机载红外林火监测系统的野外试验研究

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  【摘要】利用研发出的机载红外林火监测系统,选择松鼠飞机作为搭载机型,设计并加工了专用的外挂架,开展了10余小时的目标搜索、跟踪、大小火烧迹地监测及跟踪、薄云监测等野外多科目的飞行试验,全面检验了系统实际应用性能。
  【关键词】机载;遥感;林火;监测;红外
  
  机载红外林火监测系统是以红外焦平面、可见光CCD探测器和GPS为信息获取设备,以伺服控制光电稳定云台为依托,采用飞机为遥感平台,利用工控计算机及其相关软件技术对热点目标的红外可见光视频图像以及GPS、平台转动等信息进行实时同步采集、监视、分析处理、锁定跟踪和压缩存储,该系统成功地将光机电一体化技术、GPS技术以及计算机技术应用于森林防火航空护林机载林火监测领域,即可用于小火巡护监测,也可用作大火的动态监测,尤其适用于烟雾笼罩下的林火目标以及森林地下火的监测,其提供的火场视频等信息可为指挥员制定林火扑救方案提供科学的技术支撑。
  1.试验基本情况
  1.1试验目的
  机载红外林火监测系统是由承担单位根据“机载红外林火监测技术引进”项目的总体要求研制开发的,主要应用于森林发生大火后,对火场的火头或火线进行連续实时跟踪监测。系统集成研制完成后,经过了大量的室内测试试验,但为确保后期运行能力,需要在实际运行环境中对系统以下各方面的能力进行检验:
  ⑴检验系统载机安装、操作及使用安全性能。
  ⑵检验系统连续稳定地获取地目标的红外和可见光图像的能力(包括抗震性能以及图像大小、清晰度、分辨率等)。
  ⑶检验云台的稳像及其对热点目标的跟踪锁定能力。
  ⑷检验系统对获取两路图像的实时处理,同步压缩存储以及后期回放能力。
  ⑸检验系统设备利用机载DC27V电源供电的稳定工作情况。
  ⑹检验采用手柄操控云台的稳定运行能力。
  1.2试验设备
  试验系统为项目集成研制的机载红外林火监测系统,它包括稳像平台、GPS设备、操控手柄、监控计算机、机载电源滤波器、减振器及电缆等。稳像云台置于一铝合金包装箱内,图像存储采用硬盘板卡方式,内置于监控计算机内。
  1.3试验地点
  加格达奇航空护林站所属航护区内。
  2.试验综合情况
  2.1系统搭载机型
  试验载机机型为旋翼飞机——AS350B2(松鼠),航班号为:7420,可满载6人,为东北航空护林中心派驻加格达奇航空护林站的侦察指挥飞机。
  2.2载机试验内容
  结合当地当时的具体情况,项目组与航站协商确定开展以下几个方面的试验测试任务。
  ⑴地目标搜索:地点——呼中保护区。⑵过烧迹地监测:地点——“6.11”呼中保护区火烧迹地。⑶薄低云雾监测:地点——加区附近。⑷小过火迹地跟踪监测:地点——前期松岭施业区内发生火情处。
  2.3获取监测图像情况
  系统在三次飞行测试试验中累计飞行约9小时,期间开展了地面目标搜索、火烧迹地监测、目标跟踪监测、手持与系统成像对比、薄云雾监测、火情迹地跟踪监测等科目的试验,总计获得了约10小时、38GB的红外可见光监测视频图像。
  3.试验结果及分析
  系统机载飞行测试试验进展顺利,没有发生电源干扰、操控失灵、视频显示同步存储中断等现象,其综合指标达到了预期设计效果。我们对获得的视频图像事后进行了回放处理,并从中对针对试验过程中开展的相关科的代表性视频影像进行了剪辑,同时也对同一时段的红外和可见光视频进行了截屏处理,获得的不同目标的红外和可见光一一对应的图像,从图像中可以看出,不同高度情况下,红外监测面积均小于可见光监测面积,但从红外视图中获得的细节较可见光多,尤其是对地面温差(如林中岩石、道路、水田和溪流)的捕获能力较可见光清晰;火烧迹地边缘的红外图像明亮清晰易辩,火烧基地内图像亮度较高,但有黑斑分布其间,这是因为前期有降雨,火烧基地内坑凹处水分较大所致,同时由于部分火烧迹地内存在没有过火的林块,故图像中有稀疏灰影遮挡的现象。图1、2为红外、可见光视频截屏对比。
  图1林内溪流
  图2 火烧迹地
  通过本次机载系统多科目综合试验情况,我们认为系统在以下几方面的性能得到了进一步的验证:
  ①以松鼠飞机为载机,系统安装便捷、操作简单。
  ②航速在200km/h左右时,系统能够对地目标获取连续稳定的红外和可见光图像,且视频图像较清晰易辨。
  ③利用手柄操控系统稳定云台按俯仰、方位转动方便、稳定、连续和灵活,具有对地目标的搜索能力,同时可以根据灰度级锁定跟踪地目标。
  ④系统计算机可以同时实时在编制的系统视窗内分屏显示红外、可见光图像、GPS、方位和俯仰以及操控按键等信息,也可以切换单独全屏显示红外或可见光视频图像。
  ⑤系统计算机通过编制的采集压缩软件可以实时将叠有时间、位置等信息的红外和可见光两路信号同时在本机板卡上进行存储,回放显示失真小,效果较好。
  ⑥系统各部件改用机载DC28V直接滤波供电工作后,降低了总功耗,系统工作稳定,且对飞机安全飞行没有产生任何影响。
  ⑦系统透过薄云雾对地目标进行监测效果尚可,但透过较厚云层对地目标进行监测成像模糊。
  4.结论
  通过系统实际测试,我们认为系统虽然没有监测到真实火场,但从整个对地不同目标监测测试情况来看,其综合性能及经济技术指标适合我国国情林情,能够满足我国航空护林机载监测林火的需求。■
  
  【参考文献】
  [1]郑焕能,居恩德编著.我国森林防火工作概况[M].哈尔滨:东北林业大学出版社.1989.
  [2]林业部森林防火防火办公室编著.森林火灾扑救与指挥[M].北京:中国林业出版社.1996.
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