CN1081922A - 森林火灾监测通信系统 - Google Patents

Abstract

一种森林火灾监测通信系统，包括监测台、中继 台及中心台，以数话兼容终端机为核心的监测台被设 置在各了望台，它将采集的火情、火险、值守状态数据 及向中心台申请通话的拨码呼叫数据通过无线电信 道经被设置在了望台的以数话兼容终端机为核心的 中继台发射给被设置在林业局防火办的以通信前置 机为核心的中心台，中心台利用各种控制指令通过无 线电信道经中继台控制各监测台。完善地解决了森 林火灾监测通信的技术难题。

Description

本发明涉及森林火灾监测通信系统，特别是监测森林火情、森林火险和各了望台值守状态，并能为森林火灾予防及扑救提供拨码呼叫服务的通信系统。

森林是宝贵的资源，目前，世界各国都非常重视森林火灾的予防和扑救，通常采用卫星、航空、地面了望台三个层次。目前美国及加拿大等国森林资源丰富、地广人稀、技术先进、国力雄厚，采用以中央为主，以空中支援力量为主的森林防火灭火体制。在林火的监测方面，主要依赖于巡航飞机和卫星测报，有70%的林火通过航空发现;在林火预测预报，扑火决策指挥方面，广泛地使用了计算机技术，现代通信技术及遥感技术，并且全国成网。德国申请号为DE4026676的专利名称为“森林火灾自动监测系统”备有热电子检波林火探测器，通过无线电线路传输林火情报数据，自动探测森林火灾;澳大利亚申请号为AU842314的专利名称为“森林火灾监测系统”备有红外自动林火探测仪，通过电话线将林火情报数据传输至中心台，确定着火点。上述两个系统的共同特点是仅能探侧林火情报数据，确定着火点的位置，不能监测及传输森林火险数据，不能发布森林火险予报，不能监测了望台值守状态，不能提供拨码呼叫方式的无线通信服务。我国是森林资源贫乏的国家，无人烟的原始森林很少，而且技术落后，森林防火灭火管理体制也与西方先进的国家不同，是采取以地方为主，以地面扑火为主的体制，林火监测以了望台为主，巡航飞机和卫星测报为辅，林火中的70%靠了望台发现，目前，我国主要林区一大兴安岭林区的了望台已成网，并配备短波或超短波电台，但没有形成完整的通信网络，由于受设备水平和工作人员素质的限制，存在下列两个主要问题，其一：由于林业局防火办公室与各了望台的无线电台采用人工呼叫方式进行通信联络，不能及时准确地获取各了望台报告的林火情报信息，甚至找不到火源，使救火带有盲目性，以至贻误战机;其二：由于工作人员素质不高，各了望台易出现缺岗、漏岗现象，另外超短波无线电台在使用中由于故意捣乱引起的同频干扰不易解决。

针对上述情况，本发明的目的是：根据中国及发展中国家的国情设计出一个性能价格比较优良的林业局级林火监测通信系统，该系统既能探测林火，又能预测、预报森林火险、监测各了望台的值守状态，还能为林业局森林火灾预防和扑救提供拨码呼叫通信服务，使得林火了望探测网、森林火险预测予报网及通信网三网一体化，完善地解决了林业局森林火灾监测通信的技术难题。

本发明是以如下方式实现的，它包括监测台、可兼作监测台用的中继台和中心台组成，监测台A以数话兼容终端机3为核心，通过其I/O线分别与森林火险报警器4、林火自动探测仪5相连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频单工电台2、天线1相连接，并被设置在各了望台、林场及防火检查站等地点;可兼作监测台用的中继台B是以数话兼容终端机3为核心，通过其I/O线及模拟开关17分别与森林火险报警器4、林火自动探测仪5相连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频双工电台6，天线1相连，并被设置在了望台上;中心台C由微型打印机8的通信前置机7为核心，通过其上扩口板22上的RS-232C口与带彩色打印机10的中心计算机9相连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频单工电台2、天线1连接，被设置在林业局防火办，火情数据、火险数据、值守状态数据以及以中断方式向中心台C申请通话的拨码呼叫数据分别经I/O线进入数话兼容终端机3，由其上的串行输入输出口TXD、RXD经调制解调器12进入超短波异频单工电台2，经过超短波异频单工电台2内设置的数话控制开关将数据和来自话筒的话音由天线1无线电信道发送给中继台B或直接发射给中心台C，由中心台C的天线1接收，经超短波异频单工电台2进入通信前置机7，经RS-232C口进入中心计算机9;中心台C的采集火险数据指令，巡测、召测值守状态数据指令以及以中断方式向各监测台群呼、选呼拨码呼叫指令分别经I/O线进入通信前置机7，由RS-232C接口，经调制解调器12进入超短波异频单工电台2，由其上的数话控制开关将数据和来自话筒的话音由天线1无线电信道发射给中继台B或直接发射给各监测台。

工作流程：

本系统采用数话兼容、指令应答和事件报告方式兼容的工作体制，使计算机技术与通信技术紧密结合，实现数据自动传输，话音拨码通信。本系统开机工作后，中心台、中继台和监测台的接收机都处于值机状态，利用本系统能完成火情数据报告与采集，了望台值守数据采集、林火自动探测仪数据采集，森林火险数据采集和选呼，群呼通信等，其工作流程分别如下：

1、火情数据报告与采集：了望台值守人员发现火情后，起火点的方位角数据必须核对确实后，才能键入监测台，本台有红灯报警，向中继台发出请求开机指令，待中继台回令后，向中心台发出请求报告火情的指令，待到中心台回令后，火情数据自动发送中心台，当中心台确实收到火情数据后，指令了望台返回正常值机状态，灯光报警解除，若中心台没有收到火情报警数据，监测台就每隔20秒自动向中心台发送火情报警数据，最多重发十次，直到中心台确实收到火情报警数据为止，超过十次时采用备用手段将火情数据报告出去。当中心台收到所有了望台上监测台报告的火情数据后，中心计算机对实时火情数据进行打印，存贮，并利用多点交会法实时计算起火点位置，显示在带林业局背景地图的计算机屏幕上，同时发出声光报警，林业局防火办公室的值守人员要立即组织力量，扑灭林火。2、了望台值守状态数据采集：林业局防火办公室可以根据森林火险等级，要求了望台值守人员按规定的时间，人工将值守状态数据键入监测台，本台有灯光显示。根据巡测，召测指令，中心台定时与不定时地巡测，召测各了望台值守状态数据，巡测周期可预置为0.5、1、2、3、4小时，采用无人值机定时巡测方式，中心台巡测、召测各了望台值守状态数据时，首先向中继台发开机指令、待中继台发回令，同时，各了望台上的监测台将自身置于“占线”状态，当中心台收到中继台回令后，按次序向了望台发出巡测或召测指令，最多发三次，中心台确实收到该台值守状态数据后，发出该台值守状态自动请零指令。最后再由中心台向中继台发出解除占线指令，再发关中继台指令，中继台本身具备6-9分钟强迫关机功能，防止中继台发射机工作时间过长损坏。中心台计算机对值守状态数据打印、存贮、并显示在林业局背景地图的计算机屏幕上，林业局防火办公室值守人员能及时了解所有了望台值守人员工作情况。传输火情数据为最高优先级，传输值守状态数据和森林火险数据为次优先级，通话为最低级。3、林火自动探测仪数据采集：采用事件报告方式采集林火自动探测仪数据，工作流程与火情数据报告与采集类同。4、森林火险数据采集：监测台配备森林火险报警器，中心台按指令应答方式即巡测、召测采集森林火险数据，其工作流程类同于了望台值守状态数据采集。5、选呼、群呼通话：中心台要与某个监测台通话，就要对某个监测台进行选呼，每个监测台有台号，首先键入需要与之通话的监测台台号，然后向中继台发出开发射机指令，最多发三次，中继台给回令，与此同时，各监测台将自身置于“占线”状态，待中心台收到中继台的回令后，通过中继台向要与之通话的监测台发出选呼指令，待监测台收到发来的选呼指令后，打开发射机向中心台发回令，然后关发射机，并启动振铃信号，拿起活筒即可打开发射机通话，双方通话完毕，中心台通过中继台向被通话的监测台发出解除占线指令，再发关中继台指令。一旦中心台要召开各监测台电话会议，中心台应发出群呼指令信号，待各监测台收到群呼指令后，起动本台的振铃，其后与选呼通话相同。当某监测台欲主动与中心台通话，可先键入中心台的号码，然后向中继台发开发射机指令，中继台给要求通话的监测台发回令，同时，各监测台将自己置于“占线”状态，当监测台收到中继台回令后，通过中继台向中心台发出请求通话指令，当中心台收到了请求通话指令，则打开发射机向监测台发回令，然后关发射机，起动振铃信号，其后与选呼通话相同。

本发明与现有技术相比，完善地实现了森林防火了望台探测网、林火预报预测网和通信网三网一体化，目前，我国主要林区森林防火了望台已基本成网，但并未建立起完整有效的监测通信网，了望台值守人员往往不能及时准确地报告林火情报数据，而贻误战机，发生森林火灾后，由于通信不畅，甚至关键时刻，通信中断，无法了解火情发展信息，有时上山几百人找不到火源，扑火工作带有一定的盲目性。另外，林区为森林防火服务的气象站太少，一般气象站都不测森林可燃物湿度，而且气象观测设备落后，谈不上成网，因此无法及时准确地预报森林火险，应用本发明除了能探测林火的情报数据，确定森林火灾的着火点位置外，还可监测传输森林火险数据，发布森林火险预报，并可作为森林防火灭火通信网使用。应用本发明可建立起包括林业局防火办公室、各了望台、防火外站、森警中队、专业扑火队、林场和巡航飞机等在内的完整的数话兼容通信网，实现数据自动传输，话音拨码通信，林业局防火办公室指挥部可随时与网内任何一个监测站通话或召开电话会议，网内任何一个监测台都可申请与林业局防火办公室通话。监测台发现火情后，每个监测台自动报告林火情报信息，全过程时间为9秒。并由林业局防火办公室的中心台的中心计算机立即给出着火点的准确位置，巡航飞机也能及时向林业局防火办公室报告火情情况。林业局防火办公室中心台三分钟内能自动采集20-30个监测台的森林火险数据和值守状态数据等。森林火险警报台站的密度可达20平方英里设置一个，因此能及时准确的发布森林火险预报，并了解到20-30个监测台值守人员的工作情况，值守人员在岗不在岗一目了燃;发生森林火灾后，火场指挥员可以派出精干人员并携带与火场联络的无线电台，奔赴林火火场附近的监测台，即可保持森林火场与林业局防火办公室的联系。本发明也能解决由普通超短波电台组成的森林防火通信网受网内外同类型电台故意捣乱而形成的同频干扰，至使森林防火通信可能失效的技术难题，因此本发明真正实现了森林防火了望台探测网，林火预测预报网和通信网等三网一体化。

下面结合附图详细说明本发明的最佳实施例

图1为本系统方框图

A监测台：1天线、2超短波异频单工电台、3数话兼容终端机、4森林火险报警器、5林火自动探测仪。

B中继台：1天线、3数话兼容终端机、4森林火险报警器、5林火自动探测仪、6超短波异频双工电台。

C中心台：1天线、2超短波异频单工电台、7通信前置机、8微型打印机、9中心计算机、10彩色打印机。

图2为数话兼容终端机原理图

11单片机、12调制解调器、13地址锁存器、14程序存贮器、15数据存贮和I/O扩展器、16号码锁存器、17模拟开关、18电话拨号盘、19火情数据人工拨盘输入电路、20值守状态生成电路、21火情报告中断申请电路、24通话申请中断电路。

图3为通信前置机原理图

12调制解调器、22扩口电路板、23单板机。

本发明由各监测台A……An、中继台B和中心台C构成，其中每台监测台A以数话兼容终端机3为核心，通过其I/O线及经模拟开关17分别与森林火险报警器4、林火自动探测仪5相连，通过其上的调制解调器12与超短波异频单工电台2、天线1相连接，并被设置在各了望台，林场及防火检查站等处;中继台B以数话兼容终端机3为核心、通过其I/O线及其模拟开关17分别与森林火险报警器4，林火自动探测仪5相连接，通过其调制解调器12与超短波异频双工电台6，天线1相联接组成，并被设置在了望台上;中心台C由带有微型打印机8的通信前置机7为核心，通过其扩口板22RS-232C口与带彩色打印机10的中心计算机9相连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频单工电台2、天线1连接，中心台被设置在林业局防火办公室。数话兼容终端机3以单片机11的最小系统为核心，单片机可选用MCS-51系列单片机，如选用80C31，可通过Po口线、ALE、PSEN与扩展电路中的地址码锁存器13，程序存贮器14相接，通过RST、T₁、P₁₇、P₁₄、INTo及超短波数话控制开关分别接有复位、占线、被呼叫、查岗、火情及数话指示灯电路、 INT₀ 、P₁₆、P₁₄、P₁₅分别接有开关型火情报告中断申请电路21，双稳态型值守状态数据生成电路20，P₀口线及P₃₆、P₃₇线接有数据存贮器和I/O扩展器15、带有电话拨号盘18的号码锁存器16、并通过电路15与经模拟开关17与火情数据人工拨盘输入电路17、林火自动探测仪5相连， INT₁ 上接有通话请求按钮开关24，串行输入输出口TXD、RXD接有调制解调器12并由P₁₃作为数话转换控制。通信前置机7以单板机为核心，可选用KC-85单板机，也可用单片机，通过其上的RS-232C口经扩口电路22扩展后与中心计算机9相连，与调制解调器12连接，并由扩口电路22上给出控制超短波异频单工电台2加电和收发转换控制信号，根据需要监测台可设置为多个，其数量可从1～99;可将监测台中的超短波异频单工电台改换成超短波异频双工电台并配备中继通信软件，就可用作中继台，因此该系统的中继台可同时兼作监测台用，它具备监测台的全部功能，可根据地形状况，系统可配置或不配置中继台或可配置几个中继台，数话兼容终端机3通过其I/O线自动采集火情数据，火险数据，值守状态数据以及中断方式向中心台申请通话的拨码呼叫数据由串行的输入输出线TXD、RXD经调制解调器12送往超短波异频单工电台2，在数话转换开关的控制下，将数据及来自话筒的话音经由超短波异频单工电台2，由天线发射给中继台B或直接发射给中心台C，经中心台C的天线1，超短波异频单工电台2进入通信前置机7经RS-232C口送入中心计算机9，由中心计算机计算，给出着火点位置，给出森林火险预报数据和值守状态数据并由通信前置机确定批准或不批准通话申请，并显示、打印、存贮。中心台C的发送的采集火险数据指令，巡测、召测、值守状态数据指令以及以中断方式向各监测台群呼，选呼通话拨码呼叫指令，分别经I/O线进入通信前置机7，通过其扩口电路22的RS-232C口，经调制解调器12送给超短波异频单工电台2，在数话转换开关的控制下由超短波异频单工电台2经天线1发射给中继台B或直接发射给给各监测台A。对外部中断采用实时响应，按优先级处理的工作方式，保证系统传输火情数据最优先。超短波电台可以采用FM-828异频单工或双工电台，传输采用异步方式其传输速率为300bit/s，信道编码采用循环汉明码，林火自动探测仪工作谱段可为3～5毫米，工作方式为连续园锥扫描360°，俯仰扫描0°～10°，扫描周期不大于5分钟，最大探测距离，直视域25KM，最小探火面积：直视域等效面积25m²。森林火险报警器可以采用LHJI型森林火险报警器。所述的中心台C的中心计算机9为了与林业部《利用世界银行紧急贷款大兴安岭林区森林防火及恢复项目》协调一致，可选用COMPAQ386/20e，通常情况下选用一般个人计算机即可。通信前置机7以KC-85单板机之类的单板计算机为核心，也可以采用单片机，它除了作为中心台的数话兼容终端机外还要将采集到的各监测台的值守状态数据，林火情报数据送给中心计算机进行处理，一旦收到林火情报数据就会发出声光报警，要求通信前置机至少贮存两天数据，不可丢失，并使用微型打印机8进行打印，打印机可选用CE-515P型;通信前置机内配备的定时开机电路，可按一定时间间隔巡测各监测台值守状态数据，实现自动操作，无人值机。中心计算机必须备有林业局背景地图生成软件，多点交会实时计算起火点位置及显示打印软件，值守状态数据显示打印软件和林业局小区火险天气予报软件。中心计算机的数据可通过RS-232C接口送给上一级计算机或通过其通信线路送给上级机关。当通信前置机出现故障时，中心计算机可替代并完成数据的收集及整理，并能显示打印实时数据，中心计算机由UPS电源供电。

本发明采用普通的元器件，普通的VHF或UHF异频单工，双工电台，天线、通用的中心计算机，打印机等，只有数话兼容终端机需特殊研制，由于对数话兼容终端机中的MCS-51单片机，KC-85单板机进行了充分的开发，电源采用蓄电池供电，并用太阳能电池或交流市电浮充，中心计算机由UPS供电，因此系统功能强，功耗低，对雷电干扰也采取了措施，因此，抗干扰性好，可靠性高，由于配备了定时开机电路，设备自动化程度高，做到无人值守自动操作，软件有较强的容错能力，对实时火情数据存贮、显示、打印、用多点交会法时计算显示起火位置，发出声光报警。中继台可兼作监测台、投资少见效快。

Claims (2)

1、一种森林火灾监测通信系统，包括监测台、中继台及中心台，其特征在于监测台A以数话兼容终端机3为核心，通过其I/O线与林火自动探测仪5、森林火险报警器4连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频单工电台2、天线1相连，被设置在各了望台，林场及防火检查站上；可兼作监测台用的中继台B以数话兼容终端机3为核心，通过I/O线与林火自动探测仪5、森林火险报警器4连接，通过其上的调制解调器12与超短波异频双工电台6、天线1连接，并被设置在了望台上；中心台C以带微型打印机8的通信前置机7为核心，通过其上的扩口板22由RS-232C口与带彩色打印机10的中心计算机9相连，通过调制解调器12与超短波异频单工电台2，天线1相连接，被设置在林业局防火办；火情数据、火险数据、值守状态数据及以中断方式向中心台C申请通话的拨码呼叫数据分别经I/O线进入数话兼容终端机3，由其上的串行输入输出口TXD、RXD经调制解调器12进入超短波异频单工电台2，经超短波异频单工电台2上设置的数话控制开关将数据和来自话筒的话音由天线1发射给中继台B或直接发射给中心台C，由中心台C处的天线1接收后，经超短波异频单工电台2进入通信前置机7，由RS-232C口进入中心计算机9；中心台C的采集火险数据指令，巡测及召测值守状态数据指令以及以中断方式向各监测台群呼、选呼及拨码呼叫指令分别经I/O线进入通信前置机7，经其上的RS-232C口及调制解调器12进入超短波异频单工电台2并经其上设置的数活控制开关将数据和来自话筒的话音由天线1发射给中继台B或直接发射给监测台A。

2、根据权利要求1所述的森林火灾监测通信系统，其特征在于所述的数话兼容终端机3以单片机11的最小系统为核心，通过其I/O线与系统扩展电路中的地址码锁存器13，程序存贮器14连接，与系统实用配置电路中的火情数据、话音、占线，被呼叫及查岗各指示电路，与值守状态数据生成电路20、与火情报告中断申请电路21及经数据存贮和I/O扩展器15、模拟开关17与火情数据人工拨盘输入电路19、林火自动探测仪5连接，与通话申请中断电路24，连有电话拨号盘18的号码锁存器16相连，与森林火险报警器4相连接，I/O线中的RXD、TXD与调制解调器12相连。

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