森林防火系統(tǒng)是主要用于野外遠距離傳輸，一般山頂上的監(jiān)控點距離監(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，無線的傳輸方式成為森林防火遠程視頻監(jiān)控工程的首要傳輸方式。

　　森林防火遠程視頻傳輸采用WLAN技術(shù)

　　無線傳輸技術(shù)在森林防火遠程視頻監(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。

　　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)則適用于干擾較嚴重、環(huán)境較復(fù)雜的地方。模擬微波雖然具有無壓縮損耗，幾乎不會產(chǎn)生延時、視頻質(zhì)量高、造價便宜等優(yōu)勢，但因其采用模擬調(diào)頻技術(shù)，僅適合點對點視距傳輸，并且沒有調(diào)制校準過程，抗干擾性差，且調(diào)試復(fù)雜，受環(huán)境氣候的影響，不能多種信號同時傳輸、容易被雷擊、難于集中管理，目前已逐漸退出市場。

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

　　嚴格意義上，WLAN技術(shù)屬于數(shù)字微波的一類，數(shù)字微波雖然擁有強大技術(shù)優(yōu)勢，但其高價格導(dǎo)致其應(yīng)用的局限性(主要用于軍事無線通信系統(tǒng)、運營商干線傳輸備份及補充等)。但基于IEEE802.11協(xié)議的WLAN技術(shù)以其低廉的價格，免費ISM公共頻段(工業(yè)、科研和醫(yī)學(xué))，2.4GHz及5.8GHz)，同時結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)，以無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)特征對比 [nextpage]

　　WLAN應(yīng)用案例分析

　　浙江省某地市林區(qū)森林防火無線視頻監(jiān)控工程，第一期共建50個監(jiān)控點，分屬于6個林區(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)控平臺內(nèi)，最終將納入國家林業(yè)部森林防火監(jiān)控平臺管理系統(tǒng)(如圖1)。

圖1   浙江某地市森林防火無線視頻監(jiān)控方案

　　過去，該地市森林防火視頻監(jiān)控畫面均采用模擬微波進行傳輸，本次改造前，用戶結(jié)合項目情況，對模擬微波技術(shù)、數(shù)字微波技術(shù)、WLAN技術(shù)進行了詳細的了解與對比，得益于WLAN無線技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢及價格低廉，用戶最終全部采用WLAN無線網(wǎng)橋進行系統(tǒng)的部署與建設(shè)。下面將通過案例分析，對WLAN技術(shù)進行詳細闡述。

　　豐富的組網(wǎng)模式

　　上述案例中，6個林區(qū)環(huán)境復(fù)雜，前端監(jiān)控點與監(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)控點分布散、范圍廣，這給系統(tǒng)的建設(shè)帶來了很大的困難(這也是用戶對原有模擬微波系統(tǒng)改造的原因之一)。WLAN可以提供多樣化、靈活的組網(wǎng)方案(點到點模式、點到多點模式、中繼模式)，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境制定了最佳的無線傳輸方案，完全克服了這些困難，并且設(shè)備安裝快速、調(diào)試方便，后期管理與維護簡單，大大節(jié)省了人力、物力、財力的投入。

　　提供高帶寬與極低視頻傳輸延時保障

　　實時圖像傳輸、清晰視頻畫面是本次項目用戶提出的重要且第一需求。每一個監(jiān)控點均需監(jiān)控方圓數(shù)公里的林場環(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、搭配長焦電動鏡頭<20?100倍>)攝像機，同時前端視頻服務(wù)器提供標清或高清圖像質(zhì)量(D1、720p、1080i)，單路視頻碼流可達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)的強項，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傳輸。

　　其次，本次項目中所采用的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)備對圖像傳輸造成的時延降至最低(100?200ms)。另外，可降低視頻處理及傳輸時延的一系列先進技術(shù)也應(yīng)用到本項目中，如關(guān)鍵幀保護、內(nèi)核編程等，完全滿足了用戶對實時性、極低時延、流暢清晰視頻圖像提出的要求。 [nextpage]

　　長距離無線傳輸

　　經(jīng)過測試，項目中各個林區(qū)前端監(jiān)控點到林區(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，需要進行長距離監(jiān)控畫面?zhèn)鬏?。為此，我們利用WLAN技術(shù)的優(yōu)勢，從兩個方面針對性的對設(shè)備進行了傳輸優(yōu)化：首先，針對傳輸(視距<指監(jiān)控點與監(jiān)控中心之間無遮擋物>與非視距傳輸<監(jiān)控點與監(jiān)控中心間至少有一個遮擋物>)，設(shè)備提供可靠、穩(wěn)定的無線發(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，使前端林場視頻圖像可傳輸數(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)。

　　高度安全的數(shù)據(jù)加密與認證

　　本項目中，用戶對無線的安全性曾提出過質(zhì)疑，擔(dān)心視頻圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)被非法截取后進行修改，傳回監(jiān)控中心不再是原有實時畫面。為此，我們與用戶進行了安全技術(shù)交流：WLAN能夠提供多種方式的數(shù)據(jù)加密、安全認證，及授權(quán)訪問機制(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，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

　　在項目實施過程中，我們切身領(lǐng)教了森林防火工程現(xiàn)場的惡劣環(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)均能滿足項目需要的環(huán)境適應(yīng)能力。

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

　　管理靈活，效率高

　　在過去的幾年中，項目因使用傳統(tǒng)模擬微波設(shè)備，其單向傳輸、控制信號與視頻信號分離、易受干擾的缺點，導(dǎo)致系統(tǒng)的管理與維護非常困難，當信號發(fā)生中斷或異常時，均需要專業(yè)工程技術(shù)人員趕至前端去檢測或維護，但基于WLAN技術(shù)的無線網(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，可在遠程實現(xiàn)系統(tǒng)配置、設(shè)備調(diào)試與維護、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)控管理軟件平臺中，對前端網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、DVR等)，WLAN傳輸設(shè)備進行配置即可;這對于需要管理動輒在數(shù)十甚至成百上千平方公里林區(qū)范圍內(nèi)的數(shù)個視頻監(jiān)控點，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;同時便于網(wǎng)絡(luò)的升級和對新業(yè)務(wù)的及時響應(yīng)。

　　結(jié)語

　　保護森林，對保護生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。森林防火遠程視頻監(jiān)控，充分運用網(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。