CN101556190A - 多层温湿度传感终端及其林区布设方法 - Google Patents

多层温湿度传感终端及其林区布设方法 Download PDF

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张雷
王建宇
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Abstract

本发明公开了一种多层温湿度传感终端及其无线传输的系统，它由多层温湿度传感组、GNSS定位接收机和无线发射器集成为一体的林区传感监测终端，无线中继等组成无线传感网络的系统设计方法。重点公开了温湿度传感组三层分别布设在森林地表面、可燃物中间层和可燃物顶部空气层，采用GNSS接收机获取所在位置信息；采用太阳能供电方式等。前瞻性地定量采集森林地表面可燃物的堆积情况及其诱发森林火灾的环境特性；融入北斗接收机，由于北斗一代具备短消息功能，在特殊时候可以起用北斗卫星的数据链路进行数据汇总。该方法是森林火情监测、地表环境信息采集等技术领域的系统设计新方法。

Description

多层温湿度传感终端及其林区布设方法
技术领域：
本发明属于森林地表面可燃物温湿度测定及其无线传输的技术领域，具体是通过布设在林区的多层温度和湿度传感器，在数据采集后通过无线传感网络实时汇总，从而实现长期测定森林地表面的可燃物和火灾诱发环境评估与预报应用。
背景技术：
林火的种类分为地表火、树冠火和地下火。地表火是最常见的一种林火，火沿着森林地表面蔓延。根据其蔓延速度不同可分为急进地表火和稳进地表火，这取决于可燃物的温湿度与气象条件。可燃物所在环境的温度和湿度是森林火灾形成的基本要素，利用可燃物温湿度和气象条件进行森林地表面的长期监测与火灾预报是一个主要方法。
可燃物的温湿度是影响森林火灾发生的一个直接因素，而可燃物温湿度变化又是多种气象要素综合作用的结果。因此，测定可燃物的温湿度应在森林地表面布设温度、湿度传感器，并且需要大面积的长期定点观测。这样才能测定枯枝落叶、倒木等死可燃物的温湿度，也能测定草木、灌木、乔木以及空气的温湿度。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能长期测定森林地表面可燃物(包括空气)温湿度的多层传感组，在GNSS定位接收机(可以是如GPS的单一接收机，也可以是GPS/北斗等多模式接收机)和无线发射器的集成下实现大面积林区的监测与数据实时发送汇总，形成多层温湿度传感终端及其无线传感网络的监测系统。
本发明的系统设计方法是将多层温湿度传感组、GNSS定位接收机和无线发射器集成为一体的林区传感监测终端，借助无线传感网络(如ZigBee技术、ISM频段的无线数传技术等)来实时采集与传输系统。其中：
(1)林区传感监测终端
6、7，8、9，10、11是三组温度(量程为-55℃～125℃)、湿度传感器(量程为0％RH～95％RH)，根据森林地表面可燃物的厚度(一般为50厘米)进行自由调节，自下而上分别靠近地表面、可燃物中间层、可燃物顶部空气层。12是固定插入地表的钢铁三交叉。3为太阳能板(已集成备用电池)，作为供电电源。4是空心柱子，里面布设电气线路。5是集成处理器(如单片机、DSP等)、GNSS接收机(可以是如GPS的单一接收机，也可以是GPS/北斗等多模式接收机)、无线发射器为一体的主控单元，负责实时采集温湿度数据、位置数据后发送。1是GNSS接收机的接收天线。2是无线发射器的发射天线。
(2)由无线中继器实现信号传输
由于无线发射器信号发射的距离有限，在一定区域内需要信号中继。因此，无线中继器专门负责将一定面积范围内的传感监测终端信号采集并逐个传递，直至将所有的监测数据汇总到监控中心。
本发明的创新点在于：
(1)本发明设计的林区传感监测终端充分考虑了森林地表面可燃物的堆积情况和诱发森林火灾的环境特性，优化了温湿度传感器的单一组合，实现分层布设与监测。
(2)配合林区传感监测终端的随机布设，GNSS接收机将所在位置信息融入采集的温湿度数据，易于数据分析的定点定位和基于GIS应用的监控中心建设。尤其是融入北斗接收机，由于北斗一代具备短消息功能，在特殊时候可以起用数据的北斗卫星链路。
本发明的技术效果：
(1)各个传感监测终端可以长期采集所在位置的典型地表面温湿度情况，按照一定的编号与时间间隔通过无线中继器汇总，这样布设的监测方式可以覆盖整片森林。
(2)由于GNSS接收机的存在，每个传感监测终端可以清晰地描绘在基于GIS的电子地图上。对于发生异常信号或火情时可以就近分析温湿度，不仅能实现定量监测分析，而且能长期记录做灾后的科研研究。
附图说明：
图1是林区传感监测终端的设计示意图；
图中：1——GNSS接收机的接收天线；
2——无线发射天线；
3——太阳能板(已集成备用电池)；
4——空心柱子；
5——集成主控单元；
6——可燃物顶部空气层的温度传感器；
7——可燃物顶部空气层的湿度传感器；
8——可燃物中间层的温度传感器；
9——可燃物中间层的湿度传感器；
10——地表面的温度传感器；
11——地表面的湿度传感器；
12——钢铁三交叉。
具体实施方式：
参阅图1，实施实例中采用SENSIRION公司的SHT1X/SHT7X数字温湿度传感器，温度分辨率最高±0.3℃，量程为-40℃～123.8℃，湿度分辨率最高±1.8％RH，量程为0％RH～95％RH，也可以采用诸如HUMIREL公司的HS1100/HS1101数字湿度传感器、DALLAS公司的DS1820(DS18B20)的数字温度传感器。处理器采用MCS51单片机，也可以采用PIC单片机、ARM嵌入式单片机、DSP处理器等。无线发射器采用基于ZigBee技术标准的MC13213/MC13192发射与接收射频模块，相应天线为MD24-10，也可以采用基于ISM技术标准的STR-15/30等标准模块及其天线。太阳能电池板(组件)采用上海耀江太阳能科技有限公司的电池组件，承受风亚≤3000Pa，承受雪压≤2000Pa，工作温度为-40℃～85℃，使用寿命25年以上，也可以采用其他厂家的产品。
多层温湿度传感终端及其林区布设的应用方法具体如下所述：
(1)森立的地表面由于长期积累而形成一层厚厚的可燃堆积物，厚度一般达50厘米以上。选择采光较好、具有区域典型代表的地面，将林区传感监测终端的12插入并固定地面，伸出1和2以便接收和发射无线信号。
(2)将10和11一组温湿度传感器调节在可燃堆积物的底部靠近地表面，8和9一组温湿度传感器调节在可燃物中间层，6和7一组温湿度传感器调节在可燃物顶部空气层。
(3)由于5是集成处理器、GNSS接收机和无线发射器为一体的主控单元，在将林区传感监测终端安装放置好以后对5进行现场调试。调试分传感器信号、太阳能采光、GNSS接收信号、无线发射器等。
(4)在安装和调试信号中继后，再整体调试无线传感网络的数据采集功能和汇总监控中心的情况。

Claims (3)

1.一种多层温湿度传感终端及其无线传输的系统，它由多层温湿度传感组、GNSS定位接收机和无线发射器集成为一体的林区传感监测终端，无线中继等组成，其特征在于：
所述的系统自下而上在靠近地表面、可燃物中间层、可燃物顶部空气层分别设置三组温度、湿度传感器，即在可燃物顶部空气层设置可燃物顶部空气层的温度传感器(6)和可燃物顶部空气层的湿度传感器(7)，在可燃物中间层设置可燃物中间层的温度传感器(8)和可燃物中间层的湿度传感器(9)，在靠近地表面设置地表面的温度传感器(10)和地表面的湿度传感器(11)。
2.根据权利要求1所述的一种多层温湿度传感终端及其无线传输的系统，其特征在于：所述的可燃物顶部空气层的温度传感器(6)、可燃物中间层的温度传感器(8)和地表面的温度传感器(10)的量程为-40℃～125℃。
3.根据权利要求1所述的一种多层温湿度传感终端及其无线传输的系统，其特征在于：所述的可燃物顶部空气层的湿度传感器(7)、可燃物中间层的湿度传感器(9)和地表面的湿度传感器(11)的量程为0％RH～95％RH。
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