CN101950462A - 一种森林防火定位预警监测系统 - Google Patents

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CN101950462A CN2010102646937A CN201010264693A CN101950462A CN 101950462 A CN101950462 A CN 101950462A CN 2010102646937 A CN2010102646937 A CN 2010102646937A CN 201010264693 A CN201010264693 A CN 201010264693A CN 101950462 A CN101950462 A CN 101950462A
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徐培龙
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徐培龙
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Abstract

本发明公开了一种森林防火定位预警监测系统,其主要由安装在森林中的多个监测节点、定位监测转发传输单元和监控中心组成;监测节点用于监测森林中的温度和烟雾浓度,并通过逻辑运算判断温度和烟雾浓度是否在规定的范围内,并将超出范围的告警值发送到下一相邻监测节点或定位监测转发传输单元;定位监测转发传输单元接收监测节点发送来的告警值,并将自身的定位物理信息和告警值转发到监控中心;监控中心接收定位监测转发传输单元发送的数据并存和提供告警和定位信息服务。该发明通过监测森林的温度可以在很大程度上对森林火灾的发生进行预警,其监测节点多,且呈星形分布,预警效果好。

Description

一种森林防火定位预警监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种对森林进行火灾监测、定位及预警的装置,尤其涉及一种森林防 火定位预警监测系统。
背景技术
[0002] 目前,随着生活水平的逐渐提高,人们对森林资源的需求也越来越大,导致森林面 积的逐渐减少,森林资源日益宝贵。因此,对林区防火基础设施的建设迫在眉睫。由于受 地理环境限制,森林的防火任务艰巨,特别是对于一些无人居住的林区,其防火任务更是困 难。随着技术的进步,电子计算机在森林防火工作上开始普遍推广,结合现代传感技术实现 全自动化的森林火灾检测预警,将比采用人工瞭望方式具有更高的可靠性和及时性,同时, 有利于远程监控和无人值守,适用于大范围的森林火灾监测。利用数字视频技术和现代通 信技术涉及的远程视频监控系统,其工作方式主要为:在林区各监测点安置摄像头,并通过 有线或无线数据传输网络将实时画面送达监控中心,由中心工作人员实施监控。虽然此类 系统避免了直接派驻人员的麻烦,可以一定程度上提高火灾警报的及时性,但实时视频的 传输需要庞大且昂贵的通信网络保证。此外,发生火灾的情况相对比较少,故多数时系统传 送的是安全状况下的画面。但由于火情发生难以预测,理论上工作人员必须24小时不间断 地监视各监测点传送的视频,否则依然可能延误火情的发现。此类预警系统的工作效率并 不高。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术的不足之处,本发明提供一种覆盖范围广、施工简单、安全,预 警效果好的森林防火定位预警监测系统,能有效的解决上述现有技术存在的问题。
[0004] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:公开一种森林防火定位预警监测 系统,其主要由安装在森林中的多个监测节点、定位监测转发传输单元和监控中心组成;监 测节点将温度和烟雾浓度超出范围的告警值发送到下一相邻监测节点或定位监测转发传 输单元;定位监测转发传输单元将自身的定位物理信息和告警值转发到监控中心存储。
[0005] 更近一步地,所述的监测节点包括温度传感器、烟雾传感器、中央处理器、射频收 发电路和高能电池;
[0006] 中央处理器与温度传感器、烟雾传感器、射频收发电路联接;
[0007] 所述的温度传感器将定时监测采集到的温度数据传送到中央处理器;
[0008] 所述的烟雾传感器将定时监测的烟雾浓度数据传送到中央处理器;
[0009] 中央处理器将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和逻辑判断,并将其超出 规定范围的告警值和监测节点的ID编号共同组成火灾数据发送到射频收发电路;
[0010] 射频收发电路用于将中央处理器发送的告警值和初始监测节点的ID编号共同组 成火灾数据发送至一下邻相监测节点或定位监测转发传输单元;射频收发电路同时还将能 接收上一邻相监测节点发送的告警值和初始监测节点的ID编号共同组成火灾数据并转发
3至一下邻相监测节点或定位监测转发传输单元;
[0011] 所述的高能电池与温度传感器、烟雾传感器、中央处理器和射频收发电路联接供
H1^ O
[0012] 更近一步地,所述定位监测转发传输单元包括温度传感器、烟雾传感器、中央处理 器、射频收发电路、定位引擎、GPRS/CDMA/3G无线发送电路和高能电池;
[0013] 所述的中央处理器与温度传感器、烟雾传感器、射频收发电路、定位引擎、GPRS/ CDMA/3G无线发送电路联接;
[0014] 中央处理器将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和逻辑判断,并将其超出 规定范围的告警值、定位监测转发传输单元的ID编号和定位引擎的物理位置数据发送到 GPRS/CDMA/3G无线发送电路中;
[0015] 射频收发电路接收相邻监测节点发送来的告警值和初始监测节点的ID编号共同 组成火灾数据;
[0016] 定位引擎存储本地的物理位置信息供中央处理器读取;
[0017] GPRS/CDMA/3G无线发送电路将中央处理器发送的告警值和初始监测节点的ID编 号共同组成火灾数据连同地理位置数据通过GPRS/CDMA/3G无线网络转发到监控中心;
[0018] 所述高能电池与温度传感器、烟雾传感器、中央处理器和射频收发电路、定位引擎 和GPRS/CDMA/3G无线发送电路联接供电。
[0019] 更近一步地,所述的监控中心包括监控数据库服务器、WEB服务器和监控软件平 台;所述的监控数据库服务器与WEB服务器联接。
[0020] 更近一步地,监控数据库服务器用于存储森林消防数据及其物理位置信息,为监 控软件平台提供数据支持;监控软件平台提供森林火灾定位、火灾分析、火灾预警显示和监 测状态显示。
[0021] 与现有技术相比,该发明带来的有益效果为:该发明根据森林火灾与森林温度和 烟雾浓度的直接关联,通过监测森林的温度可以在很大程度上对森林火灾的发生进行预 警,其监测节点多,且呈星形分布,预警效果好。系统运行中,每次监测节点和定位监测转发 传输单元的检测数据与基础数据比较,如果温度和/或烟雾浓度有明显变化,则该地有异 常情况,根据火区预警点的变化,对之进行定位、分析,并在监控软件平台上显示监测状态, 并预警显示,然后继续监测。采用无线射频结合中央处理器的方式,并且采用低速和低功耗 的ZigBee技术,可自组网络预警,增长使用寿命。
附图说明
[0022] 图1为本发明的原理图;
[0023] 图2为本发明实施例的控制流程示意图;
[0024] 图3为本发明监测节点的原理框图;
[0025] 图4为本发明定位监测转发传输单元的原理框图;
[0026] 图5为本发明监控中心的原理框图;
[0027] 图6为本发明实施例中监测节点分布的局部示意图。具体实施方式
[0028] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0029] 作为本发明的一种实施方式,参见图1,森林防火定位预警监测系统主要由安装在 森林中的多个监测节点1、定位监测转发传输单元2和监控中心3组成。监测节点1用于监 测森林中的温度和烟雾浓度,并通过逻辑运算判断温度和烟雾浓度是否在规定的范围内, 并将温度和烟雾浓度超出范围的告警值发送到下一相邻监测节点1或定位监测转发传输 单元2 ;定位监测转发传输单元2接收监测节点1发送来的告警值,并将自身的定位物理信 息和告警值转发到监控中心3 ;监控中心3接收定位监测转发传输单元2发送的数据并存 和提供告警和定位信息服务。
[0030] 具体来说,参见图3,所述的监测节点1包括温度传感器11、烟雾传感器12、中央 处理器13、射频收发电路14和高能电池15。中央处理器13与温度传感器11、烟雾传感器 12、射频收发电路14联接。所述的温度传感器11用于定时监测采集森林的温度数据并将 其传送到中央处理器13。所述的烟雾传感器12用于定时监测森林的烟雾浓度数据并将其 传送到中央处理器13。中央处理器13用于将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和 逻辑判断,并将其超出规定范围的告警值和监测节点1的ID编号共同组成火灾数据发送到 射频收发电路14。射频收发电路14用于将中央处理器13发送的告警值和初始监测节点1 的ID编号共同组成火灾数据发送至一下邻相监测节点1或定位监测转发传输单元2。射频 收发电路14同时还将能接收上一邻相监测节点1发送的告警值和初始监测节点1的ID编 号共同组成火灾数据并转发至一下邻相监测节点1或定位监测转发传输单元2。所述的高 能电池15与温度传感器11、烟雾传感器12、中央处理器13和射频收发电路14联接,分别 为温度传感器11、烟雾传感器12、中央处理器13和射频收发电路14供电。
[0031] 参见图4,所述定位监测转发传输单元2包括温度传感器11、烟雾传感器12、中央 处理器13、射频收发电路14、定位引擎16、GPRS/CDMA/3G无线发送电路31和高能电池15。
[0032] 所述的中央处理器13与温度传感器11、烟雾传感器12、射频收发电路14、定位引 擎16、GPRS/CDMA/3G无线发送电路31联接。所述温度传感器11用于定时监测采集森林的 温度数据并将其传送到中央处理器13。所述烟雾传感器12用于定时监测森林的烟雾浓度 数据并将其传送到中央处理器13。中央处理器13用于将监测的温度和烟雾浓度数据进行 逻辑运算和逻辑判断,并将其超出规定范围的告警值、定位监测转发传输单元2的ID编号 和定位引擎16的物理位置数据发送到GPRS/CDMA/3G无线发送电路31中。射频收发电路 14与中央处理器13联接,用于接收相邻监测节点1发送来的告警值和初始监测节点1的ID 编号共同组成火灾数据。定位引擎16用于存储本地的物理位置信息供中央处理器13读取。
[0033] GPRS/CDMA/3G无线发送电路31将中央处理器13发送的告警值和初始监测节点1 的ID编号共同组成火灾数据连同地理位置数据通过GPRS/CDMA/3G无线网络转发到监控中 心3。所述高能电池15与温度传感器11、烟雾传感器12、中央处理器13和射频收发电路 14、定位引擎16和GPRS/CDMA/3G无线发送电路31联接,分别为温度传感器11、烟雾传感器 12、中央处理器13、射频收发电路14、定位引擎16和GPRS/CDMA/3G无线发送电路31供电。
[0034] 参见图5,所述的监控中心3包括监控数据库服务器34、WEB服务器32和监控软 件平台33。所述的监控数据库服务器34与TOB服务器32联接;监控数据库服务器34用 于存储森林消防数据及其物理位置信息,为监控软件平台33提供数据支持;监控软件平台33提供森林火灾定位、火灾分析、火灾预警显示和监测状态显示。
[0035] 参见图2,本发明主要采用了基于CC2430无线数模传输模块的ZigBee技术。模 块之间的传输距离一般为l(T75m,为了系统的可靠性,在设计中选取各监测节点1间距为 50m,监测节点1之间采用无线联接。安置节点总数多,可达几十万个点,因此可以覆盖较大 的森林范围。所述监测节点1为用于对监测森林中的烟雾和温度进行运算处理和逻辑判 断,且能发送和接收射频信号的处理单元,其分布于森林中的各点。定位监测转发传输单元 2为可监测、转发、传输的静止单元。监测节点1将预警信号通过相邻节点接力发送或通过 射频收发电路14直接发送到相邻的定位监测转发传输单元2中,定位监测转发传输单元2 将物理位置信号和预警信号通过无线网络发送到监控中心3。温度传感器11和烟雾传感器 12将实时采集到的温度和烟雾浓度发送到中央处理器13,中央处理器13通过A/D转换计 算温度和烟雾浓度是否超出设定的范围值,若监测值在规定的范围内,中央处理器13继续 读取下一次烟雾传感器12和温度传感器11的监测数据;若监测值超过规定范围,中央处理 器13读取定位引擎16的物理位置信息,同时射频收发电路14也接收上一邻近监测节点1 发送来的监测数据和初始监测节点1的ID编号,共同组成火灾预警数据,定位监测转发传 输单元2将上述火灾预警数据通过GPRS/CDMA/3G无线发送电路31向监控中心3发送。监 控软件平台33实时接收GPRS/CDMA/3G无线发送电路31发送来的火灾预警数据,并存储在 监控数据库服务器34中,监控数据库服务器34内具有用于接收并显示火灾预警数据的GIS 电子地图。
[0036] 如图1-6所示:使用该森林预警监测系统时,在森林中根据地形分布监测节点1, 每个监测节点1中预设一个独立的ID编号,且监测节点1之间组成星形网络。监测节点1 对森林中的烟雾和温度进行运算处理和逻辑判断,当监测节点1对其监测值进行运算处理 的结果超出正常范围值,比如温度高于90°C,烟雾浓度高于该地区所使用烟雾传感器的灵 敏度时。定位监测转发传输单元2接收监测节点1发送的火灾预警或预警信息,并将自身 物理位置作为参考点,根据监测节点1发送的信号强度,计算出火灾的物理位置,中央处理 器13读取定位引擎16的物理位置信息,射频收发电路14也接收上一邻近监测节点1发送 来的监测数据和初始监测节点1的ID编号,并通过GPRS/CDMA/3G无线发送电路31向监控 中心3发送。监控中心3中的监控软件平台33具有火灾预警显示、检测状态显示、火灾分 析和火灾定位功能。监控软件平台33实时接收并且显示GPRS/CDMA/3G无线发送电路31 发送来的火灾预警数据,通过分析后存储在监控数据库服务器34中。同时,监控数据库服 务器34中的GIS电子地图将物理位置参考点显示在GIS电子地图中,便于森林消防人员准 确掌握火灾的位置,从而达到快速、准确扑救的目的。监控中心3的数据库服务器与WEB服 务器32的终端相连,TOB服务器32的终端向在互连网上的合法用户提供森林消防状态、预 警或预警及物理位置的查询和统计功能。比如,通过无线网络WEB服务器32的终端为武警 消防队的PC电脑、应急求援指挥中心的PC电脑以及救火现场的手机提供信息。
[0037] 根据森林火灾与森林温度直接关联,通过监测森林的温度可以在很大程度上对森 林火灾的发生进行预警。系统运行中,每次定位监测转发传输单元2的检测数据与基础数 据比较,如果温度有明显变化,则该地有异常情况,根据火区预警点的变化,对之进行定位、 分析,并在监控软件平台33上显示监测状态,并预警显示,然后继续监测。火灾的具体地点 可采用CC2430无线数模传输模块的ID码与地理坐标位置相对应来计算确认。CC2430无线
6数模传输模块技术由于其低速和低功耗的特点,可自组网络预警,并且使用寿命增长,监测 所用节点多,呈星形分布,预警效果好。
[0038] 以上对本发明所提供的森林防火警监测系统进行了详尽介绍,本文中应用了具体 个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明 的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施 方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 对本发明的变更和改进将是可能的,而不会超出附加权利要求可规定的构思和范围。

Claims (5)

  1. 一种森林防火定位预警监测系统,其特征在于:主要由安装在森林中的多个监测节点、定位监测转发传输单元和监控中心组成;监测节点将温度和烟雾浓度超出范围的告警值发送到下一相邻监测节点或定位监测转发传输单元;定位监测转发传输单元将自身的定位物理信息和告警值转发到监控中心存储。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种森林防火定位预警监测系统,其特征在于:所述的监测 节点包括温度传感器、烟雾传感器、中央处理器、射频收发电路和高能电池;中央处理器与温度传感器、烟雾传感器、射频收发电路联接; 所述的温度传感器将定时监测采集到的温度数据传送到中央处理器; 所述的烟雾传感器将定时监测的烟雾浓度数据传送到中央处理器; 中央处理器将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和逻辑判断,并将其超出规定 范围的告警值和监测节点的ID编号共同组成火灾数据发送到射频收发电路;射频收发电路用于将中央处理器发送的告警值和初始监测节点的ID编号共同组成火 灾数据发送至一下邻相监测节点或定位监测转发传输单元;射频收发电路同时还将能接收 上一邻相监测节点发送的告警值和初始监测节点的ID编号共同组成火灾数据并转发至一 下邻相监测节点或定位监测转发传输单元;所述的高能电池与温度传感器、烟雾传感器、中央处理器和射频收发电路联接供电。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种森林防火定位预警监测系统,其特征在于:所述定位 监测转发传输单元包括温度传感器、烟雾传感器、中央处理器、射频收发电路、定位引擎、 GPRS/CDMA/3G无线发送电路和高能电池;所述的中央处理器与温度传感器、烟雾传感器、射频收发电路、定位引擎、GPRS/ CDMA/3G无线发送电路联接;中央处理器将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和逻辑判断,并将其超出规定 范围的告警值、定位监测转发传输单元的ID编号和定位引擎的物理位置数据发送到GPRS/ CDMA/3G无线发送电路中;射频收发电路接收相邻监测节点发送来的告警值和初始监测节点的ID编号共同组成 火灾数据;定位引擎存储本地的物理位置信息供中央处理器读取;GPRS/CDMA/3G无线发送电路将中央处理器发送的告警值和初始监测节点的ID编号共 同组成火灾数据连同地理位置数据通过GPRS/CDMA/3G无线网络转发到监控中心;所述高能电池与温度传感器、烟雾传感器、中央处理器和射频收发电路、定位引擎和 GPRS/CDMA/3G无线发送电路联接供电。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种森林防火定位预警监测系统,其特征在于:所述的监控 中心包括监控数据库服务器、WEB服务器和监控软件平台;所述的监控数据库服务器与WEB 服务器联接。
  5. 5.根据权利要求4所述的一种森林防火定位预警监测系统,其特征在于:监控数据库 服务器用于存储森林消防数据及其物理位置信息,为监控软件平台提供数据支持;监控软 件平台提供森林火灾定位、火灾分析、火灾预警显示和监测状态显示。
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