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森林火灾具有突发性强、传播速度快等特点,如不及时扑救,在较短时间将造成巨大损失,是一种世界性的灾害。因此,提前发现林火并准确定位火点,对于森林防火部门迅速行动扑灭火灾具有重要意义。目前,视频监控与GIS相结合的森林防火技术,不仅能获得火场直观、实时的画面,还能实时获得火场周围的地形特征以及森林资源状况等信息,是一种成熟有效的森林防火技术;但是,基于该技术的火点定位方法的研究较少,仍缺乏成熟有效的火点定位算法,而森林防火部门对此有迫切需求。
本文利用小孔成像原理建立摄像机成像的几何关系模型,引进参考视窗,并充分利用摄像机相关参数和几何关系,基于森林火灾远程视频监控系统,研究、设计并实现了一种火点定位算法。其主要研究内容和结果如下:
(1)提取摄像机的相关参数,从小孔成像原理建立的摄像机成像的几何关系模型入手,引进参考视窗,分析地形上火点位置与参考视窗、图像火点位置和视点之间的关系,完成火点定位算法的初步设计。
(2)利用摄像机相关参数和几何知识,构建了参考视窗中心点坐标求解模型、参考视窗边界点坐标求解模型、火点在参考视窗上的对应点坐标求解模型以及火点视线的通视性求解模型。
(3)在VisualStudio.net开发环境下,使用ArcEngine9.2开发包和C#语言编程实现火点定位算法模块,在浙江省临安市锦城镇选取两个试验点,对定位算法进行试验和验证,并对试验结果进行误差分析。结果表明:在本文试验条件中,无论摄像机在静态或者动态下,只要拍摄到火灾图像,该算法都能够实现火点定位,其定位精度在X、Y方向上在60m之内,能够满足森林防火工作的实际需要。
本文的创新之处:
(1)提出一种基于DEM的单目视觉的火点定位算法;(2)引入参考视窗,采用比例关系,将火点在图像上的二维坐标与火点在参考视窗上的对应点的三维坐标联系起来,进而实现了火点三维坐标的求解。