江西軍，劉世明，王志龍，王振師，覃秀蝶

（1.廣東省航空護林站，廣東 廣州 510520；2.深圳市慧明捷科技有限公司，廣東 深圳 518100；3.梅州市森林防火監(jiān)測中心，廣東 梅州 514000；4.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520）

航空護林是森林管理和森林防火的重要組成部分，是一項長期的工作[1]。廣東省是我國森林防火的重點省份之一，全省陸地面積17.8萬km2，至2014年底，全省林業(yè)用地面積1 096.25萬hm2，森林面積達1 082.79萬hm2，森林蓄積量達5.47億m3。廣東省內(nèi)地勢北高南低，境內(nèi)山地、平原、丘陵縱橫交錯。北部南嶺地區(qū)的典型植被為亞熱帶山地常綠闊葉林，中部為亞熱帶常綠季雨林，南部為熱帶常綠季雨林，主要以針葉林、中幼林為主[2]。為做好森林航空消防工作，廣東省成立了省航空護林站，并建立了航空護林基地，在森林特別防護期租用M-26、K-32、M-171、EC225、AS350-B3等型號的直升機，開展空中巡護和吊桶灑水直接滅火工作。結(jié)合直升機巡航范圍大、機動靈活的特點，通過在直升機上安裝攝像機和無線傳輸發(fā)射系統(tǒng)，在航空護林基地設置接收和監(jiān)控系統(tǒng)，把巡護飛行和火場撲救情況實時傳輸?shù)礁骷壣址阑鹬笓]中心，可實現(xiàn)對森林火災的大面積監(jiān)控和森林火災現(xiàn)場撲救的實時調(diào)度指揮[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本次試驗選擇在云浮市羅定機場，機場經(jīng)緯度為22°42′04″N、111°36′05″E，海拔55 m。該機場是廣東省云浮森林航空消防基地的主作業(yè)機場，共設巡護飛行航線19條，巡護半徑達180 km，覆蓋云浮、茂名、江門、陽春、肇慶市等廣東省的主要林區(qū)。主要山脈包括天霧山、云霧山和云開大山，最高峰位于茂名信宜市的大田頂（1 703 m），最低海拔與海平面持平，高千米以上的大山有40余座，地形復雜，溝壑縱深，并且相對高差大。測試飛行航線為GD-314，航線兩側(cè)20 km范圍內(nèi)的500 m以上的高山有20余座。

1.2 材料

1.2.1 直升機

本次試驗選用K-32直升機。該直升機是俄羅斯卡莫夫直升機公司專為消防設計研制的雙發(fā)通用直升機，裝備兩臺TB3-117BMA型燃氣渦輪發(fā)動機，不加副油箱續(xù)航時間為2.5 h，航空護林滅火有效作業(yè)半徑為80 km；受航行管制規(guī)定，巡護飛行的高度為真高600 m以下，單架次飛行的有效巡護面積達400 km×30 km。

1.2.2 無線視頻傳輸系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括前端的云臺、攝像機、發(fā)射機和天線等設備，后端有接收天線、接收機和監(jiān)控設備等。本次試驗采用慧明捷無線圖像傳輸設備，前端為型號HMJ300C-TC的便攜式圖像發(fā)射機，接收端為型號HMJ300C-T的機架式基站，均為高清圖像1080 P標準。采用便攜式攝像機和30倍變焦鏡頭。發(fā)射機放在直升機乘坐室內(nèi)，引出饋線到天線，天線固定在直升機腳架位置，如圖1所示。發(fā)射機將現(xiàn)場拍攝的畫面以超短波方式發(fā)射，由設置在羅定機場的接收系統(tǒng)接收，在監(jiān)控屏幕顯示出前端拍攝到的畫面，也可通過市網(wǎng)傳輸?shù)礁骷壣址阑鹬笓]部。

圖1 便攜式發(fā)射機和發(fā)射天線位置

1.3 測試方法

在K-32直升機上將拍攝的境況通過發(fā)射機實時轉(zhuǎn)發(fā)，由設置在基地（羅定機場）的接收機接收。接收天線安裝在羅定機場辦公樓頂，天線離地面高約12 m，接收機安置在一樓，天線和接收機通過饋線連接。機架式高清接收機接收到的視頻經(jīng)HDMI高清線傳輸給會議室的投影儀。通過直升機飛行距離和接收天線的高度設置，測試不同距離下視頻信號傳輸及接收效果。

測試日期為2017年12月20日。當天天氣晴，無持續(xù)風向，微風，氣溫為5～18℃。飛行路線為圖2中GD-314航線，即羅定機場-九江鎮(zhèn)-大塘鎮(zhèn)-羅定機場。飛行高度為真高300 m和600 m，其中：羅定機場-九江鎮(zhèn)為真高300 m；九江鎮(zhèn)-大塘鎮(zhèn)-羅定機場為真高600 m。

圖2 飛行航線示意圖（羅定機場-九江鎮(zhèn)-大塘鎮(zhèn)-羅定機場）

2 結(jié)果與分析

2.1 視頻傳輸距離與效果

2.1.1 真高300 m飛行

K-32直升機攜帶攝像機、便攜式高清圖像發(fā)射機和發(fā)射天線等從羅定機場起飛，向江門鶴山九江鎮(zhèn)方向飛行60 km范圍內(nèi)，設置在羅定機場會議室的接收系統(tǒng)能接收到從飛機上傳回來的高清1080 P視頻信號，圖像清晰；當飛行距離大于60 km，接收到的圖像逐漸出現(xiàn)馬賽克，信號也斷斷續(xù)續(xù)，接收系統(tǒng)接收的信號逐漸減弱直至消失。

2.1.2 真高600 m飛行

在直升機由大塘鎮(zhèn)向羅定機場飛行的過程中，在距機場70 km的范圍內(nèi)，設置在羅定機場會議室的接收系統(tǒng)可接收到從飛機上傳回來的高清1080 P視頻信號，圖像清晰；當在距離羅定機場70 km范圍外的區(qū)域內(nèi)，無法接收到圖像信號。

2.2 接收天線設置高度對接收效果的影響

在本次測試中，接收天線設置在三層樓頂天臺上時，設置高度約12 m，預測其接收距離約35 km；通過飛行測試，有效的傳輸與接收距離達到了70 km。如果能將接收天線、接收機等設置在現(xiàn)有的通信基站鐵塔上，預設高度100 m，其能接收的有效距離可達到100 km以上。按照測試的傳輸距離與效果分析，若能在每個縣（市、區(qū)）的通信基站鐵塔上設置3～4套無線視頻接收系統(tǒng)，通過航空護林，對整個區(qū)域的護林防火將發(fā)揮有效監(jiān)控作用。

2.3 直升機與無線圖像傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的應用

直升機在護林防火中具有機動靈活的特點，在機上設置無線視頻傳輸系統(tǒng)，在通信基站鐵塔設置接收系統(tǒng)，通過光纖或市網(wǎng)傳輸至森林防火指揮部。這可以確保在直升機的飛行巡查中，把實時信息傳輸?shù)缴址阑鹬笓]部，從而大大提高對森林火災的早期預警，實現(xiàn)對森林火災打早、打小的目的。在森林火災撲救和自然災害救援中，將情況及時反饋到指揮部，對采取更加有效的措施都將具有重要幫助作用。直升機與無線圖像傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的應用拓撲圖，如圖3所示。

圖3 直升機與無線圖像傳輸系統(tǒng)應用拓撲圖

3 結(jié)論與討論

3.1 無線視頻傳輸系統(tǒng)在航空護林中的應用意義重大

無線視頻傳輸技術(shù)是較為成熟的通信技術(shù)。在航空護林直升機上配置無線視頻傳輸系統(tǒng)，在直升機護林巡航時將森林的情況發(fā)送到森林防火指揮中心，如果在巡查中發(fā)現(xiàn)森林火情，指揮中心能及時和全面地了解現(xiàn)場情況，及時組織和指揮撲火力量前往撲救；相應也可對傳輸?shù)膶崟r信息進行評估和分析，及時對撲救方案進行調(diào)整。已建設完成的基站，為今后應用無人機進行常態(tài)化的護林巡航提供重要基礎。

3.2 無線視頻傳輸系統(tǒng)前端要求

無線圖像傳輸系統(tǒng)前端是信息采取和發(fā)送。為達到最大的巡航護林效果，應充分利用現(xiàn)有的無線基站和設備做好接收網(wǎng)點的建設，規(guī)劃好巡航飛行的線路，使飛行線路與基站間的距離在無線視頻傳輸?shù)挠行Ы邮站嚯x之內(nèi)。保證飛機上的前端整個系統(tǒng)操作簡單、攜帶方便，設備抗干擾能力強、傳輸距離遠傳輸穩(wěn)定，系統(tǒng)具有較強的可擴展性和實用性，并符合相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求和嚴謹?shù)募用芄δ?，避免非法接收?/p>

3.3 無線圖像傳輸系統(tǒng)對地面基站要求

各市可設立不同數(shù)量的同頻組網(wǎng)基站，并依托地面有線專網(wǎng)實現(xiàn)基站的聯(lián)網(wǎng)，將直升機采集的圖像信息通過各個基站實時傳回各級森林防火指揮中心。主要技術(shù)要求是，單個基站的無線信號覆蓋范圍為70～100 km的空對地傳輸距離，基站與指揮中心的信息傳輸建成獨立的4G專網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，基站傳輸1 080 P/I全高清圖像信息，并兼容標準清圖像信息的傳輸。整個系統(tǒng)具備技術(shù)發(fā)展和業(yè)務增加的擴展能力，相應可單獨增加前端通信設備或后端接收設備，以節(jié)省項目運行成本。

[1]李世奇，張林生.關(guān)于航空護林事業(yè)發(fā)展中幾個問題的探討[J].森林防火,2000 ，（1）:34-35.

[2]廣東林業(yè).林業(yè)概況[EB/OL].[2018-01-22].https://www.gdf.gov.cn/index.php?action=view&controller=front&id=10084.

[3]謝應敏，張漢彪，胡鳴.K-32A直升機的引進意義及其在森林防火中的應用[J].森林防火，2009 ，（1）：56-59.