,引入加权质心定位算法.根据林业数据监测的物联网体系结构,对监测森林火灾的传感器定位算法进行研究.通过传感节点的权值,计算火点发生地的横纵坐标,加速火场定位.为火灾监测的火点定位提供了有力的定位依据,最大程度地预防和减少森林火灾及其造成的损失.     

智慧森林中火点视频图像自动定位算法

以智慧森林中数字视频监控系统为平台,利用摄像机标定技术和空间立体分析,对森林火灾进行自动定位算法研究。运用穷举搜索法和二分法,借助DEM模型,判断地形剖面上的火点位置。根据林区地形变化的特点,运用摄像机镜头光轴在空间的平移方法,在平面像素坐标与立体空间坐标之间建立映射,简化算法,提高计算精度。实际应用表明,该算法在经过40多组数据的测试,计算的火点位置直线距离误差在95 m范围内,旋转角和俯仰角的精度得到了提高。     

基于WSN的森林火灾预警系统设计

针对目前森林火灾监测系统存在的缺陷,提出了利用无线传感器网络技术进行火灾监测的方法。通过对监控区域温度、烟雾等环境数据的实时监测,利用无线传感器节点自组织的方式传送到监控终端,实现区域监控。该系统可实现对森林火灾预警和火灾现场的实时定位,对森林火灾实现有效监控。同时,提出了一种基于测距的CDPE算法。该算法可以较好地满足森林火灾监测中实时性高、定位错误率低的特点。     

基于单目动态视觉的珍珠形状分拣系统开发

为解决当前珍珠分拣自动化、智能化水平低等问题,针对珍珠形状的视觉识别,设计实现了一套基于单目动态视觉的珍珠形状分拣系统。主要研究了利用单目摄像机快速获取珍珠多表面的方法以及几何形状检测方法。根据研究内容,实现了该系统的珍珠检测平台,其主要功能为图像采集、数据/信息处理、网络通信等,为机械臂的分拣控制提供了依据。     

单目机器视觉测量精度可靠性建模与分析

为定量研究单目机器视觉测量机械零件长度、角度、直线度和平行度的精度问题,提出一种机器视觉精度可靠性建模与分析方法。该模型综合考虑外界光照、随机噪声、待测物体与观测台夹角、相机畸变和边缘检测算法对单目机器视觉测量精度的影响,采用蒙特卡洛法并结合常用的边缘检测算法模拟不同工况下单目机器视觉测量机械零件长度、角度、直线度和平行度。将实验结果与模拟结果比较得到：长度误差、角度误差、直线度公差和平行度公差分别相差0.22μm、0.007 3°、0.002 2 mm和0.031 9 mm,验证了该方法的有效性。     

基于智能手机单目视觉的多株立木高度提取方法

  目的  提出一种智能手机单目视觉下的多株立木高度提取方法。  方法  该方法以智能手机为采集设备,利用Graph Cut 算法对输入的立木图像进行分割定位,实现单幅图像中多株立木轮廓的自动获取;再通过智能手机相机对摄像头进行标定,从而基于几何相似法获取智能手机相机图像的深度信息。在不同角度下拍摄标靶,进行深度提取模型的精度优化,进而确定信息提取的最优方位。同时,结合高精度陀螺仪获取相机俯视角,根据提取的深度信息和相机俯视角实现非接触条件下的多株立木高度测量。  结果  使用型号为MI 2S的小米智能手机为试验设备,在本方法中的立木高度测量模型具有良好的稳定性,并且试验中最高相对误差为2.45%,树高测量精度可达97.55%。  结论  基于智能手机单目视觉下的立木高度提取方法精确度高、操作简便,能够有效满足国家森林资源二类调查中对于树高测量精度的要求。      

基于无线通信基站的清管器实时三维定位方法

为了解决清管器实时三维定位问题,利用商用通信网络对清管器位置进行全过程实时在线跟踪监控。根据定位信号的定量分析结果研究开发了能自动适应环境的定位算法,分别提出5基站自适应定位算法、4基站自适应定位算法及基于通讯半径约束的定位算法。对于5基站自适应定位算法,利用基础数据对模型进行测试,其最大定位误差不超过1.6 m,平均误差为0.61 m。为利用最少的点进行高精度定位,又开发了4基站自适应定位法,并利用两组数据进行测试,平均定位误差为2.19 m。同时,对不同通信半径约束进行研究,得出通信半径越小,总的有效通信连接数越少,定位精度越低,在可接收到清管器发射的信号范围内,基站的数目以5~13为宜。对实际输油管道清管过程进行了清管器定位测试,从而验证了基于无线通信基站的清管器实时三维定位方法的有效性。     

基于机器视觉的仿人机器人运动跟踪技术研究

针对仿人机器人的特点,设计了一个具有单目视觉的仿人机器人视觉识别系统。在比较各种追踪算法的基础上,将算法应用于机器人视觉识别,并以此调整机器人前进路线。根据FIRA比赛规则,决策系统通过视觉反馈和姿态反馈信息,调用底层动作库,进行短跑运动规划。实验显示算法适合仿人机器人参加竞技类比赛。     

林火监测中遥感应用的研究现状

林火是陆地生态系统中的一种主要干扰因子,森林火灾会对森林生态系统造成严重破坏。遥感卫星能够实时对地表信息进行记录与监测,尤其适用于对林火这种地表异变现象强烈的事件进行监测。本研究回顾了航空遥感、航天遥感在林火监测中的应用历史;分别从风险预测、实时监测和灾后评估三个方面论述了遥感在火险等级评测、火点提取、过火面积估测、林火实时监测及灾后植被恢复评价中的应用研究现状,总结了当前的研究重点及不足,并指出了未来的研究方向和趋势。以期为遥感在林火预测预报、林火实时监测及灾后损失评估等方面的研究提供参考。     

信息动态

针对果蔬采摘机械采摘过程中深度信息不易获的缺陷,该研究运用双目立体视觉技术通过摄像机标定对豆角的位姿信息进行获取.首先根据相机成像原理阐述图像坐标系、相机坐标系、世界坐标系三者之间的转换;其次通过对单目摄像机模型与平行相机模型之间的比较,推导双目相机定位算法;最后通过对试验结果的研究,分析该技术在不同场景应用过程中的注意事项,并对未来改进方向进行展望.     

基于Web Service的PDA林火监测应用技术研究

信息交流不畅与共享困难是我国森林防火监测与预警工作面临的主要问题。该文将Web Service技术应用于PDA林火监测,提出了基于SOA的林火监测系统结构,并对系统中服务端与PDA客户端的Web Service结构布局与运行机制进行了分析与描述,设计开发了Web Service的PDA客户端调用引擎,最后以北京市森林防火扑救指挥系统为基础建立了一个PDA端的火险等级与气象查询服务实例。结果表明基于Web Service的PDA林火监测可有效利用现有防火决策信息服务,实现信息的实时交互与共享,提高林火监测水平。      

基于分数阶微分视频融合的森林烟火检测算法

森林火灾检测是国内外林业应用研究的重要课题之一。及时准确地检测到森林火灾,对于森林健康及环境安全意义重大。现有的利用视频技术检测森林火灾的方法大多针对单一波段,如可见光波段或红外波段的视频信息进行分析,然而在实际应用过程中,由于森林环境复杂,基于单一波段视频信息检测火灾的结果欠佳。现阶段,基于多个波段的森林火灾检测方法非常少。本文综合利用红外及可见光视频特征,提出了一种基于分数阶微分视频融合的森林烟火检测算法,将分数阶微分理论引入红外视频和可见光视频融合中,利用分数阶微分算子对两个波段视频进行融合,然后利用背景去除法检测融合视频中的异常帧,且对异常帧图像及其与背景帧的差分图像分别进行图像分割,最终得到检测出的森林烟火区域。采用空间频率、平均梯度、森林火灾检测准确率和森林火灾检测时间误差度4个测度对本文算法和基于区域能量融合算法、基于窗口方差融合算法、基于HSI变换融合算法进行定量分析和比较。结果表明,本文算法的融合视频的融合效果最佳,并且森林火灾检测准确率和森林火灾检测时间误差均明显优于其他3种算法,说明本文提出的算法具有较好的有效性和准确性,为森林火灾检测提供了有利的新途径。      

基于图像的嵌入式森林火灾监控系统研究与设计

针对目前我国森林防火远程监控中存在的不足,提出了一种基于嵌入式处理平台的森林火灾监控系统,对系统硬件设计和林火图像识别算法两个方面做了详细论述.系统以嵌入式微处理器作为现场控制器的主控单元,现场控制器通过串口与CCD摄像机进行实时通信,获取监测区域的图像信息,对获取的图像信息进行林火识别,若系统判断有林火发生,则将火情信息通过无线网络传送给监控中心,从而达到第一时间发现森林火灾的目的.通过在林区现场进行的试验表明,该系统能够克服工作环境的干扰,且具有响应速度快、识别率高以及监控区域广等特点.     

三维元胞自动机各向异性林火蔓延快速模型

为建立林火蔓延动态预测模型,实现实时三维可视化模拟,构建了王正非 3D元胞自动机模型林火蔓延模拟框架。该模型考虑林火蔓延的物理规律和全局因素的相互作用,在王正非山火初始蔓延速度经验模型的基础上,综合考虑地表植被类型、地形坡度、风速、风向、温度5个因素,并根据元胞之间能量传递建立状态转换规则。以我国西南火灾高发区作为实验区域,在多约束条件下模拟林火蔓延行为并获取林火矢量边界,实验证明该方法简便、高效、输入参数少、运算效率高,可以实现不同条件下的林火蔓延快速模拟。      

森林防火多出救点应急调度算法

在森林重大火灾应急调度时,要保证在灭火时间最短的前提下使出救点个数尽可能少。当前火灾应急调度模型均是基于目标变量（即需求的灭火资源总量）确定的前提下提出的,但灭火资源所需数量是随时间、气候、地形地貌等变化而变化的,需要结合林火蔓延模型来求解目标变量,进而结合灭火时间最短和出救点个数最少2个约束条件,得出一次性消耗的应急多出救点资源调度的计算方法。以王正非等的林火蔓延模型为基础,在考虑火速、风力、坡度等因素下,得出不同着火时间下灭火资源动态需求量,结合模糊规划方法求解救火时间最短以及出救点个数最少的森林资源火灾应急调度优化出救方案,并给出了仿真案例,旨在为森林扑火行动提供一定的理论和实践指导。图1表5参15     

林火蔓延模型模拟空间精度评价研究

在林火蔓延模拟过程中,为技术基础林火蔓延模型模拟空间精度评价是一个十分重要的问题。以林火蔓延模拟、地理信息系统和计算机图形学为技术基础,以林火蔓延的边界位置、面积和轮廓形状为主要指标,提出了一套林火模型模拟空间精度的评价方案,并通过模拟实验验证了该方案的可行性。结果表明,这一方案可以满足林火蔓延模型模拟空间精度评价的需要,为多模型林火蔓延模拟中模型的选择提供了依据。     

基于栅格结构的林火蔓延模拟研究及其实现

为研究定量模拟林火行为对林火决策的重要性和林火扩展的时空特性 ,该文在地理信息系统 (ArcView)支持下 ,建立了火场扩展模拟的空间背景数据库 .在此基础上选择了两个组合模型 ,生成速度图文件 ;通过比较边界插值算法、边界外延算法和迷宫算法的不同特点 ,最终采用迷宫算法实现了在栅格地形背景图上林火蔓延的动态模拟 ,获得了在不同燃点有风和无风情况下的蔓延扩展历时图 ,分析得出风速对林火蔓延扩展的影响较大 ,不同燃点下火蔓延的态势是陡坡火蔓延迅速 ,扑救难度大 ;缓坡较陡坡火蔓延的速度慢 ,范围较小 ,宜尽早从火头打起 ,尽早扑灭 .     

带约束条件的森林防火最优路径算法

以森林防火中的路径分析算法为研究对象,针对森林防火中对路径分析算法的特殊要求,以Dijkstra最短路径算法为基础,对它们进行改进与优化。结合林区交通网络自身的特点,引入道路宽度、最大限速、必经地和忽略地等森林防火路径分析约束因子,并以此作为道路权值确定的依据,提出了带约束条件的森林防火最优路径算法,并给出详细的算法设计与实现。该算法符合森林防火的实际情况,能够在森林防火应急指挥与决策中发挥作用。图2表2参17     

基于可见光视频的森林火灾识别算法

以森林火灾远程视频预警监控工程为依托,对森林火灾发生、发展的可见光视频图象进行研究,提出森林火灾识别算法,并进行处理。分析了基于视频的森林火灾火焰特征,指出火焰特征主要包括颜色变化、面积变化、边缘变化、形体变化、闪动规律和整体移动等。在此基础上,提出了视频图像中的森林火灾区域检测方法与森林火灾识别方法;根据图像区域分割匹配算法,以火焰颜色特征和面积变化为火灾判别依据,统计疑似火灾区域面积,定时地对其进行两两匹配,实现对森林火灾图像的实时检测和识别。经实际验证,该算法的查全率与查确率分别达到72.22%和92.86%。     

基于视频区域动态特征的林火烟雾检测技术研究

【目的】视频监控越来越多地应用到森林火灾烟雾的早期检测中。现有的视频林火烟雾检测方法大多是基于像素提取烟雾特征进行分析检测,烟雾发生早期或烟雾距离摄像头较远时,在视频图像上烟雾仅呈现较小区域,且烟雾的扩散具有无规则性,背景环境复杂多变,导致基于像素的特征不明显,因此使基于像素的烟雾自动化检测难度增大。本文根据可见光视频图像处理原理,提出一种基于局部区域图像动态特征的林火视频烟雾检测方法,以提高林火视频烟雾检测准确度和灵敏度。【方法】以视频图像为研究对象,每秒取一帧生成图像序列,对图像序列进行多层次不同尺度分区;利用图像信噪比原理,计算分区后的连续图像序列的信噪比;根据背景图像信噪比得到自适应阈值,确定待检测图像序列发生亮度变化的图像块,即为疑似烟雾块;提取疑似烟雾块的LBP纹理特征,采用支持向量机区分出烟雾区域。【结果】利用HSV颜色空间的亮度分量,可以有效提取烟雾区域。选择有林火烟雾的视频,对提出的烟雾变化检测方法进行验证,分析结果表明该方法能确定烟雾发生所在的图像块,且能排除部分非烟雾干扰因素。【结论】本文提出了基于局部区域亮度特征和LBP纹理特征的视频林火烟雾检测技术,能准确定位...