無(wú)線數(shù)字通訊技術(shù)在森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

靳 燕

（山西省自動(dòng)化研究所，山西太原 030012）

隨著科技的進(jìn)步，無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的高度關(guān)注。它給人類帶來(lái)的影響是無(wú)可爭(zhēng)議的，人類也早已應(yīng)用它于各大領(lǐng)域。

無(wú)線數(shù)字通訊技術(shù)在森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在傳輸系統(tǒng)，通過(guò)微波傳輸設(shè)備——無(wú)線網(wǎng)橋和天饋系統(tǒng)，將視頻信號(hào)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警信息傳輸?shù)椒贮c(diǎn)監(jiān)控中心及指揮中心，以便于監(jiān)控人員實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，并根據(jù)報(bào)警信息指揮相關(guān)人員采取相應(yīng)措施處理警情。

1 森林防火監(jiān)控系統(tǒng)概述

森林防火監(jiān)控系統(tǒng)包括前端監(jiān)控點(diǎn)、傳輸系統(tǒng)和指揮中心三個(gè)模塊。前端監(jiān)控點(diǎn)，設(shè)置在鐵塔（鐵塔要求監(jiān)控專用鐵塔，采用螺栓連接方式，抗風(fēng)等級(jí)為12級(jí)，保證8級(jí)以下設(shè)備正常工作），包括紅外低照度全天候攝像機(jī)、全天候護(hù)罩、重型數(shù)字云臺(tái)、視頻服務(wù)器。各監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站由無(wú)線網(wǎng)橋和天饋系統(tǒng)（高增益天線、高頻饋線和避雷器）構(gòu)成。監(jiān)控中心包括硬盤(pán)錄像機(jī)、控制服務(wù)器、視頻解碼器及監(jiān)控大屏等部件，通過(guò)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以獲得全面的、清晰的、可錄制并回放的多畫(huà)面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像，而且還可以對(duì)前端攝像機(jī)焦距和云臺(tái)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操作和控制，滿足對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的各種要求。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，指揮中心能實(shí)時(shí)監(jiān)控林區(qū)火情實(shí)況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，起到預(yù)防火災(zāi)的目的;火災(zāi)發(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)能將現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳回指揮中心，為指揮中心的遠(yuǎn)程指揮調(diào)度提供有力的保障，最大限度地減小火災(zāi)造成的損失;該系統(tǒng)能真實(shí)記錄火情發(fā)生、發(fā)展和消滅的整個(gè)過(guò)程，為火情的預(yù)防、治理提供真實(shí)有效的歷史資料。

2 無(wú)線微波傳輸方式在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 微波傳輸簡(jiǎn)介

所謂的微波，是指頻率超過(guò)1 GHz的電磁波，波長(zhǎng)范圍在毫米～厘米數(shù)量級(jí)，其波長(zhǎng)比普通無(wú)線電波更短。無(wú)線微波傳輸類似光線直線傳輸，是一種視距范圍內(nèi)的接力傳輸，可以解決幾公里甚至幾十公里不易布線場(chǎng)所監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，采用調(diào)頻調(diào)制或調(diào)幅調(diào)制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉(zhuǎn)換為高頻電磁波在空中傳輸。采用微波傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn):（1）可以擺脫線纜的束縛，安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)。（2）組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以迅速將新的監(jiān)控點(diǎn)加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建傳輸鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。（3）安全性較高，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有 ESSID、MAC地址過(guò)濾及WEP加密等安全措施。采用微波傳輸?shù)娜秉c(diǎn):由于微波的波長(zhǎng)很短，因此它不能像中波那樣可以沿著地球表面?zhèn)鬏?，因?yàn)榈孛婧芸炀桶阉盏袅?它也不能像短波那樣可以通過(guò)電離層反射傳輸?shù)降孛婧苓h(yuǎn)的地方，因?yàn)樗軌虼┻^(guò)電離層逸入太空。由于地球表面是一個(gè)曲面，所以微波只能在視距范圍內(nèi)作直線傳輸，因此決定了兩個(gè)微波站之間的傳輸距離不能很遠(yuǎn)，否則將不能獲得較穩(wěn)定的傳輸特性，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用接替?zhèn)鬏數(shù)姆椒ń鉀Q這一問(wèn)題。

2.2 與其他視頻信號(hào)傳輸方式的比較

當(dāng)前視頻監(jiān)控傳輸方式包括:視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線平衡傳輸、寬頻共纜傳輸、衛(wèi)星等七種，也可分為有線和無(wú)線兩大類。

★視頻基帶傳輸:是最傳統(tǒng)的傳輸方式。優(yōu)點(diǎn):短距離傳輸圖像信號(hào)損失小，造價(jià)低廉。缺點(diǎn):傳輸距離受限制，布線量大、維護(hù)困難、可擴(kuò)展性差。

★光纖傳輸:優(yōu)點(diǎn):傳輸距離遠(yuǎn)、衰減小，抗干擾性能好，可用于遠(yuǎn)距離傳輸。缺點(diǎn):由于短距離傳輸不夠經(jīng)濟(jì)所以不適用于幾公里內(nèi)的信號(hào)傳輸，而光熔接及維護(hù)需專業(yè)技術(shù)人員及設(shè)備操作，所以維護(hù)技術(shù)要求很高，且不易升級(jí)擴(kuò)容。

★網(wǎng)絡(luò)傳輸:是解決城域間遠(yuǎn)距離、點(diǎn)位及其分散的監(jiān)控傳輸方式。優(yōu)點(diǎn):可直接用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上傳監(jiān)控信號(hào)，在internet網(wǎng)絡(luò)上安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件用以監(jiān)看和控制。缺點(diǎn):受網(wǎng)絡(luò)帶寬和速度的限制，畫(huà)面有延時(shí)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。

★微波傳輸:可以省去布線及線纜維護(hù)費(fèi)用，但微波信號(hào)為直線傳輸，必須做到通視。

★雙絞線傳輸（平衡傳輸）:適用于1 km內(nèi)，電磁環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn):布線簡(jiǎn)易、成本低廉、抗共模干憂性能強(qiáng)。缺點(diǎn):有距離限制，不適合應(yīng)用在大中型監(jiān)控中，不適于野外傳輸。

★寬頻共纜傳輸:可解決幾公里至幾十公里的監(jiān)控信號(hào)傳輸。優(yōu)點(diǎn):充分利用了同軸電纜的資源空間，實(shí)現(xiàn)寬頻共纜“一線通”。

★VSAT衛(wèi)星線路:衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)覆蓋地域廣，施工量少，是軍隊(duì)國(guó)防部門通信的重要手段，也是偏遠(yuǎn)地區(qū)的主要通信手段。

由于受地理環(huán)境所限，大多數(shù)林區(qū)分布在山地，如果采用有線傳輸，則需要挖溝埋管，這就給有線傳輸?shù)牟季€工程帶來(lái)極大的不便，并且施工周期將很長(zhǎng)，甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，維護(hù)難度也會(huì)很大。如果采用衛(wèi)星線路，則后期費(fèi)用大、實(shí)時(shí)性差，而微波無(wú)線傳輸具有一定的穿透性，不需要布視頻電纜等特點(diǎn)，因此，森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中常建議采用無(wú)線微波傳輸方式。

2.3 微波傳輸在森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)描述:此案例是一個(gè)南北長(zhǎng)約20 km，東西長(zhǎng)約26 km的大面積森林，需要將整個(gè)林區(qū)納入防火監(jiān)控系統(tǒng)。案例中采取遠(yuǎn)距離巡視森林防災(zāi)設(shè)備，監(jiān)控點(diǎn)安裝位置如圖2所示，每個(gè)點(diǎn)采取太陽(yáng)能供電。同時(shí)為保證每個(gè)點(diǎn)的巡視設(shè)備和太陽(yáng)能設(shè)備的安全和防盜，特在每個(gè)點(diǎn)安裝一個(gè)攝像機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于森林環(huán)境復(fù)雜，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，故采取無(wú)線微波的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

無(wú)線微波傳輸需要做到空曠無(wú)阻擋傳輸。每個(gè)點(diǎn)直接傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，顯然是不可能的，首先是阻擋，其次是受到距離的限制，因此我們?cè)O(shè)計(jì)采用中繼的方式，即在幾個(gè)點(diǎn)之間我們選擇一個(gè)中間至高的位置作為一個(gè)中繼點(diǎn)，其余點(diǎn)架高塔，使其到中繼點(diǎn)沒(méi)有阻擋，每個(gè)點(diǎn)到中繼點(diǎn)的位置大約在20 km左右，可以做到可視。然后由中繼點(diǎn)發(fā)射到分控中心，最后再由分控中心發(fā)射回監(jiān)控中心。

★前端監(jiān)控點(diǎn):因?yàn)榍岸吮O(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心不可視，故采用設(shè)置分中心的辦法來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸。分中心設(shè)置在監(jiān)控中心的周邊，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。

★中繼點(diǎn):由于前端監(jiān)控點(diǎn)跟監(jiān)控中心點(diǎn)不可視，與分中心點(diǎn)也不可視，所以采用中繼的方式，找一個(gè)中間至高點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，與分中心可視的地方來(lái)進(jìn)行無(wú)線橋接，實(shí)施無(wú)線視頻傳輸。

★監(jiān)控中心:在監(jiān)控中心放置無(wú)線網(wǎng)橋，主要是用來(lái)監(jiān)控中心和分中心點(diǎn)之間主干網(wǎng)的連接，另外四個(gè)可視的前端監(jiān)控點(diǎn)直接通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋與監(jiān)控中心的無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行通信。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)無(wú)線微波傳輸方式可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)焦、短焦控制，對(duì)云臺(tái)進(jìn)行上下、左右控制。無(wú)線微波傳輸系統(tǒng)在森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提升了畫(huà)面的清晰度和實(shí)時(shí)性，真正做到了森林防火工作中的早發(fā)現(xiàn)，早解決，最大限度地減少了森林火災(zāi)造成的損失。

［1］楊帆，彭宏偉，趙黨軍，等.基于微波技術(shù)的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（12）:56-59.

［2］李培燕.關(guān)于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2002（4）:31-33.