基本概述

　　森林以其兼具資源與環(huán)境的雙重屬性和擁有巨大生物生產(chǎn)能力而成為陸地上極為重要的生態(tài)系統(tǒng)。森林不僅能夠提供豐富多彩的可物化的產(chǎn)品，而且能夠營造優(yōu)美的環(huán)境、發(fā)揮強(qiáng)大的生態(tài)效益，維持著地球上的生態(tài)平衡，構(gòu)成人類生存與發(fā)展的基本性的 支撐。舉目古今中外，社會的進(jìn)步與發(fā)展無不與森林的消長、林業(yè)的興衰息息相關(guān)，森林與林業(yè)是社會文明的重要標(biāo)志。地球生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及產(chǎn)生這些服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)本身對地球生命支持系統(tǒng)功能的發(fā)揮是至關(guān)重要的。它們直接或間接地改善著人類的福利，并因此體現(xiàn)了全球總經(jīng)濟(jì)價(jià)值的一部分。特別是隨著世界的人口巨增、資源危機(jī)、環(huán)境惡化、隨著人們對人類可持續(xù)發(fā)展的追求與渴望，森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能相對更為重要也將更加倍受重生視。

　　我國的自然環(huán)境先天脆弱，而且原始森林長期受到破壞，導(dǎo)致作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主 體的森林面積不足，目前森林覆蓋率僅為13.92%，且分布不均;致使我國生態(tài)環(huán)境不斷惡化，水土流失和各種自然災(zāi)害嚴(yán)重而且頻繁發(fā)生。因此我國積極開展封山育林，植樹造林，隨著中國造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火工作成為首要任務(wù)。

　　火災(zāi)是森林頭號敵人，一旦發(fā)生，不只是燒毀成片的森林，傷害林內(nèi)的動物，而且還降低森林的更新能力，引起土壤的貧瘠和破壞森林涵養(yǎng)水源的作用，甚而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境失去平衡。隨著中國造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火工作成為首要任務(wù)。森林防火必須貫徹“預(yù)防為主，積極撲救”的方針，真正做到早發(fā)現(xiàn)、早解決。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　視頻監(jiān)控設(shè)備以及直觀的信息采集方式在森林防火中發(fā)揮這越來越重要的作用，目前基于無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和智能分析的智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于火災(zāi)探測技術(shù)，林火信息化指揮系統(tǒng)。整個(gè)森林防火遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)由林區(qū)監(jiān)控中心、無線傳輸系統(tǒng)（圖2），以及前端監(jiān)控點(diǎn)構(gòu)成。 該系統(tǒng)是以森林火情監(jiān)測為主，將GIS技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等高新技術(shù)綜合應(yīng)用于森林資源管理中的高科技產(chǎn)品，還可以對森林資源、生態(tài)環(huán)境、森林病蟲害及野生動物等進(jìn)行有效監(jiān)控。

　　整個(gè)森林防火遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)需要解決好如下幾個(gè)問題：如何給設(shè)備取電問題;視頻信號傳輸問題;火智能識別;防雷防風(fēng)防水問題;野外設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng),有效防止設(shè)備丟失和人為破壞。

　　前端監(jiān)控點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　前端監(jiān)控點(diǎn)，一般設(shè)置在林區(qū)各消防望塔制高點(diǎn)上，包括彩轉(zhuǎn)黑低照度全天候攝像機(jī)、數(shù)字云臺控制系統(tǒng)、視頻服務(wù)器，用于采集監(jiān)控現(xiàn)場的視頻圖像信息，然后傳送到智能圖像處理器。根據(jù)不同的應(yīng)用場合以及對監(jiān)控性能的不同需求，可選擇相應(yīng)性能的攝像機(jī)、相機(jī)鏡頭。智能圖像處理器是智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)的核心，依據(jù)煙火的視頻圖像特征，利用各種圖像處理技術(shù)對數(shù)字化處理視頻信號進(jìn)行圖像處理和分析、判斷，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域的煙火檢測，用戶可以根據(jù)應(yīng)用場合對檢測參數(shù)(如最小檢測范圍、檢測區(qū)域、告警級別)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，方便靈活。[nextpage]

　　無線傳輸配置說明

　　各監(jiān)控點(diǎn)通過無線傳輸系統(tǒng)，將圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，無線網(wǎng)絡(luò)基站由無線網(wǎng)橋系統(tǒng)構(gòu)成;監(jiān)控中心通過無線監(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面現(xiàn)場實(shí)時(shí)圖像，而且還可以對前端攝像機(jī)焦距和云臺運(yùn)動進(jìn)行操作和控制，通過云臺的實(shí)時(shí)角度數(shù)據(jù)回傳，結(jié)合GIS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的精確定位，滿足當(dāng)前森林防火的各種要求。采用無線方式，架設(shè)方便，運(yùn)行、維護(hù)成本低，周期短。本方案的設(shè)計(jì)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工可行性等多方面因素，力求做到最優(yōu)。

　　根據(jù)上述描述，考慮到現(xiàn)行主要無線產(chǎn)品都是基于IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)镮EEE 802.11b的產(chǎn)品都是工作在2.4G Hz的無線頻率上，是國家開放的民用頻率不需要在國家無線電委員會申請和備案。為了避免頻道干擾，以及無線需要的穩(wěn)定性，安全性，所以我們采用IEEE802.11a產(chǎn)品作為無線橋接主干設(shè)備（圖3）。

　　無線傳輸技術(shù)特性(802.11標(biāo)準(zhǔn))具有帶寬大、低成本、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)?？垢蓴_是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比如信號擴(kuò)頻寬度為100倍。窄帶干擾基本上不起作用。而寬帶干擾的強(qiáng)度降低了100倍，如要保持原干擾強(qiáng)度，則需加大100倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號進(jìn)行干擾。在不知道信號的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。隱蔽性好。因?yàn)樾盘栐诤軐挼念l帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾?？苟鄰礁蓴_。在無線通信中，抗多徑問題一直是難以解決的問題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強(qiáng)的有用信號，也可把多個(gè)路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。

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　　野外供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　前端監(jiān)控點(diǎn)基本都是在在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，所以用電網(wǎng)送電就顯得很不合理，而只能在當(dāng)?shù)刂苯影l(fā)電。要解決長期穩(wěn)定可靠的供電問題，只能依賴當(dāng)?shù)氐淖匀荒茉?。在各種能源中，太陽能和風(fēng)能是最普遍的自然資源，也是取之不盡，用之不竭的可再生能源。出于實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的考慮，風(fēng)能和太陽能成為獨(dú)立電源系統(tǒng)能量來源的最佳選擇。但是，實(shí)踐證明，無論是風(fēng)能還是太陽能，都受到自然資源條件的各種限制。有鑒于此，如果能把風(fēng)能和太陽能有機(jī)的結(jié)合起來，使它們互為補(bǔ)充，共同成為獨(dú)立電源系統(tǒng)的能量來源，那就必將成為最經(jīng)濟(jì)、最合理的供電系統(tǒng)，也將較好的解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電困難的問題。

　　防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　視頻監(jiān)控基站和信號中繼基站多已位于山區(qū)或郊外較空曠地區(qū)，金屬構(gòu)架的鐵塔由于相對位置較高，是最易引發(fā)雷擊的目標(biāo)，鐵塔一旦遭受雷擊，基站內(nèi)設(shè)備將位于雷電干擾中心(直擊雷干擾半徑為500m)，內(nèi)部引線將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)，這種干擾甚至直接作用于基站內(nèi)各種設(shè)備的線路板，而造成其損壞。另外雷電的電磁感應(yīng)、二次效應(yīng)以及地線的反擊都會對基站內(nèi)設(shè)備造成危害。所以對于高山和野外基站，作好直擊雷防護(hù)至關(guān)重要，必須架設(shè)避雷針，安裝防雷器，做好接地工作。

　　通過遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)，智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)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)場圖像實(shí)時(shí)傳回指揮中心，智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守不間斷工作，自動對視頻圖像信息進(jìn)行分析判斷;及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的異常煙霧和火災(zāi)苗頭，以最快、最佳的方式進(jìn)行告警和提供有用信息;能有效的協(xié)助消防人員處理火災(zāi)危機(jī)，并最大限度的降低誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象;同時(shí)還可查看現(xiàn)場實(shí)時(shí)圖像，根據(jù)直觀的畫面直接指揮調(diào)度救火。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)過程，為火情的預(yù)防、治理提供真實(shí)有效的歷史資料。

　　利用GIS(地理信息系統(tǒng))對發(fā)生的火情、火警區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定位，并實(shí)時(shí)做出分析判斷，確定撲救方案，即通過指揮中心可完成對林場各個(gè)地區(qū)的通訊指揮工作，同時(shí)在指揮中心可以實(shí)現(xiàn)對火情地區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制功能。以指揮中心為核心將各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)辦公的信息化網(wǎng)絡(luò)化，通過有線、無線調(diào)度系統(tǒng)完成對下屬部門的命令發(fā)布、工作查詢、人員調(diào)配工作;同時(shí)把監(jiān)控系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)進(jìn)行無縫結(jié)合，完成對林區(qū)的監(jiān)控、以及資源調(diào)查工作。同時(shí)對大量資料數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存、處理和分析，對今后的森林防火預(yù)防工作起到指導(dǎo)和參考決策價(jià)值。

　　結(jié)語

　　“森林防火數(shù)字智能化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)”避免了原始人工望觀察火情的局限，實(shí)現(xiàn)了林區(qū)管理數(shù)字化、科學(xué)化，大大減少了林業(yè)部門的費(fèi)用支出和管理成本，提高了林區(qū)企業(yè)的效應(yīng)。為了增強(qiáng)對森林火險(xiǎn)的預(yù)測、預(yù)報(bào)以及對林火的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)能力，提高對森林火災(zāi)事件的快速反應(yīng)、組織指揮調(diào)度能力，有效地防止、減少森林火災(zāi)的發(fā)生，國內(nèi)各地林業(yè)部門都在積極地評估及應(yīng)用新技術(shù)。NPE將智能視頻煙火監(jiān)控系統(tǒng)與以地理信息系統(tǒng)為平臺的林火預(yù)測、預(yù)報(bào)系統(tǒng)以及輔助決策系統(tǒng)相結(jié)合的森林防火信息系統(tǒng)方案無疑具有比較廣闊的應(yīng)用前景。