WLAN构建森林防火远程视频监控传输通道

我国森林防火系统从上世纪50年代至今，在林火预测预报、红外线监测林火、雷达监测林火、激光监测林火、卫星遥感监测林火、通讯、人工降雨灭火、飞机灭火以及计算机林火管理系统等多个方面进行了建设与应用，取得了长足的进步。

　　森林防火系统是主要用于野外远距离传输，一般山顶上的监控点距离监控中心有几公里或者几十公里的距离。森林防火系统往往受到地理环境(高山深谷等)、气候条件(风雨雷电等)、林场环境(濒死木、枯立木、风倒木、易燃物等)等诸多因素的影响，因此，部署并搭建稳定、快速、随时随地的突发与恶性事件信息传输通道，成为森林防火必要而有力的保障。由于森林山区的特殊性，在高山布线不但成本高，而且架设不方便，施工难度大，因此采取有线的方式不太现实，无线的传输方式成为森林防火远程视频监控工程的首要传输方式。

　　森林防火远程视频传输采用WLAN技术

　　无线传输技术在森林防火远程视频监控传输主要有模拟微波以及数字微波，两种技术各有特点。

　　模拟微波技术采用L波段(0.9G-2.0GHz)、S波段(2.3-2.7GHz)，这两种波段适用于干扰较小的地方;Ku波段(10.0G-13.0GHz)则适用于干扰较严重、环境较复杂的地方。模拟微波虽然具有无压缩损耗，几乎不会产生延时、视频质量高、造价便宜等优势，但因其采用模拟调频技术，仅适合点对点视距传输，并且没有调制校准过程，抗干扰性差，且调试复杂，受环境气候的影响，不能多种信号同时传输、容易被雷击、难于集中管理，目前已逐渐退出市场。

　　数字微波技术基于时分复用技术，信号的传送是按照时隙位置分列复用而成的统一数字流，具有综合传输(同时传输视频、音频、数据)的性质。另外，它利用微波信道来传送信息，拥有很宽的通过频带，可以复用大量的数字信号(宽带高速数据)，且抗干扰能力强、保密性好，同样的发射功率传输距离更远，受地形或障碍物影响较小、接口丰富、扩展能力强、环境和气候影响小等优势，在无线通信领域应用比较广泛。

　　严格意义上，WLAN技术属于数字微波的一类，数字微波虽然拥有强大技术优势，但其高价格导致其应用的局限性(主要用于军事无线通信系统、运营商干线传输备份及补充等)。但基于IEEE802.11协议的WLAN技术以其低廉的价格，免费ISM公共频段(工业、科研和医学)，2.4GHz及5.8GHz)，同时结合计算机网络与无线通信技术，以无线多址信道作为传输媒介，已开始在森林防火视频监控项目中大规模应用(如表1)。

　　表1数字微波与WLAN技术主要技术特征对比

　　WLAN应用案例分析

　　浙江省某地市林区森林防火无线视频监控工程，第一期共建50个监控点，分属于6个林区，每林区6-10路图像，监控画面需全部上传至地市林业局监控中心，监控点部署完成后，将视频接入浙江省林业局森林防火监控平台内，最终将纳入国家林业部森林防火监控平台管理系统(如图1)。

　　图1浙江某地市森林防火无线视频监控方案

　　过去，该地市森林防火视频监控画面均采用模拟微波进行传输，本次改造前，用户结合项目情况，对模拟微波技术、数字微波技术、WLAN技术进行了详细的了解与对比，得益于WLAN无线技术的技术优势及价格低廉，用户最终全部采用WLAN无线网桥进行系统的部署与建设。下面将通过案例分析，对WLAN技术进行详细阐述。

　　丰富的组网模式

　　上述案例中，6个林区环境复杂，前端监控点与监控中心有些在视距范围内，有些中间被山头或高大的林木阻隔，并且监控点分布散、范围广，这给系统的建设带来了很大的困难(这也是用户对原有模拟微波系统改造的原因之一)。WLAN可以提供多样化、灵活的组网方案(点到点模式、点到多点模式、中继模式)，根据现场环境制定了最佳的无线传输方案，完全克服了这些困难，并且设备安装快速、调试方便，后期管理与维护简单，大大节省了人力、物力、财力的投入。

　　提供高带宽与极低视频传输延时保障

　　实时图像传输、清晰视频画面是本次项目用户提出的重要且第一需求。每一个监控点均需监控方圆数公里的林场环境，不仅部署了热成像仪，还采用高清晰(1/2CCD)日夜型(彩转黑、可感红外、搭配长焦电动镜头<20?100倍>)摄像机，同时前端视频服务器提供标清或高清图像质量(D1、720p、1080i)，单路视频码流可达4?8Mfps，这就需要传输设备提供高带宽传输通道。而这恰恰是WLAN技术的强项，它能够提供从11Mbps至54Mbps，以及最新的300Mbps的传输速率，满足单路至多路图像同时传输。

　　其次，本次项目中所采用的WLAN网桥设备，均使用了高性能交换处理芯片，成倍增加视频数据流的处理速度，IP数据包封装与解封装周期更短，使设备对图像传输造成的时延降至最低(100?200ms)。另外，可降低视频处理及传输时延的一系列先进技术也应用到本项目中，如关键帧保护、内核编程等，完全满足了用户对实时性、极低时延、流畅清晰视频图像提出的要求。

　　长距离无线传输

　　经过测试，项目中各个林区前端监控点到林区本地监控中心距离约在5KM至25KM，且身处高山谷地，环境恶劣，需要进行长距离监控画面传输。为此，我们利用WLAN技术的优势，从两个方面针对性的对设备进行了传输优化：首先，针对传输(视距<指监控点与监控中心之间无遮挡物>与非视距传输<监控点与监控中心间至少有一个遮挡物>)，设备提供可靠、稳定的无线发射功率;其次，使用高增益、小角度、低风阻定向天线，搭建高度适合的站点，使前端林场视频图像可传输数公里至数十公里(受地表曲面影响，超出50KM距离，需建中继站点)。

　　高度安全的数据加密与认证

　　本项目中，用户对无线的安全性曾提出过质疑，担心视频图像及相关数据被非法截取后进行修改，传回监控中心不再是原有实时画面。为此，我们与用户进行了安全技术交流：WLAN能够提供多种方式的数据加密、安全认证，及授权访问机制(WEP、WPA、WPA2、WAPI、802.1x、Radius等)，除了早期WEP加密方式(因其密码在空中为明文传输易被破译)目前不被采用，其他的方案均能为用户图像及数据提供高安全保护，特别是WPA2(与802.1x组合)及WAPI方案，几乎可以免受一切攻击，保障系统的视频安全传输及信息数据安全。

　　良好的环境适应性

　　在项目实施过程中，我们切身领教了森林防火工程现场的恶劣环境：崇山峻岭、悬崖峭壁、气候多变(风、雨、雷、电、高低温等)，不仅需要工程技术人员有良好的身体素质，最根本是要求设备与技术均能满足项目需要的环境适应能力。

　　从项目实施后的测试分析，WLAN无线技术具备良好环境适应性，抗干扰力强，雨、雾、沙尘暴等恶劣环境对其信号影响较小(在5.8GHz频段，即使是150mm/h降雨量的暴雨，每公里信号衰减仍小于1dB)。另外，从设备的物理防护设计(IP67等级)完全满足项目环境对室外高低温、风雨雷电等高等级防火要求。

　　管理灵活，效率高

　　在过去的几年中，项目因使用传统模拟微波设备，其单向传输、控制信号与视频信号分离、易受干扰的缺点，导致系统的管理与维护非常困难，当信号发生中断或异常时，均需要专业工程技术人员赶至前端去检测或维护，但基于WLAN技术的无线网桥部署后，基于TCP/IP的特性，使其具备了高度可管理的特性;同时，可在远程实现系统配置、设备调试与维护、安全与性能设定、多用户权限更改等各种管理功能，只需在中心的监控管理软件平台中，对前端网络视频设备(网络摄像机、网络视频服务器、DVR等)，WLAN传输设备进行配置即可;这对于需要管理动辄在数十甚至成百上千平方公里林区范围内的数个视频监控点，提供了极大的便利，管理人员在监控中心即可完成相关操作，最大程度的降低了管理维护成本，降低设备复杂度及网管系统综合成本;降低管理人员工作复杂度和工作量;同时便于网络的升级和对新业务的及时响应。

　　结语

　　保护森林，对保护生态环境具有十分重要的意义。森林防火远程视频监控，充分运用网络信息化技术，并且气象科学、遥感技术、激光、通讯和航空航天等多技术相结合，多角度、全方位构建森林防火体系，节省了大量的人力、物力资源，有效控制了森林火灾的发生，提升了森林防火综合能力，降低森林火灾的损失。