基于微波技术的森林防火监控系统.pdf

第3 5 卷第1 2 期华中科技大学学报(自然科学版)V 0 1 3 5N o 1 22 0 0 7 年1 2 月J H u a z h o n gU n i v o fS c i T e c h(N a t u r eS c i e n c eEdjtion)Dec2 0 0 7基于微波技术的森林防火监控系统杨帆彭宏伟赵党军李国平(武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉4 3 0 0 7 3)摘要：设计了森林防火监控系统该系统主要由视频信号采集、信号传输、区森林防火指挥中心、视频会议和山下护林员办公室5 部分组成数据采集部分采用目本c B c 生产的H 3 0 2 1 0 1 5 A M s 高倍镜头、松下w v C P 4 7 0 高清晰度彩色摄像机以及Y A 4 0 3 高灵敏度拾音器采集视频音频信号；信号传输部分采用无线微波传输方式，选用S u n e t 2 4 2 0 作为无线网桥实现微波信号的收发；区森林防火指挥中心采用一台D E L L 主控计算机，将其连接到S 1 6 0 0 e-R 的视频音频网络服务器，以控制图像的显示、存储、报警及画面切换，用S m a r t s i g h tn D v R 监控软件对信号采集设备(云台、镜头等)进行控制运行结果显示：与常规的“地面巡护”、“望台观测”森林监控方法相比，该系统保证能以较快的速度和较高的效率预防并扑灭森林火灾关键词：无线微波传输；视频信号；视频音频网络服务器；监控软件中图分类号：T P 2 7 3文献标识码：A文章编号；1 6 7 1 4 5 1 2(2 0 0 7)1 2 一0 0 5 0-0 3T h em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e mo ff O r e s tf i r e p r o o f i n go nm i c r o w a V et e c h n o l o g yy a 竹gF 口咒P P 以gH o 以g 硼P iZ 矗n oD 口起g J“挖L iG“o 户i 靠g(C o l l e g eo fE l e c t r o n i ca n dI n f o m a t i o nE n g j n e e r i n g，W u h a nI n s t；t u t eo fT e c h n o l o g y，W u h a n4 3 0 0 7 3，C h i n a)A b s t r a c t：D e s i g n e dw a st h ef o r e s tf i r e p r o o f i n gs y s t e m T h es y s t e mw a sc o n s t r u c t e do r g a n i c a l l yf r o mf i v ep a r t s：v i d e os i g n a la c q u i s i t i o n，s i g n a lt r a n s m i s s i o n，c o m m a n dc e n t e r，v i d e om e e t i n ga n dd e f e n d i n gs t u f fo f f i c e H i g hr a t i oz o o m1 e n sH 3 0 2 1 015 A M Sp r o d u c e db yJ a p a n e s eC B C，h i g hd e f i n i t i o nc o l o r i z e dv i d e oc a m e r aa n dh i g h s e n s i t i v i t yp i c k u pw e r eu s e di nt h es y s t e mt om a k et h ea c q u i s i t i o no fv i d e o a u d i os i g n a l s W i r e l e s sm i c r o w a v et r a n s m i s s i o nw a st h er i g h tc h o i c ef o rt h i sd e s i g n，i nw h i c ht h el i n kw a sc o n s t r u c t e dw i t ht h eh e l po fS u n e t 2 4 2 0f u n c t i o n sa st h ew i r e l e s sb r i d g e Ad e l lc o m p u t e rw a st h em a i np a r to ft h ec o m m a n dc e n t e ro ft h es y s t e m U s i n gi tc o n n e c t e dw i t hS l6 0 0 e Rv i d e o a u d i on e t w o r ks e r v e r，i tc o n t r o l e dt h ed i s p l a ya n ds t o r a g eo ft h ei m a g ea n dt h es w i t c h i n gt oa l a r m i n gi n t e r f a c e U s i n gt h eS m a r t s i g h tn D V Rm o n i t o r i n gs o f t w a r et oc o n t r o lt h es i g n a lg a t h e r i n ge q u i p m e n t(1 e n s，f r o n t l i n ep r o p a g a n d aa n ds oo n)T h er e s u l td i s p l a y i n g，w h i c hh a dg u a r a n t e e dt h eg o a l t h em o r eq u i c k e r s p e e da n dt h em o r ee f f i c i e n c yt oc o n t r 0 1t h ef o r e s tf i r e sc o m p a r e dw i t hg r o u n ds c o u ta n dl o o k o u to b s e r v a t i o n K e yw o r d s：w i r e l e s sm i c r o w a v et r a n s m i s s i o n；v i d e os i g n a l；v i d e o a u d i on e t w o r ks e r v e r；m o n i t o rs o f t W a r e森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，在世界各地频繁发生建造一个合适的森林防火监控系统对减少灾害的发生具有很大的现实意义近年来，国内外关于这些方面的研究很多，但收稿日期：2 0 0 6 1 0 一2 7 作者简介：杨帆(1 9 6 6 一)，女，教授；武汉，武汉工程大学电气信息学院(4 3 0 0 7 3)E-m a n：y a n g f a n l8 8 m a i l w i t h e d u c n基金项目：湖北省教育厅基金资助项目(2 0 0 6 0 2 7)万方数据第1 2 期杨帆等：基于微波技术的森林防火监控系统5 1 是真正能用于实际、发挥实效的很少基于此，针对武汉市蔡甸区的九真山森林，采用微波传输技术，设计了一个实时森林防火监控系统该系统效果明显，具有较好的实际应用价值1系统结构设计考虑森林防火监控系统的特殊性，硬件的选择参照文献 2 的要求系统的总体结构图如图1所示采用分块化的设计思路，把系统分成：I 监视学像机l广天2II 视频音频编码器卜叫以太网交换机卜叫无线以太网桥云台视频会议计算机k 天一路由器H 防火墙H 以太网交换机H 无线以太网Iffl 监控台网络视频音频解码器视频音频网络服务器(备用I 电视墙I图1 系统结构图a 视频采集选择松下W V C P 4 7 0 系列彩色转黑白巡视摄像机，日本C B C 电动三可变长焦距镜头为了适应山顶室外恶劣的环境，选用Y A A N 全天候中型负载云台解码器是与主机配套使用的终端控制设备，选用P E 5 1 3 1 X 解码器为了监听山顶铁塔周围的声音，选用Y A 4 0 3 高灵敏度拾音器b 微波信号传输九真山海拔1 7 8m，到蔡甸区指挥中心距离约1 5k m，蔡甸区海拔3 0m，若铺设光缆则费用高、工期长而山顶到蔡甸区森林防火指挥中心，中间无障碍物及影响微波的反射物，满足微波传输通道的要求因而系统设计采用无线微波专用通信网络微波通信有模拟和数字微波通信两种，由于数字微波通信系统将监控图像、监控信号、数据信号预先通过数字视频音频服务器，按一定方式转化为2M b i t s，射频工作频段为2 1 4G H z，标准配置的传输视距达5k m，配以高增益天线的传输距离达5 0k m，符合系统设计需求，因而选用数字微波通信方式微波传输中采用带宽扩频技术，依据F c C(f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i t t e e)的规定，无限刚络1 1 l 扩频技术的应用频率范围设置在9 0 2 9 2 8M H z 及2 4 2 4 8 4G H z 两个频段，没有所谓使用权的限制括频技术又分为“跳频技术(F H s s)”与“直接序列(D S S s)”两种方式D S S S采用全频带传送，速度快，适应于固定环境中对传输品质要求高的应用领域森林监控系统的通信端是固定不变的，而且要求传输的图像质量很高，因而该系统采用直接序列扩频技术选取S u n e t 2 4 2 0 作为2 4G b i t 的无线网桥，工业级的光纤收发器 3“c 区森林防火指挥中心选用S u n e t 2 4 2 0 作为2 4G b i t 的无线网桥，选用D e U 服务器作为网络视频音频服务器的计算机硬件采用和S 1 6 0 0编码解码器紧密集成的S m a r t S i g h tn D V R 网络视频音频服务器软件 5 ，两台T P L I N KT L S F 3 1 1 7 P 企业级的网络交换机作为区指挥中心主干网络设备 2 d 视频会议部分该部分由视频摄像机和拾音器组成选用的E V I D 1 0 0 P(P A L)摄像机速度高、在宽视场范围内旋转倾斜运作安静，同时具有4 0 倍变焦并设计手机短信模块以方便随时联系相关部门，使其在任何地方都可以了解整个森林的状态，采用W A V E C O M 工业手机模块 5 7 e 山下护林员办公室在各山顶附近合适的地方设置护林员办公室，将山顶摄像机观察到的情况及时传到护林员办公室这样护林员可以在其办公室内通过计算机对摄像机进行控制，及时掌握山林具体情况发现异常情况，可及时向区指挥中心报警设计采用T P L I N KT L S F l 0 0 5 D5端口1 0 1 0 0M b i t 的以太网交换机选用P E 5 1 2 1分控键盘，通过它对全方位摄像机可实现云台上下左右水平扫描移动，可拉近、推远图像，并可调节图像的清晰度2 系统软件设计系统软件开发采用S Q Ls e r v e r 数据库、V i s u a lC+6 0，可在W I N D o W SN T，9 8 2 0 0 0平台下运行为方便系统进一步扩充以及程序的修改和维护，软件设计采用C S 模式系统软件结构如图2 所示在客户方采用多线程的形式主线程是用户接口线程，包括：视频窗口管理模块、视频图像处理模块、视频矩阵控制模块、系统外设控制模块、报警电子布防图显示模块和通信模块；子线程负责4 8 5 总线上总线设备控制信号的发送，报警信息的采集和预处理以及总线设备异常检测处理等在服务方面，主要有系统管理模块(包括用户权限和账户管理模块)、解码器控制模块、通信模块、客户机异常处理模块 8 完成各模块的软件设市指挥中心万方数据5 2 华中科技大学学报(自然科学版)第3 5 卷报警信息的采集和处理总线设备控制信号发送总线设备异常监测及处理客户力)(服务器方通信接口控制用户权限及账户管理解码器控制通信模块客户机异常处理图2 系统软件结构框图计工作后，可以通过控制主机上的图像软伊S m a r t S i g h tN D V R 控制云台，以选择观察监视的地点系统程序设计的核心问题是如何快速有效地实现网络上数据的交换，如何有效地实现对云台、摄像机等远程终端设备的控制设计 8 1 1 1 篇幅所限，具体程序从略3 系统运行结果系统在实际运行中实现了如下功能：a 系统管理功能在主机上对用户权限设置以及账户管理，包括用户密码设定、操作员以及管理员登录等b 可配置独立工作站或网络客户端及服务器模式，并对监控点进行管理，可随时增加或删除监控点c 1 6 路多画面视频窗口显示，可自动或手动切换视频并设置每一路的属性，任意切选图像进行观察，还可以进行视频捕捉或记录d 能控制镜头的变倍、变焦、变光圈还可控制云台的转动e 可实现电子地图控制网络多媒体视频监控系统的用户，可以自行制作监控示意图和各类监控设备图标根据地图间的从属关系，用户可以在地图上设置区域地图图标；根据监控区域的具体布防情况，在地图上敲击区域地图图标就能够直接进入该地域的地图f 智能化查寻和回放功能，完成对硬盘的智能化管理，根据用户不同要求自动管理多媒体文件在硬盘上的存取g 联动报警功能当前的监控系统设计了报警联动模块，以便快速及时同相关部门(如1 1 0，1 1 2，1 1 9)作好灾情控制该系统已成功应用于蔡甸区嵩阳山、九真山林区及国家重点风景保护区磨山防火监控通过森林防火实时监控系统在无雾的情况下可以看到监控点周围5 1 0k m 的范围，极大地扩大了探测范围系统通过了武汉市计防办、防雷中心及相关专家组的鉴定该系统可以推广到所有的森林防火监控，只是不同地理条件监控点数不同，也可以广泛应用于远程港口监控、铁路实时监控、银行监控、小区监控等多种场合参考文献 1 岳金柱，冯仲科森林火灾扑救风险管理问题的探讨与研究 J 中国安全科学学报，2 0 0 6，1 6(2)t1 2 0 一1 2 5 2 四川省建设厅G B 5 0 3 4 3-2 0 0 4，建设部建标 2 0 0 2 4 3号语文北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 3 3 D a n i e lJs，P e t e rAs A n t i f a d i n gt e c h n o l o g yi nd i g i t a lm i c r o w a v ec o m m u n i c i a t i o n J I n t e r n a t i o n aJ o u r n a lo fF n g i I l c c r i n gS c i e n c e，1 9 9 6，2 0(3)：3 9 8 4 0 5 4 M i c h a c lB，c l i n tsw A d a p t i v eT r a n s m i s s i o nf o rD i r e c t S e q u c n c eS p r e a d S p e c t r u mC o m m u n i c a t i o n so v e rM u l t i p a t hc h a n n e l s J I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fW i r e l e s sl n f o r m a t i o nN e t w o r k s，2 0 0 0，7(2)：10 6 8 9 6 0 5 5 c a iF u q i n g，z h uH u a b i n g，w a n gs h u z o n g R e s e a r c ho nt h ec o m p u t e rm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e mo fd i e s e lm o t o r J c o n t r o l&A u t o m a t i o n，2 0 0 6，1 9(6)：4 2 4 3 6 李培燕关于远程视频监控系统的研究 J 现代计算机，2 0 0 2(4)：2 1 1 0 9 7 C a oJ，J a r v i ssA，S a i n i s，e ta 1 A r m s f a na g e n t b a s e dr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mf o rg r i dc o m p u t i n g J S c i e n t i f i cp r o g r a m m i n g，2 0 0 2，1 0(2)：1 3 5 1 4 8 8 W a n gY u a n f e i，Z h a n gC h a o S t u d yo ni n t e g r a t i o no fg e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dr e a 卜t i m ec o n t r o ls y s t e mb a s e do nA g e n ta r c h i t e c t u r e J J o u r n a lo fS y s t e m sE n g i n e e r i n ga n dE l e c t r o n i c s，2 0 0 4，1 5(4)：6 2 0 6 2 7 9 P h a mPP c o m p r e h e n s i v eA n a l y s i so ft h eI E E E8 0 2 1 1 J M o b i l eN e t w o r k sa n da p p l i c a t i o n s，2 0 0 5，1 0：6 9 1 7 0 3 1 0 吴海良，裴先登，L i uLM 基于背包理论的无线通信数据包优化调度算法 J 华中科技大学学报：自然科学版，2 0 0 6，3 4(1 1)：3 5 3 7 1 1 肖迎元，刘云生，廖国琼，等分布式实时事务一阶段实时提交口 华中科技大学学报：自然科学版，2 0 0 6，3 4(3)：1 4 一一一一一一一一一一一一万方数据基于微波技术的森林防火监控系统基于微波技术的森林防火监控系统作者：杨帆，彭宏伟，赵党军，李国平，Yang Fan，Peng Hongwei，Zhao Dangjun，LiGuoping作者单位：武汉工程大学,电气信息学院,湖北,武汉,430073刊名：华中科技大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY(NATURE SCIENCE)年，卷(期)：2007，35(12)被引用次数：1次 参考文献(11条)参考文献(11条)1.肖迎元;刘云生;廖国琼 分布式实时事务一阶段实时提交期刊论文-华中科技大学学报(自然科学版)2006(03)2.Pham P P Comprehensive Analysis of the IEEE 802.11 20053.Wang Yuanfei;Zhang Chao Study on integration of geographical information system and real-timecontrol system based on Agent architecture期刊论文-Journal of Systems Engineering and Electronics2004(04)4.Cao J;Jarvis S A;Sainis Arms:an agentbased resource management system for grid computing 2002(02)5.李培燕 关于远程视频监控系统的研究期刊论文-现代计算机（专业版）2002(04)6.Cai Fuqing;Zhu Huabing;Wang Shuzong Research on the computer monitoring and control system ofdiesel motor期刊论文-Control&Automation 2006(06)7.Michael B;Clint S W Adaptive Transmission for Direct-Sequence Spread-Spectrum Communications overMultipath Channels 2000(02)8.Daniel J S;Peter A S Antifading technology in digital microwave communiciation 1996(03)9.四川省建设厅 GB 50343-2004.建设部建标200243号语文 200310.吴海良;裴先登;Liu L M 基于背包理论的无线通信数据包优化调度算法期刊论文-华中科技大学学报(自然科学版)2006(11)11.岳金柱;冯仲科 森林火灾扑救风险管理问题的探讨与研究期刊论文-中国安全科学学报 2006(02)相似文献(1条)相似文献(1条)1.会议论文 苑雷 公安交通移动视频监控系统方案简述 2008 由于大量的交通事故或交通事件发生在山区等通讯条件较差的地区，因此传统的有线视频传输方式和无线微波传输方式均无法实现视频信号的实时传输。为此，探索利用无线公共传输网传输视频信号成为目前紧迫的任务，同时，由于公安专网与互联网的物理隔绝要求，对无线视频系统提出了更高的要求。本文利用流媒体技术，较好解决了无线公网视频传输与公安专网信号交换的矛盾，取得了较好的效果。引证文献(1条)引证文献(1条)1.彭文标.易庆林.李海军.刘馨琼.严朝军 远程视频会议系统的设计与实现期刊论文-电视技术 2009(10)本文链接：http:/