无线视频传输系统在航空护林中的应用测试

江西军，刘世明，王志龙，王振师，覃秀蝶

（1.广东省航空护林站，广东 广州 510520；2.深圳市慧明捷科技有限公司，广东 深圳 518100；3.梅州市森林防火监测中心，广东 梅州 514000；4.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520）

航空护林是森林管理和森林防火的重要组成部分，是一项长期的工作[1]。广东省是我国森林防火的重点省份之一，全省陆地面积17.8万km2，至2014年底，全省林业用地面积1 096.25万hm2，森林面积达1 082.79万hm2，森林蓄积量达5.47亿m3。广东省内地势北高南低，境内山地、平原、丘陵纵横交错。北部南岭地区的典型植被为亚热带山地常绿阔叶林，中部为亚热带常绿季雨林，南部为热带常绿季雨林，主要以针叶林、中幼林为主[2]。为做好森林航空消防工作，广东省成立了省航空护林站，并建立了航空护林基地，在森林特别防护期租用M-26、K-32、M-171、EC225、AS350-B3等型号的直升机，开展空中巡护和吊桶洒水直接灭火工作。结合直升机巡航范围大、机动灵活的特点，通过在直升机上安装摄像机和无线传输发射系统，在航空护林基地设置接收和监控系统，把巡护飞行和火场扑救情况实时传输到各级森林防火指挥中心，可实现对森林火灾的大面积监控和森林火灾现场扑救的实时调度指挥[3]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本次试验选择在云浮市罗定机场，机场经纬度为22°42′04″N、111°36′05″E，海拔55 m。该机场是广东省云浮森林航空消防基地的主作业机场，共设巡护飞行航线19条，巡护半径达180 km，覆盖云浮、茂名、江门、阳春、肇庆市等广东省的主要林区。主要山脉包括天雾山、云雾山和云开大山，最高峰位于茂名信宜市的大田顶（1 703 m），最低海拔与海平面持平，高千米以上的大山有40余座，地形复杂，沟壑纵深，并且相对高差大。测试飞行航线为GD-314，航线两侧20 km范围内的500 m以上的高山有20余座。

1.2 材料

1.2.1 直升机

本次试验选用K-32直升机。该直升机是俄罗斯卡莫夫直升机公司专为消防设计研制的双发通用直升机，装备两台TB3-117BMA型燃气涡轮发动机，不加副油箱续航时间为2.5 h，航空护林灭火有效作业半径为80 km；受航行管制规定，巡护飞行的高度为真高600 m以下，单架次飞行的有效巡护面积达400 km×30 km。

1.2.2 无线视频传输系统

该系统包括前端的云台、摄像机、发射机和天线等设备，后端有接收天线、接收机和监控设备等。本次试验采用慧明捷无线图像传输设备，前端为型号HMJ300C-TC的便携式图像发射机，接收端为型号HMJ300C-T的机架式基站，均为高清图像1080 P标准。采用便携式摄像机和30倍变焦镜头。发射机放在直升机乘坐室内，引出馈线到天线，天线固定在直升机脚架位置，如图1所示。发射机将现场拍摄的画面以超短波方式发射，由设置在罗定机场的接收系统接收，在监控屏幕显示出前端拍摄到的画面，也可通过市网传输到各级森林防火指挥部。

图1 便携式发射机和发射天线位置

1.3 测试方法

在K-32直升机上将拍摄的境况通过发射机实时转发，由设置在基地（罗定机场）的接收机接收。接收天线安装在罗定机场办公楼顶，天线离地面高约12 m，接收机安置在一楼，天线和接收机通过馈线连接。机架式高清接收机接收到的视频经HDMI高清线传输给会议室的投影仪。通过直升机飞行距离和接收天线的高度设置，测试不同距离下视频信号传输及接收效果。

测试日期为2017年12月20日。当天天气晴，无持续风向，微风，气温为5～18℃。飞行路线为图2中GD-314航线，即罗定机场-九江镇-大塘镇-罗定机场。飞行高度为真高300 m和600 m，其中：罗定机场-九江镇为真高300 m；九江镇-大塘镇-罗定机场为真高600 m。

图2 飞行航线示意图（罗定机场-九江镇-大塘镇-罗定机场）

2 结果与分析

2.1 视频传输距离与效果

2.1.1 真高300 m飞行

K-32直升机携带摄像机、便携式高清图像发射机和发射天线等从罗定机场起飞，向江门鹤山九江镇方向飞行60 km范围内，设置在罗定机场会议室的接收系统能接收到从飞机上传回来的高清1080 P视频信号，图像清晰；当飞行距离大于60 km，接收到的图像逐渐出现马赛克，信号也断断续续，接收系统接收的信号逐渐减弱直至消失。

2.1.2 真高600 m飞行

在直升机由大塘镇向罗定机场飞行的过程中，在距机场70 km的范围内，设置在罗定机场会议室的接收系统可接收到从飞机上传回来的高清1080 P视频信号，图像清晰；当在距离罗定机场70 km范围外的区域内，无法接收到图像信号。

2.2 接收天线设置高度对接收效果的影响

在本次测试中，接收天线设置在三层楼顶天台上时，设置高度约12 m，预测其接收距离约35 km；通过飞行测试，有效的传输与接收距离达到了70 km。如果能将接收天线、接收机等设置在现有的通信基站铁塔上，预设高度100 m，其能接收的有效距离可达到100 km以上。按照测试的传输距离与效果分析，若能在每个县（市、区）的通信基站铁塔上设置3～4套无线视频接收系统，通过航空护林，对整个区域的护林防火将发挥有效监控作用。

2.3 直升机与无线图像传输监控系统的应用

直升机在护林防火中具有机动灵活的特点，在机上设置无线视频传输系统，在通信基站铁塔设置接收系统，通过光纤或市网传输至森林防火指挥部。这可以确保在直升机的飞行巡查中，把实时信息传输到森林防火指挥部，从而大大提高对森林火灾的早期预警，实现对森林火灾打早、打小的目的。在森林火灾扑救和自然灾害救援中，将情况及时反馈到指挥部，对采取更加有效的措施都将具有重要帮助作用。直升机与无线图像传输监控系统的应用拓扑图，如图3所示。

图3 直升机与无线图像传输系统应用拓扑图

3 结论与讨论

3.1 无线视频传输系统在航空护林中的应用意义重大

无线视频传输技术是较为成熟的通信技术。在航空护林直升机上配置无线视频传输系统，在直升机护林巡航时将森林的情况发送到森林防火指挥中心，如果在巡查中发现森林火情，指挥中心能及时和全面地了解现场情况，及时组织和指挥扑火力量前往扑救；相应也可对传输的实时信息进行评估和分析，及时对扑救方案进行调整。已建设完成的基站，为今后应用无人机进行常态化的护林巡航提供重要基础。

3.2 无线视频传输系统前端要求

无线图像传输系统前端是信息采取和发送。为达到最大的巡航护林效果，应充分利用现有的无线基站和设备做好接收网点的建设，规划好巡航飞行的线路，使飞行线路与基站间的距离在无线视频传输的有效接收距离之内。保证飞机上的前端整个系统操作简单、携带方便，设备抗干扰能力强、传输距离远传输稳定，系统具有较强的可扩展性和实用性，并符合相关的技术规范要求和严谨的加密功能，避免非法接收。

3.3 无线图像传输系统对地面基站要求

各市可设立不同数量的同频组网基站，并依托地面有线专网实现基站的联网，将直升机采集的图像信息通过各个基站实时传回各级森林防火指挥中心。主要技术要求是，单个基站的无线信号覆盖范围为70～100 km的空对地传输距离，基站与指挥中心的信息传输建成独立的4G专网传输系统，基站传输1 080 P/I全高清图像信息，并兼容标准清图像信息的传输。整个系统具备技术发展和业务增加的扩展能力，相应可单独增加前端通信设备或后端接收设备，以节省项目运行成本。

[1]李世奇，张林生.关于航空护林事业发展中几个问题的探讨[J].森林防火,2000 ，（1）:34-35.

[2]广东林业.林业概况[EB/OL].[2018-01-22].https://www.gdf.gov.cn/index.php?action=view&controller=front&id=10084.

[3]谢应敏，张汉彪，胡鸣.K-32A直升机的引进意义及其在森林防火中的应用[J].森林防火，2009 ，（1）：56-59.