[发明专利]基于中红外激光器的森林火灾早期预警系统

说明书

技术领域

本发明涉及森林火灾预警系统，具体涉及基于中红外激光器的森林火灾早期预警系统。

背景技术

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害，所以，对于森林火灾的预防工作是十分重要的。目前，主要发达国外森林防火技术有以下几种：德国采用FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，系统监测半径10公里，但是，系统准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实。美国采用护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻及 “大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转进行探测，但是此方案耗资巨大。加拿大采用卫星巡回监测系统及配置多架先进的直升飞机轮流监测，同样费用相当可观。国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，难以满足我国森林资源监测的实际需要。

国内主要采用的监测方法有以下几种：1. 地面巡护，主要通过宣传群众，控制人为火源；野外及生活用火检查；偏远地区采用视频监控方式。2．瞭望台监测，通过瞭望台来观测林火的发生，报告火情，覆盖面积较大，不过受地形地势的限制及烟雾天气限制，且存在瞭望员主观意见及人身安全等方面问题。3．航空巡护，利用巡护飞机进行林火的探测，视野宽、机动性大、速度快可做到全面观察，不过受天气、时间、航线等影响严重。4．卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火，该方案探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，不受地形条件的影响，影像真切，但利用卫星遥感会占据大量资料，且难以在早期发现火灾隐患。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本、高准确率的基于中红外激光器的森林火灾早期预警系统，以实现对大范围内森林火灾早期探测预警的作用。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明的基于中红外激光器的森林火灾早期预警系统，包括：作为探测器件的中红外激光雷达，能够360度旋转且俯仰角度能够调节，所述中红外激光雷达包括一中红外激光器；信号处理及无线发射模块，接受中红外激光雷达探测到的信号，并经过运算处理以判断是否有火灾，采用无线微波传输方式，传输频率选自L波段、S波段或Ku波段；包括一摄像机的监控系统，接受信号处理及无线发射模块的信息及拍摄指令进行拍摄，并将拍摄数据传送到信号处理及无线发射模块；监控调度中心，根据信号处理及无线发射模块发回的信号，安排车辆和人员调度。

优选地，前述中红外激光雷达安装于一基站铁塔上，探测范围为以中红外激光雷达所在位置为圆心的半径6km的区域。

进一步地，前述基站铁塔的顶部安装一避雷针，接地电阻不大于4欧姆以保护系统内所有设备。

进一步地，本发明的系统还包括：一通过无线接收信号的中继器，将接收到的信号放大后转发，以保证信号传输质量和传输距离；采用太阳能供电系统进行供电且保证能够给每个监控点的前段所有设备提供至少24小时的电力。

更进一步地，前述中红外激光器的技术指标如下：平均功率≥3 W@30 kHz；重复频率1 kHz-100 kHz ；脉冲宽度≤20 ns@30 kHz；光束质量M²≤1.5；激光器的功率不稳定度≤3%；连续工作时间≥10小时；累积寿命≥5000小时。

前述中红外激光器能够发出三个波长的中红外激光，这些波长的中红外激光能够分别被火灾预燃阶段释放出的无机类和有机类分子气体及其他微小颗粒物强烈吸收，以实现对火灾烟雾中多种气体和颗粒进行探测；所述无机类分子气体包括：CO，CO₂，NO_x，HCI，HBv，H₂S，HN₃，HCN，P₂O₅，HF，SO₂，有机类分子气体包括：光气、醛类气体、氰化氢。

具体地，前述三个波长为：3.8μm、3.3μm、3.1μm。

前述中红外激光器的晶体在轴向的晶体结构通过人工加工后被改变，会产生周期性的变化，从而使基频激光可以转化为不同波长的中红外激光，以实现同时同轴输出多个波长。

前述中红外激光器内部安装有激光光斑探测器和自控装置，所述激光光斑探测器探测光斑表面形状，并利用自控装置精确调节系统耦合光斑，达到修正热形变的目的。