機載衛星通信森林預警系統的設計及實現范文

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摘要：根據森林消防預警預報的實際需要，提出了一種機載衛星通信森林消防預警預報系統，并對機載平臺及機載光電吊艙、通信網絡、音視頻傳輸、存儲和虛擬專用網絡傳輸等進行設計。系統以運-12運輸機作為機載平臺，利用機載光電吊艙對林區進行可見光和紅外巡查，采集的信息經衛星通信和地面網傳至指揮中心，并在GIS地圖上顯示飛行軌跡和可疑火點，極大地提高了森林監護工作效率和快速反應能力。

關鍵詞：森林防火預警；衛星通信；機載吊艙；GIS地圖

森林是一種重要的自然資源，具有涵養水源、保持水土、調節氣候、降低噪音等作用，但是森林卻面臨著各種各樣的災害，其中森林火災給森林帶來的災害位于亂砍濫伐、病害蟲害等所有森林災害之首，因此，森林火災的預警預報就顯得尤為重要。隨著森林火災預警預報的技術不斷完善，航空護林在森林防火中所起的作用越來越大，以其機動靈活性和“發現早、行動快、滅在小”的優勢，已成為森林火災預警預報中不可替代的手段[1-3]。孫麗崢[4]提出了利用機載無線圖像傳輸系統實現了高速移動中實時高質量圖像，但是傳輸距離只有40公里，傳輸距離有限。本文以運-12運輸機為載體，在飛機上安裝動中通天線、機載光電吊艙、音視頻傳輸等設備，利用“中星6A”衛星提供傳輸鏈路，在運-12巡航范圍內，實現森林可見光圖像、紅外圖像等信息實時存儲和回傳，并在后端GIS地圖軟件上對飛行軌跡、可疑火源標注，制作火場態勢圖，既可以將采集到的火場信息進行存檔，建立防火信息庫，又可以供林業相關人員察看和研判。

一、系統設計

（一）設計原則

1.可靠性：通信鏈路采用可靠的衛星通信，衛星通信具有覆蓋廣、受天氣和地形影響較小等優點，確保國內所有林區均可覆蓋到。

2.全天時性：選用機載光電吊艙對森林區域進行可見光觀察和紅外視頻探測，可在白天或夜晚、晴天或霧霾等條件下全天時的進行觀測。

3.靈活性：機載動中通天線和地面站“點對點”傳輸，借助于移動、聯通等地面網或無線網，建立VPN通道，可以靈活的將采集的視頻信息傳至指定地點。

4.實時性：可見光圖像、紅外圖像等信息實時回傳，同時飛行軌跡和可疑火源在GIS地圖上進行實時顯示。

5.可擴展性：在滿足當前功能需求的基礎上，預留接口，便于后期提升系統的整體性能。

（二）系統結構根據

（一）提出的設計原則。

二、系統設計與實現

（一）系統組成

系統主要由機載發射部分、衛星通信網絡傳輸部分和地面接收部分組成，其中機載發射部分主要由動中通天線、BUC、LNB、衛星調制解調器、機載光電吊艙、視頻會議終端、路由器、供電模塊等組成；衛星通信網絡主要包括“中星6A”及相應Ku波段轉發器；地面接收部分主要包括衛星地面站、VPN、顯示及調度平臺。

（二）分系統設計

1.機載平臺及機載光電吊艙系統的機載設備搭載于運-12運輸機，其航程可達1000多公里，滿足大多數林區的巡航要求。機載光電吊艙安裝于機翼下側，對林區進行可見光觀察和紅外探測，觀察員在機上通過操作平臺對吊艙進行操作，完成對巡護區域火情的搜索、觀察、定位等功能。

2.通信網絡為解決林區面積大、線路長、環境復雜等問題，同時保證音視頻、GPS數據等信息及時穩定的傳回指揮中心，系統采用衛星通信系統，主要是采用“中星6A”衛星。

3.音視頻傳輸及存儲系統配置麥克風，分別接入機載和指揮中心視頻會議終端，用來實現指揮中心和機載操作員的實時雙向對講。經機載光電吊艙采集的視頻信息，一路由硬盤錄像機進行存儲，用于后期對重點視頻信息的編輯與處理，繪制態勢圖并存入信息庫；另一路經視頻會議終端進行編碼，并通過衛星通信網絡傳至地面站。

4.VPNVPN技術是指在公共網絡中建立專用網絡，是“線路中的線路”，數據通過安全的“加密通道”在公共網絡中傳播，具有良好的保密性和抗干擾性。機載平臺的音視頻及數據信息傳送至地面站后，可以借助于公網，建立VPN通道，接到顯示器或者大屏后便可實時觀看傳回信息，終端主要接入設備只需要一臺具有VPN功能的路由器和視頻會議終端，部署靈活。

5.GIS平臺

利用GIS強大的地圖顯示、分析查詢、導航等功能，結合衛星通信和GPS等技術，實現位置信息的采集、巡查和林區狀態的實時監控，將火情信息與地理信息相結合，通過數據鏈路下傳到地面終端，同時對采集到的火場信息進行存檔，建立防火信息庫，提供森林防火的預警預報、輔助決策、信息等功能。

（三）系統實現

如圖3為巡查過程中所采集的可見光和紅外圖像。

三、結語

本文圍繞森林消防的預警預報，結合機載平臺、光電吊艙、衛星通信、音視頻傳輸和GIS地圖等設備或模塊，構建了機載衛星通信森林預警預報系統，實現了災前全過程、全方位、一體化的動態巡查和預警決策支撐平臺，為森林火災監測、預警、預報等提供技術支撐和實時依據，并為林區的日常管理提供有力保障。

參考文獻：

[1]蔣岳新,王新巖.森林防火應急多媒體VSAT通信系統的建立與應用[J].防火通信，2006,(02):36-38.

[2]張步春,周靖.森林消防大型通信指揮車在森林防火中的應用[J].森林撲救,2007,(04):32-33.

[3]蔡志勇,陳麗娜,張景忠,劉凱,李存宇,李丹丹.機載監測林火圖像無線傳輸系統的研究[J].林業科技,2011,(03):38-41.

[4]孫麗崢.淺析機載無線圖像傳輸系統在森林航空消防中的作用[J].河南林業科技,2014,(03):55-57.

作者：梁功權；張利；段世元；王威 單位：中電科信息產業有限公司，中國電子科技集團公司第二十七研究所