森林防火无线网桥传输，无线监控系统方案

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一、概述：

森林火灾以成为全球性的问题，防火成为重中之重。随着我国退耕还林政策的实施，造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火工作是首要任务。森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时。为此国内外都在为预防、减少和控制森林火灾而努力。针对我国森林面积覆盖的实际情况，由于林区地形条件很复杂，不适用通常的有线传输模式。目前，基于无线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控领域。

二、系统技术方案：

森林防火无线视频监控系统是一个森林防火数字化、网络化远程无线监控工程，它以森林现场图像采集为中心，以远程通信网为传输平台，将光电转换技术、数字图像处理技术、微波无线/光缆有线传输技术、通信网络技术、计算机软件技术等高新技术综合应用于森林防火监测和森林资源管理中，能够全天候、全方位、远距离地以高清晰度图像方式监控大范围的森林目标，把大面积的森林场景通过图像方式实时传输到防火监控中心，实现防火人员在室内对野外的远距离集中监控；而且，该系统在监控森林防火灾的同时，还可以对森林资源、森林病虫害及野生动物实施监控，甚至可以用于植被保护和树木监护，通过图像记录发现非法伐木者，录像资料可以作为处罚依据。因此，远程图像监控系统在森林保护工作中的应用前景将十分广阔。

该系统除主要用于森林防火、防护外，还广范应用于边防监视、油田、水利保护、风景区、旅游区、自然保护区监控及洪涝、干旱、虫害等自然灾害的提供发现和预防。该系统具有明显的社会、生态效益，其在监控自然资源，保护生态环境和生态平衡方面将发挥极大的作用，是一项造福子孙后代的有益工程。在管理方面，它实现了远距离、免维护、自动即时监控。

在实现这一功能的过程中，避免了以往监控设施出现的由于架设线路装置及人员巡查对自然环境造成的损害，特别是弥补了“卫星监控、航空拍照、人工巡视”等方式的诸多不足。在使用效果方面它可以做到全天 24 小时全方位、多角度、多内容实时监控，及时、准确地反馈信息，即为领导决策提供了第一手有价值的参考资料，又为林业工作者提供了大量的数据资料，对减少森林经济损失将起到重大作用。因此，该项目是一项实用、高效、低投入、高产出的利国利民项目，为应用高科技手段监控森林火灾开辟了一条新路，其使用将大大提升我国林业的管理水平，提高我国保护生态环境的能力，为我国林业的持续发展奠定牢固的管理平台。

三、系统方案设计：

1、一个森林防火图像自动监控系统将包含如下环节：

图像采集和云台控制

在森林防火监控的任务需求中，一般采用大口径、长焦距、三可变高质量镜头，配合数字化、高清晰、低照度的CCD摄像机，在数控室外重载云台的支持下，完成高质量的图像采集和准确的方位控制任务。

视频信号和控制信号远程传输

通过先进的光缆和无线网桥方式实现一路正向视频信号和一路反向（或双向）控制信号的传输，这都要求在一根光纤或一路微波中同时实现，有时甚至在一根光纤或一路微波中同时传输多路不同的视频信号和控制信号；无线网桥信号的无中继传输距离一般不超过50公里，其特点是无线方式，工程施工简单，但易受天气影响，中间不能有遮挡物体；光缆的无中继传输距离一般都能达到50公里以上（单模光纤），而且工作可靠，但施工程量大；一般地，结合具体实施环境情况，在五公里范围内采用光缆，超过五公里则用无线网桥。

注：针对视频监控的室外无线网桥资料，请进企业网站：www.szlaian.com，或者来电咨询：0755-26784075，0755-86180065，0755-26700680

图像监看和操作控制

图像监看一般采用视频监视器，多个图像同时监看可利用电视墙，更多的画面则用矩阵切换器和画面分割器；操作控制有专用键盘，也可用微机实现。

图像录制和自动报警

利用多媒体技术的微机，通过图像采集卡把视频信号送入计算机，经过软件算法处理和数据压缩，可以方便地实现硬盘录像，也能够通过数据传输网络把压缩后的图像送到上级管理部门，并在一定条件下实现火情自动识别和报警。

2、森林防火图像自动监控系统区别于普通图像监控系统的特征为：

摄像机一般安装在森林制高点（如高山顶、建筑物屋顶、平原森林的监视塔顶），设立地点要求视野宽、无障碍、监测面大，如有监测死角，可另设补充监控点；由于监视的地理范围大（可达方圆10公里以上）、而且需要全天候工作，这就要求摄像机能够在低照度下工作（可彩色自动转黑白），具有可控光圈、焦距、对焦，镜头焦距变化可达二、三十倍。

在监控点工作的设备包括：摄像机及其防护罩、转动云台、解码器、通信终端机、不间断电源、避雷装置，这些设备工作在野外环境，应该具备抗大风、避雷击、御寒冷、耐潮湿、免雨淋、防沙尘、抵腐蚀、甚至防盗窃等要求，同时需要切实解决长期稳定可靠供电的问题，这就要求设备尽量简单、小型化、低耗电、工作可靠、无人值守、维护工作量小，而且具有工作状态自动检测功能，遇到故障能够自动向监控中心报警。

由于监控点在地理上很分散，而且与监控中心的距离很远，一般都需要建立专用通信手段，如光缆、电缆、微波等通信线路，把监控点的图像直接传输到监控中心。而且现场图像能够从监控中心通过各种通信线路逐级传送到有关防火管理部门。

目前，森林防火人员计算机技术水平并不高，这就要求系统能够全自动工作，安装使用方便简单，而且故障时间短、维护工作量小；从用户的角度考虑，森林防火自动监控系统产品必须做到功能齐全、配套合理、适应性强、性价比高。

专业的森林防火图像监控系统还应具备以下功能：摄像机在云台的带动下自动进行场景的全方位扫描，在白天实现烟雾自动报警，在夜间实现火情自动报警，系统可以测定目标的方位和距离，与地理信息系统（GIS）相对接。当摄像机发现某一着火点时，指挥中心的计算机自动运行软件，将着火点的精确位置显示在三维电子地图上，同时还显示着火点的地形地貌，森林防火类型，火灾发展蔓延趋势，以及通往火场的主要道路及通行能力，防火隔离带的位置及阻火能力，距着火点最近的消防队伍的具体位置及赶赴火场所需要的时间等重要指挥信息。

四、无线视频监控系统架构

1、监控点基本情况：

各监控点的地理环境（湿度、盐度、温度范围、海拔高度、最大风速、雷电情况、电磁干扰等）目前还不十分清楚，有待到现场勘测。监控范围为方圆五公里，监控点均架设在建筑物屋顶上，建筑物内有交流220V供电条件，各监控点到监控中心的直线距离以30公里估计；工程上需要架设一座小型铁支架（高约两米）和金属密封盒，放置摄像机、云台和微波设备等；共设置？？？个监控点，其中一个无需远程传输（在林业局防火办楼顶）。

监控中心基本情况：

位于林业局防火办大楼内，地形海拔高度？？？米，建筑物高度？？米，指挥室建筑面积(长？宽？高？)，具有会议室、控制室、设备室三大功能。

注：各监控点到监控中心的网络拓扑图，具体的距离、海拔高度等。

2、视频采集

采用的摄像机是一款日夜型的摄像机，具有低照度下自动彩色转黑白的功能，可实现480线的高清晰度图像。与日本精工名牌长焦镜头相配合，能够提供优质的监控图像。

采用公司专门为森林防火监控系统研制的数字化控制云台，这是一种室外重载云台，定位精度达到0.5°，其独特的角度实时回送功能，满足监控点与地理信息系统（GIS）相结合的要求，云台扫描速度可控制在两分钟一圈，已在国内多个森林防火监控系统中使用。

选用进口高质量的室外防护罩和网络音视频服务器，其优良的自动恒温、密封、雨刷等措施，较好地解决了监控点设备防尘、防腐蚀、防潮湿、防雨雪、防高温、防严寒、防强风、防电磁干扰的问题，加上良好的防雷电措施和电源保障手段，从而确保监控点设备全天候正常工作。采用红外探测器实现监控点设备防盗报警功能，一旦有人在监控点附近出现，探测器将自动报警，并把报警信号传输到中心。

电子设备工作是否正常，很大程度上取决于供电的质量。在林区，由于各种因素造成电源质量不高，主要是电压波动范围太大，超过了设备的一般承受能力，导致设备工作不稳定、工作寿命下降，严重时甚至会烧毁设备。为此，我们专门给每个监控点配备了在线式净化UPS电源，其在线式工作方式提供了较大的输入电压动态范围，而且具备电源滤波功能，改善了电源波形，后备电池支持时间不少于8小时，这样才能保障监控点设备的正常工作。

3、信号传输

在森林防火监控系统中，各监控点与指挥中心的距离均在二十公里以上，这种情况在设备成本与工程量上采用微波设备都比光缆设备优越；所以，我们选用微波设备来实现视频信号（单向）和控制信号（双向）的传输；由于模拟微波传输视频信号要占用很大带宽（近40MHz），已经被管理机构禁止使用，目前一般采用数字微波，数字微波的传输可靠性一直为人们所乐道；近几年，扩频技术和数字调制技术开始用于微波传输，设备十分成熟，尤其是利用微波设备方便组成计算机局域网，支持TCP/IP协议，而且价格也能接受；由于多媒体技术的发展，视频图像的压缩变得简单了，利用计算机局域网传输图像总体效果很好，使用方便、灵活、可靠；尤其要完成单向视频信号和双向控制信号一起混合传输，而且在还要加入其它数据（如红外报警数据），这时更能体现出无线局域网的优越性。另外，无线局域网十分方便系统扩充，如果今后要增加监控点，只需用一对无线设备把信号从新增点传输到临近的已建监控点，就实现新增监控点的入网，把监控信号传输到指挥中心；这种系统可扩充性是普通数字微波（如PDH）所不具备的。
无线设备采用专业室外无线传输设备制造商Ryan，LA-5801产品家族，该设备工作可靠、使用方便，且具备标准以太网接口，产品已经在各地大量使用Ryan，LA-5801可提供优化、高效、低成本点对点和点对多点的无线网络应用，在恶劣的环境及天气条件下其覆盖范围最高可达30公里。

注：针对视频监控的室外无线网桥资料，请看网页上的产品介绍www.szlaian.com

4、监控中心

森林防火指挥中心座落在林业局大楼，？？？平方米房间面积要同时兼顾会议室、控制室、设备室三大功能，要合理进行房间分割，安排室内功能分区。主要功能是远程监看多个监控点传来的图像、必要时对摄像头进行控制、视频录像和火情报警、把图像传输到上级防火管理部门。

在办公楼顶要安装微波设备。指挥中心室内将布置操作指挥台、LED字符显示屏、大屏幕多媒体显示屏、电视墙、办公设备、会议音响视频设备、不间断电源、空调和圆形会议桌等，具体内容详见设备清单。所有监控操作均在监控工作站上完成，同时监控工作站负责向上级管理部门提供数字图像数据，监控工作站采用双机热备配置，有利于提高系统可靠性。

由于我们采用了全数字视频图像传输方式，即图像信号在监控点就已经转换成数字图像，所以在监控中心要使用图像解码器把数字图像转换为模拟图像，给电视机、监视器这样的模拟图像设备提供信号，所有图像都可以在计算机显示器、大屏幕投影仪、电视墙上显示出来。

监控服务器功能包括数字图像接收、实时解压缩、实时录像、云台自动扫描控制/手动操作、火情识别报警等。监控服务器采用双机热备配置，两台服务器独立工作，平常分担数据处理负载，故障时起到相互备份作用，这样有利于提高系统可靠性和可扩充性。监控系统可以通过局域网交换机向地图工作站提供各监控点的位置信息。

五、系统结构示意图：

前端基站采集设备组成

图1：风光互补供电方式

图2：市电供电方式

前端基站主要由供电系统、视频信息采集系统、无线微波通讯系统、接地防雷系统组成，在本部分主要介绍基站采集部分。

它主要由摄像机、电动变焦镜头、护罩、防水控制箱（内部集成：视频处理模块、智能处理器、远程控制模块、智能数据采集模块、工业以太网交换机等，同时预留空间，放置POE模块等）、数字云台等组成。

从防水控制箱到云台摄像机安装位置传输介质布放规格如下：

电源线：RVVP2*0.75的低温屏蔽电缆1根；

RS422的控制线：RVVSP4*0.5的低温屏蔽双绞线1根；

视频线：SYV75-3的低温双层屏蔽视频电缆1根

电缆的保护方式：采用增强型包塑镀锌金属软管，要求金属软管两端可靠接地。

※为保证系统设备的安全，电源线、RS422控制线、视频线的屏蔽层的两端应可靠接地。

根据现场勘察的情况，为保证其林区监视范围，定制云台安装支架。

指挥中心的系统构成逻辑

无线微波传输部分

六、方案的优势及特色：

方案设计关键点在林区复杂环境下实现实时监控，系统要考虑具备以下特点：

环境导致监控范围大

监控点的选择，首先摄像机应安装在森林制高点，要求视野广、无障碍、监控角度大，尽量少设监控点，并尽可能使得每个监控点监控覆盖的森林面积最大，如无法回避有死角，可增加监控点。

全天候监控

监控点要全天候工作，这就需要选择摄像机时应选用红外敏感型彩色转黑白摄像机；镜头应选用日夜两用型镜头，并且外能看清人物活动；云台要求选用螺杆传动的室外一体化云台，为了减少远距离图像的抖动，摄像机的安装也要确保牢固稳定。

传输链路是系统中最关键的环节

由于森林防火监控自身的特点，传输方式不可能采用有线或光缆的方式，因此最理想的方式就是无线传输。无线传输方式以施工简便，成本低，一次性投入等优势，无疑成为监控系统传输链路的首选。图像实时传输、清晰，传输频率可选，并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同，其功率的大小可以按要求配制，在遇障碍物阻挡的情况下，可采用架设中继。

森林防火涉及的范围广，距离远

各个需要监控的林区与监控管理中心距离较远，分布较为分散。通常采用2G、3G与5G产品混合组网模式。前端设备的供电，采用太阳能、风能供电方式给每一个监控点的设备提供小时供电。避雷接地要安全可靠。

为及时发现火警，前端需要有烟感等感应器以及报警联动设备

中心实时监控前端设备工作状态。由于整个监控前端设备地处深山，维护极为不便，所以中心要能随时掌握前端设备的工作状态，对维护将起到重要的指导分析作用。

后端监控指挥控制系统通常是以多客户端方式查看图像

在无线链路带宽足够的前提下，所有图像应采用组播方式传输，以便节约无线链路带宽，保证无线链路的稳定性。此时，监控中心的交换机必须具备组播转发控制功能，防止广播风暴发生。