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摘 要：森林火灾具有突发性强、蔓延速度快、危害后果严重等特点，成为制约我国林业可持续发展的主要障碍之一。因此，提前做好林区环境监测，及时发现并消除火灾隐患，成为降低森林火灾发生概率的重要手段。以GPS技术为核心的森林防火无线通信指挥系统，不仅能够对大范围林区进行全面覆盖，而且监测能够实时反馈森林内部环境情况，即便是发生森林火灾，也能够在短时间内内查找火源，指挥消防人员及时扑火救火，保障森林安全。
关键词：GPS技术；森林防火；无线通信指挥系统；应用
GPS（全球定位系统）利用定位卫星，可以对全球范围内的任何一区域进行实时、动态定位和监测，将GPS技术应用与森林火灾监测，一方面是利用该技术全方位、全天候、全时段不间断监测的优点，另一方面则是考虑到该技术的监测成本低、精度高，可以进行大范围的推广和应用。文章首先概述了GPS技术在森林防火无线通信系统中的应用原理，随后结合工作实际，指出了该技术的应用优势，最后就如何实现森林火灾的监控进行了详细叙述。
一、GPS技术在森林防火通信中的应用优势
1、观测站间无需通视
为了保证无线通信指挥系统能够及时获取森林内部信息，需要在林区建立多个观测基站，用于收集周边林区的信息。为了确保收集信息的准确性，需要在各个观测基站之间进行信息核对。如果不依靠GPS技术，各个观测基站需要利用线缆进行连接，不仅需要耗费大量的线缆资源，提高了森林防火成本，而且由于受森林内部地形、交通状况的影响，架设线缆的工作难度也非常之大。二采用GPS技术之后，能够通过定位卫星，收集任意两个或多个观测基站的信号，不需要观测站之间进行通视和连接。
2、观测精度高
GPS是美国第二代卫星导航系统，在经过技术改良之后，GPS的定位精度可以实现短距离（15km内）精度达厘米级，中、远距离精度保持在10m以内。我国自主研发的“北斗”导航系统，短距离定位精确度也基本上做到了“厘米”之内。因此，将GPS技术应用到森林防火无线通信指挥系统中，基本上能够满足防火检测工作的需要。
3、自动化程度高
GPS技术在森林防火系统的应用中，采用了模块化控制系统，自动化程度非常高。林业管理人员只需要掌握基本的仪器操作知识，就能够操控该系统自动检测林区情况，基本上实现了智能化和自动化森林防火监测。同时，该系统还加设了报警系统，一旦监测到火灾信号即可发出警报，便于林业管理人员及时采取防火措施。
二、GPS技术在森林防火监控中的应用原理
众所周知，利用一个大功率的中继设备可以延伸系统的覆盖距离。那么，如果架设多个中继设备，便可以将系统的通信覆盖范围进一步地拓展。但是如何才能将这若干个中继设备联系起来，并解决好中继覆盖信号重叠区的干扰问题则犹为关键。现有的国内外通信厂家生产的中继设备，其发射机的载波频率稳定度都在1ppm以上，也就是说，如果中继设备工作在4000MHz频率上，那么其实际发射时频率偏差为±400MHz。如果有两部同样工作在±400MHz频率上的中继设备，那么他们二者的发射频率差频将在0-800MHz之间（音频频段内），且这一差频并不是始终为一固定值，而是由于不同硬件设备的差异性而时刻变化着。此时，两部具有相同发射频率的中继设备，将在通信覆盖的重叠区产生严重的同频干扰区（拍频造成），导致通话质量急剧恶化。
可见，解决同频干扰问题的关键在如何有效地处理各同频中继台之间的频率偏差，使之不仅尽可能的小（音频带宽以外），而且各中继设备之间达到一致。从理论上讲，只要保证各中继设备的频率稳定度达到0.05ppm即可使各中继设备相互之间的差频在音频通道以外，如果能使这一差频保持一致就能更好地提高同频覆盖交界区的通话质量。要使各中继设备具备同一数量级的频率稳定度，且频率偏差保持统一！最好的方法就是为所有的中继设备提供统一的可靠的基准时钟源，为此我们考虑了GPS基准时钟信号源。
三、GPS技术应用的实现方法
全球42颗GPS定位卫星，24小时接收来自地面站的校准同步信号，并向地球发送，其基准时钟信号的一致性是非常精确的。利用接收GPS卫星的基准时钟信号来同步各中继设备的基准振荡器，令其最后产生的载波频率偏差小于40Hz（400MHz），且保持同步稳定，则可解决同频干扰的关键性问题。一方面接收来自GPS定位卫星的10KHz基准时钟频率信号作为锁频控制模块的同步基准频率，另一方面从GB300中转台中采样载波基准振荡时钟信号；由于GB300中转台具备频率漂移反馈控制功能，因而采取回控的方式来稳定其基准振荡时钟。
首先，将从GB300采样来的基准时钟频率与从GPS卫星接收来的基准时钟频率，通过设计的锁频电路来进行实时比较，以GPS卫星的基准时钟频率作为参照物，得出可以使GB300基准时钟同步在GPS卫星基准时钟上的误差控制电压，再将此控制电压反馈回GB300基准时钟振荡模块的控制端，这样就可以使G300的基准时钟信号与GPS卫星的基准时钟信号达到同步。GPS卫星提供的基准同步时钟具备很高的精确性，再利用合理的电路设计可以使GB300的载波频率稳定度达到0.O4ppm。从而可以计算出当载波频率为150MHz时，其频率偏差仅为16Hz；载波频率为40MHz时，其频率偏差仅为6Hz。
同样的道理，各同频的中继设备都引用了GPS卫星的基准时钟信号，且此基准时钟信号又是全球同步的，因而经过同步控制后的所有中继设备其最终产生的载波频率偏差也都同步，即当所有的GB300均工作在400MHz，其发射载波频率均为400.000016Hz，解决各GB300之间的差频，满足了解决同频干扰的需要。
四、GPS技术在森林防火工作中应用的前景展望
森林火灾在未来一段时间内，仍是影响我国林业产业发展的主要问题，因此，以GPS技术为核心支持的森林防火无线通信指挥系统具有广阔的应用前景。近年来，国家财政部门加大了对林业发展的资金支持，一定程度上为GPS技术的进一步优化和应用提供了良好环境，林业科技人员要抓住这一有利条件，在结合林业实际情况的基础上，总结以往森林防火工作经验，不断为森林防火无线通信指挥系统的完善提供必要支持。在GPS高速、高精度遥感数据监测下，及时根据人们的各种要求，按电子地图指示，将灭火直升飞机或机器人的导航与控制仪器设备与GPS接口连接，实行数据融合，直接控制、指挥无人驾驶直升飞机或机器人，及时、迅速、全面地扑灭林区所有明暗火点，随时随地保证林区各地的安全。
参考文献：
[1] 赵鹏祥，赵有贤，李秀信.GPS技术的现状及在林业中的应用前景[J].陕西林业科技，2012（03）：131-133.
[2] 姚刚，张希黔.GPS技术在土木工程施工领域的应用现状与展望[J].施工技术，2012（02）：164-165.
关键词：GPS技术；森林防火；无线通信指挥系统；应用
GPS（全球定位系统）利用定位卫星，可以对全球范围内的任何一区域进行实时、动态定位和监测，将GPS技术应用与森林火灾监测，一方面是利用该技术全方位、全天候、全时段不间断监测的优点，另一方面则是考虑到该技术的监测成本低、精度高，可以进行大范围的推广和应用。文章首先概述了GPS技术在森林防火无线通信系统中的应用原理，随后结合工作实际，指出了该技术的应用优势，最后就如何实现森林火灾的监控进行了详细叙述。
一、GPS技术在森林防火通信中的应用优势
1、观测站间无需通视
为了保证无线通信指挥系统能够及时获取森林内部信息，需要在林区建立多个观测基站，用于收集周边林区的信息。为了确保收集信息的准确性，需要在各个观测基站之间进行信息核对。如果不依靠GPS技术，各个观测基站需要利用线缆进行连接，不仅需要耗费大量的线缆资源，提高了森林防火成本，而且由于受森林内部地形、交通状况的影响，架设线缆的工作难度也非常之大。二采用GPS技术之后，能够通过定位卫星，收集任意两个或多个观测基站的信号，不需要观测站之间进行通视和连接。
2、观测精度高
GPS是美国第二代卫星导航系统，在经过技术改良之后，GPS的定位精度可以实现短距离（15km内）精度达厘米级，中、远距离精度保持在10m以内。我国自主研发的“北斗”导航系统，短距离定位精确度也基本上做到了“厘米”之内。因此，将GPS技术应用到森林防火无线通信指挥系统中，基本上能够满足防火检测工作的需要。
3、自动化程度高
GPS技术在森林防火系统的应用中，采用了模块化控制系统，自动化程度非常高。林业管理人员只需要掌握基本的仪器操作知识，就能够操控该系统自动检测林区情况，基本上实现了智能化和自动化森林防火监测。同时，该系统还加设了报警系统，一旦监测到火灾信号即可发出警报，便于林业管理人员及时采取防火措施。
二、GPS技术在森林防火监控中的应用原理
众所周知，利用一个大功率的中继设备可以延伸系统的覆盖距离。那么，如果架设多个中继设备，便可以将系统的通信覆盖范围进一步地拓展。但是如何才能将这若干个中继设备联系起来，并解决好中继覆盖信号重叠区的干扰问题则犹为关键。现有的国内外通信厂家生产的中继设备，其发射机的载波频率稳定度都在1ppm以上，也就是说，如果中继设备工作在4000MHz频率上，那么其实际发射时频率偏差为±400MHz。如果有两部同样工作在±400MHz频率上的中继设备，那么他们二者的发射频率差频将在0-800MHz之间（音频频段内），且这一差频并不是始终为一固定值，而是由于不同硬件设备的差异性而时刻变化着。此时，两部具有相同发射频率的中继设备，将在通信覆盖的重叠区产生严重的同频干扰区（拍频造成），导致通话质量急剧恶化。
可见，解决同频干扰问题的关键在如何有效地处理各同频中继台之间的频率偏差，使之不仅尽可能的小（音频带宽以外），而且各中继设备之间达到一致。从理论上讲，只要保证各中继设备的频率稳定度达到0.05ppm即可使各中继设备相互之间的差频在音频通道以外，如果能使这一差频保持一致就能更好地提高同频覆盖交界区的通话质量。要使各中继设备具备同一数量级的频率稳定度，且频率偏差保持统一！最好的方法就是为所有的中继设备提供统一的可靠的基准时钟源，为此我们考虑了GPS基准时钟信号源。
三、GPS技术应用的实现方法
全球42颗GPS定位卫星，24小时接收来自地面站的校准同步信号，并向地球发送，其基准时钟信号的一致性是非常精确的。利用接收GPS卫星的基准时钟信号来同步各中继设备的基准振荡器，令其最后产生的载波频率偏差小于40Hz（400MHz），且保持同步稳定，则可解决同频干扰的关键性问题。一方面接收来自GPS定位卫星的10KHz基准时钟频率信号作为锁频控制模块的同步基准频率，另一方面从GB300中转台中采样载波基准振荡时钟信号；由于GB300中转台具备频率漂移反馈控制功能，因而采取回控的方式来稳定其基准振荡时钟。
首先，将从GB300采样来的基准时钟频率与从GPS卫星接收来的基准时钟频率，通过设计的锁频电路来进行实时比较，以GPS卫星的基准时钟频率作为参照物，得出可以使GB300基准时钟同步在GPS卫星基准时钟上的误差控制电压，再将此控制电压反馈回GB300基准时钟振荡模块的控制端，这样就可以使G300的基准时钟信号与GPS卫星的基准时钟信号达到同步。GPS卫星提供的基准同步时钟具备很高的精确性，再利用合理的电路设计可以使GB300的载波频率稳定度达到0.O4ppm。从而可以计算出当载波频率为150MHz时，其频率偏差仅为16Hz；载波频率为40MHz时，其频率偏差仅为6Hz。
同样的道理，各同频的中继设备都引用了GPS卫星的基准时钟信号，且此基准时钟信号又是全球同步的，因而经过同步控制后的所有中继设备其最终产生的载波频率偏差也都同步，即当所有的GB300均工作在400MHz，其发射载波频率均为400.000016Hz，解决各GB300之间的差频，满足了解决同频干扰的需要。
四、GPS技术在森林防火工作中应用的前景展望
森林火灾在未来一段时间内，仍是影响我国林业产业发展的主要问题，因此，以GPS技术为核心支持的森林防火无线通信指挥系统具有广阔的应用前景。近年来，国家财政部门加大了对林业发展的资金支持，一定程度上为GPS技术的进一步优化和应用提供了良好环境，林业科技人员要抓住这一有利条件，在结合林业实际情况的基础上，总结以往森林防火工作经验，不断为森林防火无线通信指挥系统的完善提供必要支持。在GPS高速、高精度遥感数据监测下，及时根据人们的各种要求，按电子地图指示，将灭火直升飞机或机器人的导航与控制仪器设备与GPS接口连接，实行数据融合，直接控制、指挥无人驾驶直升飞机或机器人，及时、迅速、全面地扑灭林区所有明暗火点，随时随地保证林区各地的安全。
参考文献：
[1] 赵鹏祥，赵有贤，李秀信.GPS技术的现状及在林业中的应用前景[J].陕西林业科技，2012（03）：131-133.
[2] 姚刚，张希黔.GPS技术在土木工程施工领域的应用现状与展望[J].施工技术，2012（02）：164-165.