机载卫星通信森林预警系统的设计及实现范文

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摘要：根据森林消防预警预报的实际需要，提出了一种机载卫星通信森林消防预警预报系统，并对机载平台及机载光电吊舱、通信网络、音视频传输、存储和虚拟专用网络传输等进行设计。系统以运-12运输机作为机载平台，利用机载光电吊舱对林区进行可见光和红外巡查，采集的信息经卫星通信和地面网传至指挥中心，并在GIS地图上显示飞行轨迹和可疑火点，极大地提高了森林监护工作效率和快速反应能力。

关键词：森林防火预警；卫星通信；机载吊舱；GIS地图

森林是一种重要的自然资源，具有涵养水源、保持水土、调节气候、降低噪音等作用，但是森林却面临着各种各样的灾害，其中森林火灾给森林带来的灾害位于乱砍滥伐、病害虫害等所有森林灾害之首，因此，森林火灾的预警预报就显得尤为重要。随着森林火灾预警预报的技术不断完善，航空护林在森林防火中所起的作用越来越大，以其机动灵活性和“发现早、行动快、灭在小”的优势，已成为森林火灾预警预报中不可替代的手段[1-3]。孙丽峥[4]提出了利用机载无线图像传输系统实现了高速移动中实时高质量图像，但是传输距离只有40公里，传输距离有限。本文以运-12运输机为载体，在飞机上安装动中通天线、机载光电吊舱、音视频传输等设备，利用“中星6A”卫星提供传输链路，在运-12巡航范围内，实现森林可见光图像、红外图像等信息实时存储和回传，并在后端GIS地图软件上对飞行轨迹、可疑火源标注，制作火场态势图，既可以将采集到的火场信息进行存档，建立防火信息库，又可以供林业相关人员察看和研判。

一、系统设计

（一）设计原则

1.可靠性：通信链路采用可靠的卫星通信，卫星通信具有覆盖广、受天气和地形影响较小等优点，确保国内所有林区均可覆盖到。

2.全天时性：选用机载光电吊舱对森林区域进行可见光观察和红外视频探测，可在白天或夜晚、晴天或雾霾等条件下全天时的进行观测。

3.灵活性：机载动中通天线和地面站“点对点”传输，借助于移动、联通等地面网或无线网，建立VPN通道，可以灵活的将采集的视频信息传至指定地点。

4.实时性：可见光图像、红外图像等信息实时回传，同时飞行轨迹和可疑火源在GIS地图上进行实时显示。

5.可扩展性：在满足当前功能需求的基础上，预留接口，便于后期提升系统的整体性能。

（二）系统结构根据

（一）提出的设计原则。

二、系统设计与实现

（一）系统组成

系统主要由机载发射部分、卫星通信网络传输部分和地面接收部分组成，其中机载发射部分主要由动中通天线、BUC、LNB、卫星调制解调器、机载光电吊舱、视频会议终端、路由器、供电模块等组成；卫星通信网络主要包括“中星6A”及相应Ku波段转发器；地面接收部分主要包括卫星地面站、VPN、显示及调度平台。

（二）分系统设计

1.机载平台及机载光电吊舱系统的机载设备搭载于运-12运输机，其航程可达1000多公里，满足大多数林区的巡航要求。机载光电吊舱安装于机翼下侧，对林区进行可见光观察和红外探测，观察员在机上通过操作平台对吊舱进行操作，完成对巡护区域火情的搜索、观察、定位等功能。

2.通信网络为解决林区面积大、线路长、环境复杂等问题，同时保证音视频、GPS数据等信息及时稳定的传回指挥中心，系统采用卫星通信系统，主要是采用“中星6A”卫星。

3.音视频传输及存储系统配置麦克风，分别接入机载和指挥中心视频会议终端，用来实现指挥中心和机载操作员的实时双向对讲。经机载光电吊舱采集的视频信息，一路由硬盘录像机进行存储，用于后期对重点视频信息的编辑与处理，绘制态势图并存入信息库；另一路经视频会议终端进行编码，并通过卫星通信网络传至地面站。

4.VPNVPN技术是指在公共网络中建立专用网络，是“线路中的线路”，数据通过安全的“加密通道”在公共网络中传播，具有良好的保密性和抗干扰性。机载平台的音视频及数据信息传送至地面站后，可以借助于公网，建立VPN通道，接到显示器或者大屏后便可实时观看传回信息，终端主要接入设备只需要一台具有VPN功能的路由器和视频会议终端，部署灵活。

5.GIS平台

利用GIS强大的地图显示、分析查询、导航等功能，结合卫星通信和GPS等技术，实现位置信息的采集、巡查和林区状态的实时监控，将火情信息与地理信息相结合，通过数据链路下传到地面终端，同时对采集到的火场信息进行存档，建立防火信息库，提供森林防火的预警预报、辅助决策、信息等功能。

（三）系统实现

如图3为巡查过程中所采集的可见光和红外图像。

三、结语

本文围绕森林消防的预警预报，结合机载平台、光电吊舱、卫星通信、音视频传输和GIS地图等设备或模块，构建了机载卫星通信森林预警预报系统，实现了灾前全过程、全方位、一体化的动态巡查和预警决策支撑平台，为森林火灾监测、预警、预报等提供技术支撑和实时依据，并为林区的日常管理提供有力保障。

参考文献：

[1]蒋岳新,王新岩.森林防火应急多媒体VSAT通信系统的建立与应用[J].防火通信，2006,(02):36-38.

[2]张步春,周靖.森林消防大型通信指挥车在森林防火中的应用[J].森林扑救,2007,(04):32-33.

[3]蔡志勇,陈丽娜,张景忠,刘凯,李存宇,李丹丹.机载监测林火图像无线传输系统的研究[J].林业科技,2011,(03):38-41.

[4]孙丽峥.浅析机载无线图像传输系统在森林航空消防中的作用[J].河南林业科技,2014,(03):55-57.

作者：梁功权；张利；段世元；王威 单位：中电科信息产业有限公司，中国电子科技集团公司第二十七研究所