无线数字通讯技术在森林防火监控系统中的应用

2012-09-06靳燕

山西电子技术 2012年6期

靳燕

（山西省自动化研究所，山西太原 030012）

随着科技的进步，无线通讯技术的发展越来越受到人们的高度关注。它给人类带来的影响是无可争议的，人类也早已应用它于各大领域。

无线数字通讯技术在森林防火监控系统中的应用主要体现在传输系统，通过微波传输设备——无线网桥和天馈系统，将视频信号及火灾自动报警信息传输到分点监控中心及指挥中心，以便于监控人员实时监控现场画面，并根据报警信息指挥相关人员采取相应措施处理警情。

1 森林防火监控系统概述

森林防火监控系统包括前端监控点、传输系统和指挥中心三个模块。前端监控点，设置在铁塔（铁塔要求监控专用铁塔，采用螺栓连接方式，抗风等级为12级，保证8级以下设备正常工作），包括红外低照度全天候摄像机、全天候护罩、重型数字云台、视频服务器。各监控点通过无线传输系统，将图像传输到监控中心，无线网络基站由无线网桥和天馈系统（高增益天线、高频馈线和避雷器）构成。监控中心包括硬盘录像机、控制服务器、视频解码器及监控大屏等部件，通过无线监控系统，不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，而且还可以对前端摄像机焦距和云台运动进行操作和控制，满足对监控画面的各种要求。

图1 系统结构示意图

通过远程无线监控系统，指挥中心能实时监控林区火情实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的;火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失;该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。

2 无线微波传输方式在监控系统中的应用

2.1 微波传输简介

所谓的微波，是指频率超过1 GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。无线微波传输类似光线直线传输，是一种视距范围内的接力传输，可以解决几公里甚至几十公里不易布线场所监控系统的信号传输，采用调频调制或调幅调制的办法，将图像搭载到高频载波上，转换为高频电磁波在空中传输。采用微波传输的优点:（1）可以摆脱线缆的束缚，安装周期短、维护方便、扩容能力强。（2）组网灵活，可扩展性好，即插即用，网络管理人员可以迅速将新的监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控。（3）安全性较高，无线网络具有 ESSID、MAC地址过滤及WEP加密等安全措施。采用微波传输的缺点:由于微波的波长很短，因此它不能像中波那样可以沿着地球表面传输，因为地面很快就把它吸收掉了;它也不能像短波那样可以通过电离层反射传输到地面很远的地方，因为它能够穿过电离层逸入太空。由于地球表面是一个曲面，所以微波只能在视距范围内作直线传输，因此决定了两个微波站之间的传输距离不能很远，否则将不能获得较稳定的传输特性，在实际应用中一般采用接替传输的方法解决这一问题。

2.2 与其他视频信号传输方式的比较

当前视频监控传输方式包括:视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输、卫星等七种，也可分为有线和无线两大类。

★视频基带传输:是最传统的传输方式。优点:短距离传输图像信号损失小，造价低廉。缺点:传输距离受限制，布线量大、维护困难、可扩展性差。

★光纤传输:优点:传输距离远、衰减小，抗干扰性能好，可用于远距离传输。缺点:由于短距离传输不够经济所以不适用于几公里内的信号传输，而光熔接及维护需专业技术人员及设备操作，所以维护技术要求很高，且不易升级扩容。

★网络传输:是解决城域间远距离、点位及其分散的监控传输方式。优点:可直接用网络视频服务器上传监控信号，在internet网络上安装远程监控软件用以监看和控制。缺点:受网络带宽和速度的限制，画面有延时，无法做到实时监控。

★微波传输:可以省去布线及线缆维护费用，但微波信号为直线传输，必须做到通视。

★双绞线传输（平衡传输）:适用于1 km内，电磁环境复杂的场合。优点:布线简易、成本低廉、抗共模干忧性能强。缺点:有距离限制，不适合应用在大中型监控中，不适于野外传输。

★宽频共缆传输:可解决几公里至几十公里的监控信号传输。优点:充分利用了同轴电缆的资源空间，实现宽频共缆“一线通”。

★VSAT卫星线路:卫星传输系统覆盖地域广，施工量少，是军队国防部门通信的重要手段，也是偏远地区的主要通信手段。

由于受地理环境所限，大多数林区分布在山地，如果采用有线传输，则需要挖沟埋管，这就给有线传输的布线工程带来极大的不便，并且施工周期将很长，甚至根本无法实现，维护难度也会很大。如果采用卫星线路，则后期费用大、实时性差，而微波无线传输具有一定的穿透性，不需要布视频电缆等特点，因此，森林防火监控系统中常建议采用无线微波传输方式。

2.3 微波传输在森林防火监控系统中的应用

现场描述:此案例是一个南北长约20 km，东西长约26 km的大面积森林，需要将整个林区纳入防火监控系统。案例中采取远距离巡视森林防灾设备，监控点安装位置如图2所示，每个点采取太阳能供电。同时为保证每个点的巡视设备和太阳能设备的安全和防盗，特在每个点安装一个摄像机，实时监控。由于森林环境复杂，没有网络信号，故采取无线微波的方式传输到监控中心。

图2 网络结构图

无线微波传输需要做到空旷无阻挡传输。每个点直接传输到监控中心，显然是不可能的，首先是阻挡，其次是受到距离的限制，因此我们设计采用中继的方式，即在几个点之间我们选择一个中间至高的位置作为一个中继点，其余点架高塔，使其到中继点没有阻挡，每个点到中继点的位置大约在20 km左右，可以做到可视。然后由中继点发射到分控中心，最后再由分控中心发射回监控中心。

★前端监控点:因为前端监控点与监控中心不可视，故采用设置分中心的办法来进行无线传输。分中心设置在监控中心的周边，采用点对点的方式来实现无线传输。

★中继点:由于前端监控点跟监控中心点不可视，与分中心点也不可视，所以采用中继的方式，找一个中间至高点作为中继点，与分中心可视的地方来进行无线桥接，实施无线视频传输。

★监控中心:在监控中心放置无线网桥，主要是用来监控中心和分中心点之间主干网的连接，另外四个可视的前端监控点直接通过无线网桥与监控中心的无线网桥进行通信。