森林防火系統(tǒng)是主要用于野外遠(yuǎn)距離傳輸，一般山頂上的監(jiān)控點(diǎn)距離監(jiān)控中心有幾公里或者幾十公里的距離。森林防火系統(tǒng)往往受到地理環(huán)境(高山深谷等)、氣候條件(風(fēng)雨雷電等)、林場(chǎng)環(huán)境(瀕死木、枯立木、風(fēng)倒木、易燃物等)等諸多因素的影響，因此，部署并搭建穩(wěn)定、快速、隨時(shí)隨地的突發(fā)與惡性事件信息傳輸通道，成為森林防火必要而有力的保障。由于森林山區(qū)的特殊性，在高山布線不但成本高，而且架設(shè)不方便，施工難度大，因此采取有線的方式不太現(xiàn)實(shí)，無(wú)線的傳輸方式成為森林防火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控工程的首要傳輸方式。

　　森林防火遠(yuǎn)程視頻傳輸采用WLAN技術(shù)

　　無(wú)線傳輸技術(shù)在森林防火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控傳輸主要有模擬微波以及數(shù)字微波，兩種技術(shù)各有特點(diǎn)。

　　模擬微波技術(shù)采用L波段(0.9G-2.0GHz)、S波段(2.3-2.7GHz)，這兩種波段適用于干擾較小的地方;Ku波段(10.0G-13.0GHz)則適用于干擾較嚴(yán)重、環(huán)境較復(fù)雜的地方。模擬微波雖然具有無(wú)壓縮損耗，幾乎不會(huì)產(chǎn)生延時(shí)、視頻質(zhì)量高、造價(jià)便宜等優(yōu)勢(shì)，但因其采用模擬調(diào)頻技術(shù)，僅適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距傳輸，并且沒有調(diào)制校準(zhǔn)過(guò)程，抗干擾性差，且調(diào)試復(fù)雜，受環(huán)境氣候的影響，不能多種信號(hào)同時(shí)傳輸、容易被雷擊、難于集中管理，目前已逐漸退出市場(chǎng)。

　　數(shù)字微波技術(shù)基于時(shí)分復(fù)用技術(shù)，信號(hào)的傳送是按照時(shí)隙位置分列復(fù)用而成的統(tǒng)一數(shù)字流，具有綜合傳輸(同時(shí)傳輸視頻、音頻、數(shù)據(jù))的性質(zhì)。另外，它利用微波信道來(lái)傳送信息，擁有很寬的通過(guò)頻帶，可以復(fù)用大量的數(shù)字信號(hào)(寬帶高速數(shù)據(jù))，且抗干擾能力強(qiáng)、保密性好，同樣的發(fā)射功率傳輸距離更遠(yuǎn)，受地形或障礙物影響較小、接口豐富、擴(kuò)展能力強(qiáng)、環(huán)境和氣候影響小等優(yōu)勢(shì)，在無(wú)線通信領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

　　嚴(yán)格意義上，WLAN技術(shù)屬于數(shù)字微波的一類，數(shù)字微波雖然擁有強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但其高價(jià)格導(dǎo)致其應(yīng)用的局限性(主要用于軍事無(wú)線通信系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)商干線傳輸備份及補(bǔ)充等)。但基于IEEE802.11協(xié)議的WLAN技術(shù)以其低廉的價(jià)格，免費(fèi)ISM公共頻段(工業(yè)、科研和醫(yī)學(xué))，2.4GHz及5.8GHz)，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)，以無(wú)線多址信道作為傳輸媒介，已開始在森林防火視頻監(jiān)控項(xiàng)目中大規(guī)模應(yīng)用(如表1)。

表1   數(shù)字微波與WLAN技術(shù)主要技術(shù)特征對(duì)比 [nextpage]

　　WLAN應(yīng)用案例分析

　　浙江省某地市林區(qū)森林防火無(wú)線視頻監(jiān)控工程，第一期共建50個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，分屬于6個(gè)林區(qū)，每林區(qū)6-10路圖像，監(jiān)控畫面需全部上傳至地市林業(yè)局監(jiān)控中心，監(jiān)控點(diǎn)部署完成后，將視頻接入浙江省林業(yè)局森林防火監(jiān)控平臺(tái)內(nèi)，最終將納入國(guó)家林業(yè)部森林防火監(jiān)控平臺(tái)管理系統(tǒng)(如圖1)。

圖1   浙江某地市森林防火無(wú)線視頻監(jiān)控方案

　　過(guò)去，該地市森林防火視頻監(jiān)控畫面均采用模擬微波進(jìn)行傳輸，本次改造前，用戶結(jié)合項(xiàng)目情況，對(duì)模擬微波技術(shù)、數(shù)字微波技術(shù)、WLAN技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的了解與對(duì)比，得益于WLAN無(wú)線技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及價(jià)格低廉，用戶最終全部采用WLAN無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行系統(tǒng)的部署與建設(shè)。下面將通過(guò)案例分析，對(duì)WLAN技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

　　豐富的組網(wǎng)模式

　　上述案例中，6個(gè)林區(qū)環(huán)境復(fù)雜，前端監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心有些在視距范圍內(nèi)，有些中間被山頭或高大的林木阻隔，并且監(jiān)控點(diǎn)分布散、范圍廣，這給系統(tǒng)的建設(shè)帶來(lái)了很大的困難(這也是用戶對(duì)原有模擬微波系統(tǒng)改造的原因之一)。WLAN可以提供多樣化、靈活的組網(wǎng)方案(點(diǎn)到點(diǎn)模式、點(diǎn)到多點(diǎn)模式、中繼模式)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境制定了最佳的無(wú)線傳輸方案，完全克服了這些困難，并且設(shè)備安裝快速、調(diào)試方便，后期管理與維護(hù)簡(jiǎn)單，大大節(jié)省了人力、物力、財(cái)力的投入。

　　提供高帶寬與極低視頻傳輸延時(shí)保障

　　實(shí)時(shí)圖像傳輸、清晰視頻畫面是本次項(xiàng)目用戶提出的重要且第一需求。每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)均需監(jiān)控方圓數(shù)公里的林場(chǎng)環(huán)境，不僅部署了熱成像儀，還采用高清晰(1/2CCD)日夜型(彩轉(zhuǎn)黑、可感紅外、搭配長(zhǎng)焦電動(dòng)鏡頭<20?100倍>)攝像機(jī)，同時(shí)前端視頻服務(wù)器提供標(biāo)清或高清圖像質(zhì)量(D1、720p、1080i)，單路視頻碼流可達(dá)4?8Mfps，這就需要傳輸設(shè)備提供高帶寬傳輸通道。而這恰恰是WLAN技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)，它能夠提供從11Mbps至54Mbps，以及最新的300Mbps的傳輸速率，滿足單路至多路圖像同時(shí)傳輸。

　　其次，本次項(xiàng)目中所采用的WLAN網(wǎng)橋設(shè)備，均使用了高性能交換處理芯片，成倍增加視頻數(shù)據(jù)流的處理速度，IP數(shù)據(jù)包封裝與解封裝周期更短，使設(shè)備對(duì)圖像傳輸造成的時(shí)延降至最低(100?200ms)。另外，可降低視頻處理及傳輸時(shí)延的一系列先進(jìn)技術(shù)也應(yīng)用到本項(xiàng)目中，如關(guān)鍵幀保護(hù)、內(nèi)核編程等，完全滿足了用戶對(duì)實(shí)時(shí)性、極低時(shí)延、流暢清晰視頻圖像提出的要求。 [nextpage]

　　長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸

　　經(jīng)過(guò)測(cè)試，項(xiàng)目中各個(gè)林區(qū)前端監(jiān)控點(diǎn)到林區(qū)本地監(jiān)控中心距離約在5KM至25KM，且身處高山谷地，環(huán)境惡劣，需要進(jìn)行長(zhǎng)距離監(jiān)控畫面?zhèn)鬏?。為此，我們利用WLAN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從兩個(gè)方面針對(duì)性的對(duì)設(shè)備進(jìn)行了傳輸優(yōu)化：首先，針對(duì)傳輸(視距<指監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心之間無(wú)遮擋物>與非視距傳輸<監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心間至少有一個(gè)遮擋物>)，設(shè)備提供可靠、穩(wěn)定的無(wú)線發(fā)射功率;其次，使用高增益、小角度、低風(fēng)阻定向天線，搭建高度適合的站點(diǎn)，使前端林場(chǎng)視頻圖像可傳輸數(shù)公里至數(shù)十公里(受地表曲面影響，超出50KM距離，需建中繼站點(diǎn))。

　　高度安全的數(shù)據(jù)加密與認(rèn)證

　　本項(xiàng)目中，用戶對(duì)無(wú)線的安全性曾提出過(guò)質(zhì)疑，擔(dān)心視頻圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)被非法截取后進(jìn)行修改，傳回監(jiān)控中心不再是原有實(shí)時(shí)畫面。為此，我們與用戶進(jìn)行了安全技術(shù)交流：WLAN能夠提供多種方式的數(shù)據(jù)加密、安全認(rèn)證，及授權(quán)訪問(wèn)機(jī)制(WEP、WPA、WPA2、WAPI、802.1x、Radius等)，除了早期WEP加密方式(因其密碼在空中為明文傳輸易被破譯)目前不被采用，其他的方案均能為用戶圖像及數(shù)據(jù)提供高安全保護(hù)，特別是WPA2(與802.1x組合)及WAPI方案，幾乎可以免受一切攻擊，保障系統(tǒng)的視頻安全傳輸及信息數(shù)據(jù)安全。

　　良好的環(huán)境適應(yīng)性

　　在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，我們切身領(lǐng)教了森林防火工程現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境：崇山峻嶺、懸崖峭壁、氣候多變(風(fēng)、雨、雷、電、高低溫等)，不僅需要工程技術(shù)人員有良好的身體素質(zhì)，最根本是要求設(shè)備與技術(shù)均能滿足項(xiàng)目需要的環(huán)境適應(yīng)能力。

　　從項(xiàng)目實(shí)施后的測(cè)試分析，WLAN無(wú)線技術(shù)具備良好環(huán)境適應(yīng)性，抗干擾力強(qiáng)，雨、霧、沙塵暴等惡劣環(huán)境對(duì)其信號(hào)影響較小(在5.8GHz頻段，即使是150mm/h降雨量的暴雨，每公里信號(hào)衰減仍小于1dB)。另外，從設(shè)備的物理防護(hù)設(shè)計(jì)(IP67等級(jí))完全滿足項(xiàng)目環(huán)境對(duì)室外高低溫、風(fēng)雨雷電等高等級(jí)防火要求。

　　管理靈活，效率高

　　在過(guò)去的幾年中，項(xiàng)目因使用傳統(tǒng)模擬微波設(shè)備，其單向傳輸、控制信號(hào)與視頻信號(hào)分離、易受干擾的缺點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)的管理與維護(hù)非常困難，當(dāng)信號(hào)發(fā)生中斷或異常時(shí)，均需要專業(yè)工程技術(shù)人員趕至前端去檢測(cè)或維護(hù)，但基于WLAN技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)橋部署后，基于TCP/IP的特性，使其具備了高度可管理的特性;同時(shí)，可在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置、設(shè)備調(diào)試與維護(hù)、安全與性能設(shè)定、多用戶權(quán)限更改等各種管理功能，只需在中心的監(jiān)控管理軟件平臺(tái)中，對(duì)前端網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、DVR等)，WLAN傳輸設(shè)備進(jìn)行配置即可;這對(duì)于需要管理動(dòng)輒在數(shù)十甚至成百上千平方公里林區(qū)范圍內(nèi)的數(shù)個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)，提供了極大的便利，管理人員在監(jiān)控中心即可完成相關(guān)操作，最大程度的降低了管理維護(hù)成本，降低設(shè)備復(fù)雜度及網(wǎng)管系統(tǒng)綜合成本;降低管理人員工作復(fù)雜度和工作量;同時(shí)便于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和對(duì)新業(yè)務(wù)的及時(shí)響應(yīng)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　保護(hù)森林，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。森林防火遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)，并且氣象科學(xué)、遙感技術(shù)、激光、通訊和航空航天等多技術(shù)相結(jié)合，多角度、全方位構(gòu)建森林防火體系，節(jié)省了大量的人力、物力資源，有效控制了森林火災(zāi)的發(fā)生，提升了森林防火綜合能力，降低森林火災(zāi)的損失。