CN106781185A - 一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法 - Google Patents

一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法 Download PDF

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马文辉
何志琴
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Abstract

本发明公开了一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法，包括终端节点和网关节点，终端节点和网关节点间通过ZigBee无线模块连接，终端节点包括控制器一和与控制器连接的温湿度传感器和烟雾传感器，网关节点包括控制器二，控制器二通过3G网络模块连接到监控中心。本发明通过温度传感器和温湿度传感器实时监控森林情况，并通过ZigBee无线模块和3G网络模块连接到远程监控中心，实现远程的实时监控和智能监控，提高森林监控管理的科学性，提高及时处理的能力，本发明还具有控制简单、成本低的特点。

Description

一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法
技术领域
本发明属于森林防火设备领域，具体涉及一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法。
背景技术
森林是地球之肺，是维持人类生存和发展的必需资源，森林在保护地球生态平衡的过程中起着无可替代的作用。但是近些年来，森林火灾频繁发生，对森林生态系统造成了严重威胁。森林火灾不仅会烧死大批林木、减少森林面积、严重破坏森林结构和森林环境，而且还将会导致森林生物种类和数量的严重下降。传统森林火灾监测方式存在的智能化程度较低、实时性较差等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种森林火灾快速监测定位系统及其监测定位方法，智能化程度高、实时性好，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种森林火灾快速监测定位系统，包括终端节点和网关节点，终端节点和网关节点间通过ZigBee无线模块连接，终端节点包括控制器一和与控制器连接的温湿度传感器和烟雾传感器，网关节点包括控制器二，控制器二通过3G网络模块连接到监控中心。
优选的，上述控制器一和控制器二采用STM32F103控制器芯片。
优选的，上述ZigBee无线模块采用CC2530芯片。
优选的，上述温湿度传感器采用SHT10温湿度传感器。
优选的，上述烟雾传感器采用MQ-2S芯片。
一种森林火灾快速监测定位系统的监测定位方法，该方法为：通过温湿度传感器和烟雾传感器实时监测环境的温湿度，并将温湿度通过无线模块和3G网络模块实时传递给监控中心，首先，通过终端节点的温湿度传感器和烟雾传感器监测区域内的火情，并将火情采集参数传送给路由节点，路由节点负责将多个节点收集到的参数信息进行一次打包处理，并发送到网关节点，再由网关节点通过3G网络模块发送至Internet，最终到达远程火情监控中心，监控中心通过质心定位算法计算出采集结点位置即为火灾发生位置。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过温度传感器和温湿度传感器实时监控森林情况，并通过ZigBee无线模块和3G网络模块连接到远程监控中心，实现远程的实时监控和智能监控，提高森林监控管理的科学性，提高及时处理的能力，本发明还具有控制简单、成本低的特点，质心定位算法进行火情位置的定位，根据网络连通度计算未知节点位置，相对于基于距离定位,该方法降低了节点硬件要求，降低了节点能耗，受环境因素影响较小，且其定位精度足以满足森林火灾报警的要求。
附图说明
图1是本发明的网关节点控制结构示意图；
图2是本发明的终端节点控制结构示意图；
图3是本发明的控制连接结构示意图；
图4是网关节点接收流程图；
图5是网关节点发送流程图；
图6是质心原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种森林火灾快速监测定位系统，包括终端节点和网关节点，终端节点和网关节点间通过ZigBee无线模块连接，终端节点包括控制器一和与控制器连接的温湿度传感器和烟雾传感器，网关节点包括控制器二，控制器二通过3G网络模块连接到监控中心。
优选的，上述控制器一和控制器二采用STM32F103控制器芯片，STM32F103拥有12位的AD通道。
优选的，上述ZigBee无线模块采用CC2530芯片，选择CC2530芯片作为ZigBee模块的核心，CC2530芯片集成单片机、ADC、无线通信模块于一体，能够支持最新的Zigbee协议，具有低功耗、低成本、高可靠性等优势。由于森林中通信环境复杂，对ZigBee模块的通信距离会产生较大影响，故采用CC2591芯片作为功率放大芯片来放大节点发射功率、增加节点通信距离。
优选的，上述温湿度传感器采用SHT10温湿度传感器，具有计量精确度高、速度快、耗电量小、抗干扰能力强等优点。
优选的，上述烟雾传感器采用MQ-2S芯片，选择MQ-2S芯片作为监测森林监测区域内可燃气体浓度的传感器元件，这种传感器可监测森林区域中多种可燃性气体的密度，是一个能够应用于多种监控场合、价格低廉、使用寿命长、稳定性强、响应恢复快的传感器。
实施例2：一种森林火灾快速监测定位系统的监测定位方法，该方法为：通过温湿度传感器和烟雾传感器实时监测环境的温湿度，并将温湿度通过无线模块和3G网络模块实时传递给监控中心，首先，通过终端节点的温湿度传感器和烟雾传感器监测区域内的火情，并将火情采集参数传送给路由节点，路由节点负责将多个节点收集到的参数信息进行一次打包处理，并发送到网关节点，再由网关节点通过3G网络模块发送至Internet，最终到达远程火情监控中心，监控中心通过质心定位算法计算出采集结点位置即为火灾发生位置。
质心定位算法是通过未知节点接收所有在其通信范围内的信标节点的信息，并将这些信标节点的几何质心作为自己的估计位置来定位，采集结点为未知节点，无线传感网络中的路由节点、网关节点为信标节点。
网关节点是森林火灾监测系统的关键部分，主要功能是接收数据、暂存数据信息以及转发数据信息。网关节点通过ZigBee模块接收来自火情参数采集节点发送的参数信息，经过处理器处理之后，通过3G模块发送至Internet。
如图3所示，火情参数采集节点在开启电源后，CC2530，首先进行硬件初始化并尝试进入无线传感网络，当进行若干次尝试并最终进入网络后，节点将定期采集监测区域内的温湿度和可燃气体浓度信息并将其传送至上层节点。
当网关节点开启电源后，CC2530硬件进行初始化并建立一个网络，在获得火情参数采集节点请求加入的信息后，网关节点根据实际需要决定是否允许该火情参数采集节点加入。
目前无线技术的定位方法基本可分为基于距离定位和距离无关的定位。
基于距离定位机制是通过测量相邻节点间的实际距离或方位来计算未知节点的位置，通常采用测距、定位和修正等步骤。如基于ＡＯＡ定位，基于ＲＳＳＩ定位等，通常定位精度较高，但对节点硬件要求也高，易受环境因素影响，同时定位过程中消耗的能量相对较多。不适合森林防火设计要求。故本系统采用与距离无关的定位机制(质心定位算法)来进行定位，根据网络连通度计算未知节点位置，相对于基于距离定位,该方法降低了节点硬件要求，降低了节点能耗，受环境因素影响较小，且其定位精度足以满足森林火灾报警的要求。
上位机监控界面：森林火灾监测系统的远程火情监控中心的界面是基于VisualStudio开发平台，运用C#语言开发完成的一套简单、适用、便于操作的界面，主要由火情数据监测模块、火灾预警模块、历史火情数据查询模块以及火灾定位模块四个部分组成。森林火情监测系统主要负责实时监测温湿度和可燃气体浓度等火情数据。当火情数据出现异常时，能够进行实时火灾预警定位以尽可能避免灾害发生。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种森林火灾快速监测定位系统，其特征在于：包括终端节点和网关节点，终端节点和网关节点间通过ZigBee无线模块连接，终端节点包括控制器一和与控制器连接的温湿度传感器和烟雾传感器，网关节点包括控制器二，控制器二通过3G网络模块连接到监控中心。
2.根据权利要求1所述的一种森林火灾快速监测定位系统，其特征在于：控制器一和控制器二采用STM32F103控制器芯片。
3.根据权利要求1所述的一种森林火灾快速监测定位系统，其特征在于：ZigBee无线模块采用CC2530芯片。
4.根据权利要求1所述的一种森林火灾快速监测定位系统，其特征在于：温湿度传感器采用SHT10温湿度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种森林火灾快速监测定位系统，其特征在于：烟雾传感器采用MQ-2S芯片。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种森林火灾快速监测定位系统的监测定位方法，其特征在于：该方法为：通过温湿度传感器和烟雾传感器实时监测环境的温湿度，并将温湿度通过无线模块和3G网络模块实时传递给监控中心，首先，通过终端节点的温湿度传感器和烟雾传感器监测区域内的火情，并将火情采集参数传送给路由节点，路由节点负责将多个节点收集到的参数信息进行一次打包处理，并发送到网关节点，再由网关节点通过3G网络模块发送至Internet，最终到达远程火情监控中心，监控中心通过质心定位算法计算出采集结点位置即为火灾发生位置。
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