森林火灾应急通信保障方案研究与设计
发布时间：2021-01-26 07:29
森林火灾与城市火灾不同,其扑救方法也不完全相同。传统森林火灾扑救方法无法应对火灾环境恶劣、蔓延迅速快、点多线长面广的特点。针对该问题,结合城市消防救援队伍职能任务与典型森林火灾案例,提出一种加强森林火灾扑救应急通信保障能力的方法。通过构建卫星—无人机—地面的空天地一体化通信系统,保证话音、定位、图像等通信业务实时性,并设计一种基于倾斜摄影与金字塔匹配技术构建三维实景模型,提高后续灭火力量部署位置准确性。该方案有效性在广东佛山12·5山火消防救援扑救行动中得到了验证。
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(08)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
空天地一体化应急通信系统组网拓扑
式（1）、式（2）中n的取值取决于不同波段的热成像仪，ε是实际物体辐射率与黑体的接近程度，τα是大气透射率。当被测物体表面满足灰体近似时，ε=α；若是大气环境，εα=1-τα。Tμ为环境温度。对现场采集的视频图像进行处理后，通过4G/5G、互联网或卫星专网回传至各级指挥部，辅助前后方会商并研判。大面积的火场情况通过共享气象、航天等部门提供的卫星遥感图像，方便指挥人员了解火场位置、火灾范围，以及火灾发展变化趋势等信息。
森林火灾属于敞开式燃烧，往往火借风势，风助火势，火势蔓延速度极快；同时需投入大量救火力量，还需长时间的作战指挥，因此对通信系统畅通性要求较高。卫星通信系统、无人机自组网通信系统相关技术已比较成熟，无人机自组网中无人机中继通信的应用也逐渐广泛。文献[1]提出卫星通信在应急通信系统中具有覆盖区域大、可多址联接、机动灵活、不受地理条件限制、通信容量大、线路稳定等优点，并提出未来可依托天地一体化信息网络建立应急通信平台；文献[2]提出卫星通信能够弥补4G或5G移动通信系统在通信范围、通信可靠性等方面的缺点，而卫星通信与5G的结合可以为用户带来更为稳定的服务体验，进而实现空、天、地、海等多维空间连通，将其融为一体；文献[3]提到具有应急起飞、可快速抵达服务海区特点的无人机应急通信手段可满足针对陆地或海洋偏远地区的互联网接入及通信应用需求；文献[4]基于无人机中继通信系统设计了一种水面清障机器船；文献[5]针对单无人机中继方式、无人机中继系统的全双工与半双工模式以及多跳无人机中继的混合双工模式传输策略进行了研究；文献[6]提出将无线自组网与无人机在安全领域结合，实现多平台协同、无线覆盖与中继、通信和控制距离延伸3类应用场景；文献[7]提出一种基于无中心的自组网的指挥调度通信系统；文献[8]总结了在应急通信保障中对无线自组网的3种应用：便携式移动通信网络、安全监控和预警的无线传感网络、无线自组网与移动通信网络混合的通信网络；文献[9]介绍了一种使用双向业务分配并经由中心站转发，从而实现星状网全网业务互通的方法；文献[10]提出一种以卫星通信网络为核心，装备自组网、无人机通信网络、星状通信网的应急通信系统架构；文献[11]提出无人机机载通信终端可以同时具备无人机集群自组网功能以及与地面站直接通信的功能。综上所述，目前针对卫星通信与5G融合、无人机应用于应急通信以及无人机中继通信关键技术的研究已积累一定成果，但还没有一种能够面向森林火灾的可靠的应急通信系统。此外，森林火灾往往发生在山区，山高林密，坡陡谷深，杂草丛生，道路崎岖，风力大，气温低，视野差，环境相对恶劣。传统森林火灾检测技术包括卫星遥感、红外热成像以及基于视频或图像的检测技术。在卫星遥感方面，光学载荷分辨率不断提高，确保了遥感技术应用到测绘地图中高质量的产出[12]；红外热成像技术可以确保图像不受光照等自然因素干扰，但容易忽略图像细节纹理信息；基于视频或图像的火灾检测则是当下研究热点。文献[13]提出一种基于火焰像素颜色规则的图像处理方法，但在复杂条件下仅从颜色模型的角度考虑存在很多相似颜色的干扰；文献[14]根据火焰的运动特性，采用前景累积法，提取出运动区域，但前景累积法时延较大，无法满足森林火灾扑救紧迫性要求；文献[15]利用光流法，根据火灾区域与非火灾区域流场大小方向的不同进行区分；文献[16]基于梯度运动法处理分析固定摄像机视频火焰特征，但是在火焰燃烧时主体部分运动特性并无太大变化；文献[17]通过红外图像的统计学特征，排除火焰中烟雾干扰；卷积神经网络可以在训练过程中综合考虑颜色、几何与纹理特征，因此文献[18]使用微调的GoogLeNet网络模型，检测目标是否为火焰；文献[19]结合火焰颜色、轮廓以及视频帧之间的运动信息检测视频火焰；文献[20]利用光流法与卷积神经网络结合的方式，判断是否存在火焰、烟雾。但是卷积神经网络需要采用的参数较多，计算量大，难以保证实时性，而且卷积神经网络对静态图像的训练容易忽略帧间的相关性。
本文编号：3000721
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(08)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
空天地一体化应急通信系统组网拓扑
式（1）、式（2）中n的取值取决于不同波段的热成像仪，ε是实际物体辐射率与黑体的接近程度，τα是大气透射率。当被测物体表面满足灰体近似时，ε=α；若是大气环境，εα=1-τα。Tμ为环境温度。对现场采集的视频图像进行处理后，通过4G/5G、互联网或卫星专网回传至各级指挥部，辅助前后方会商并研判。大面积的火场情况通过共享气象、航天等部门提供的卫星遥感图像，方便指挥人员了解火场位置、火灾范围，以及火灾发展变化趋势等信息。
森林火灾属于敞开式燃烧，往往火借风势，风助火势，火势蔓延速度极快；同时需投入大量救火力量，还需长时间的作战指挥，因此对通信系统畅通性要求较高。卫星通信系统、无人机自组网通信系统相关技术已比较成熟，无人机自组网中无人机中继通信的应用也逐渐广泛。文献[1]提出卫星通信在应急通信系统中具有覆盖区域大、可多址联接、机动灵活、不受地理条件限制、通信容量大、线路稳定等优点，并提出未来可依托天地一体化信息网络建立应急通信平台；文献[2]提出卫星通信能够弥补4G或5G移动通信系统在通信范围、通信可靠性等方面的缺点，而卫星通信与5G的结合可以为用户带来更为稳定的服务体验，进而实现空、天、地、海等多维空间连通，将其融为一体；文献[3]提到具有应急起飞、可快速抵达服务海区特点的无人机应急通信手段可满足针对陆地或海洋偏远地区的互联网接入及通信应用需求；文献[4]基于无人机中继通信系统设计了一种水面清障机器船；文献[5]针对单无人机中继方式、无人机中继系统的全双工与半双工模式以及多跳无人机中继的混合双工模式传输策略进行了研究；文献[6]提出将无线自组网与无人机在安全领域结合，实现多平台协同、无线覆盖与中继、通信和控制距离延伸3类应用场景；文献[7]提出一种基于无中心的自组网的指挥调度通信系统；文献[8]总结了在应急通信保障中对无线自组网的3种应用：便携式移动通信网络、安全监控和预警的无线传感网络、无线自组网与移动通信网络混合的通信网络；文献[9]介绍了一种使用双向业务分配并经由中心站转发，从而实现星状网全网业务互通的方法；文献[10]提出一种以卫星通信网络为核心，装备自组网、无人机通信网络、星状通信网的应急通信系统架构；文献[11]提出无人机机载通信终端可以同时具备无人机集群自组网功能以及与地面站直接通信的功能。综上所述，目前针对卫星通信与5G融合、无人机应用于应急通信以及无人机中继通信关键技术的研究已积累一定成果，但还没有一种能够面向森林火灾的可靠的应急通信系统。此外，森林火灾往往发生在山区，山高林密，坡陡谷深，杂草丛生，道路崎岖，风力大，气温低，视野差，环境相对恶劣。传统森林火灾检测技术包括卫星遥感、红外热成像以及基于视频或图像的检测技术。在卫星遥感方面，光学载荷分辨率不断提高，确保了遥感技术应用到测绘地图中高质量的产出[12]；红外热成像技术可以确保图像不受光照等自然因素干扰，但容易忽略图像细节纹理信息；基于视频或图像的火灾检测则是当下研究热点。文献[13]提出一种基于火焰像素颜色规则的图像处理方法，但在复杂条件下仅从颜色模型的角度考虑存在很多相似颜色的干扰；文献[14]根据火焰的运动特性，采用前景累积法，提取出运动区域，但前景累积法时延较大，无法满足森林火灾扑救紧迫性要求；文献[15]利用光流法，根据火灾区域与非火灾区域流场大小方向的不同进行区分；文献[16]基于梯度运动法处理分析固定摄像机视频火焰特征，但是在火焰燃烧时主体部分运动特性并无太大变化；文献[17]通过红外图像的统计学特征，排除火焰中烟雾干扰；卷积神经网络可以在训练过程中综合考虑颜色、几何与纹理特征，因此文献[18]使用微调的GoogLeNet网络模型，检测目标是否为火焰；文献[19]结合火焰颜色、轮廓以及视频帧之间的运动信息检测视频火焰；文献[20]利用光流法与卷积神经网络结合的方式，判断是否存在火焰、烟雾。但是卷积神经网络需要采用的参数较多，计算量大，难以保证实时性，而且卷积神经网络对静态图像的训练容易忽略帧间的相关性。
本文编号：3000721
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