CN108389353A - 立体化森林防火预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种立体化森林防火预警系统,涉及园林环境监测领域包括森林环境数据采集子系统、视频监控子系统、数据传输子系统和数据处理子系统,能够全面监测森林内的环境参数,还能够针对火源进行监测。
Description
技术领域
本发明涉及森林环境监测领域,尤其涉及用于森林防火预警的系统。
背景技术
森林火灾广义上讲:凡是失去人为控制,在林地内自由蔓延和扩展,对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为都称为森林火灾。狭义讲: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。
森林防火工作是中国防灾减灾工作的重要组成部分,是国家公共应急体系建设的重要内容,是社会稳定和人民安居乐业的重要保障,是加快林业发展,加强生态建设的基础和前提,事关森林资源和生态安全,事关人民群众生命财产安全,事关改革发展稳定的大局林火发生后,按照对林木是否造成损失及过火面积的大小,可把森林火灾分为:一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾和特别重大森林火灾。
中国每年平均发生森林火灾约1万多次,烧毁森林几十万至上百万公顷,约占全国森林面积的5~8‰。
现有的森林火灾预警系统主要通过红外摄像头以及烟雾传感器对森林火灾进行预警,但由于摄像头探测面积较小,很难及时的监测火情。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种能够全面监测森林内的环境参数,还能够针对火源进行监测的立体化森林防火预警系统。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种立体化森林防火预警系统,包括森林环境数据采集子系统、视频监控子系统、数据传输子系统和数据处理子系统,所述数据采集子系统包括分布在森林内的多个环境数据采集装置,所述环境数据采集装置包括支架,所述支架包括下端插入地基的立柱,所述立柱上端设置有连接座,所述连接座上端设置有竖杆,所述竖杆上端设置有横杆,所述横杆末端设置有风速风向传感器,所述竖杆上还设置有氧浓度测定仪、第一温湿度传感器和烟雾传感器,所述连接座下端设置有斜向下的探杆,所述探杆下端插入落叶层设置有甲烷传感器和第二温湿度传感,所述连接座上设置有蓄电池和控制盒;
所述视频监控子系统包括设置在立柱上端的向上的伺服电机,所述伺服电机的输出轴上设置有摄像头,所述伺服电机能够带动摄像头水平旋转;
所述数据传输子系统包括设置在控制盒内的无线模块,还包括设置在森林内的微蜂窝基站;
所述数据处理子系统包括上位机,所述上位机连接有显示器和声光报警装置;
所述控制盒内设置有集成电路板,所述集成电路板上设置控制器、存储器、电源模块和无线模块,所述氧浓度测定仪、第一温湿度传感器、甲烷传感器、第二温湿度传感器、烟雾传感器、风速风向传感器均连接至控制器的输入接口,所述伺服电机、无线模块连接至控制器的输出接口。
进一步地,所述探杆有两根,两根探杆对称分布在立柱两侧。
进一步地,所述竖杆为管状,所述竖杆上端设置有基板,所述基板上端设置有向上的台阶,所述台阶处设置有轴承,所述轴承外套装有向上的套管,所述套管上端设置有用于保护摄像头的护罩,所述护罩上正对摄像头的镜头处设置有透镜,所述伺服电机的输出轴与套管之间设置有接杆,所述伺服电机能够通过接杆带动套管同步旋转。
进一步地,所述套管上端内侧均匀开有3-4个向上的开口,所述开口截面为矩形,任一开口对应一个接杆,所述接杆内端与伺服电机的输出轴固定,外端悬空在开口内。
进一步地,所述台阶有两层,任一层台阶处均设置有轴承。
进一步地,所述摄像头为调焦摄像头,所述摄像头上设置有调焦电机,所述调焦电机的输出轴上套装有调焦轮,所述调焦轮与摄像机调焦环啮合,所述调焦电机连接至控制器的输出接口。
进一步地,所述探杆为圆管,所述探杆下端设置有向下的锥形端头,所述锥形端头上端面设置有向上的支杆,所述甲烷传感器与第二温湿度传感器设置在支杆上端,所述探杆的壁上与支杆项对应位置处开有至少两个用于使空气流经支杆上端的气孔,所述探杆与锥形端头连接处的侧壁上开有排水口,所述气孔处设置有滤网。
进一步地,所述连接座外缘设置有向上的环形护栏板,连接座上端设置有用于遮挡在连接座上侧的第一遮板。
进一步地,所述立柱截面为十字形。
进一步地,所述无线模块为4G模块,所述控制器为单片机控制器
本发明的有益效果在于:设置数据采集子系统、视频监控子系统、数据传输子系统和数据处理子系统,数据采集子系统能够采集森林内的环境参数数据,方便操作人员进行数据分析,通过烟雾传感器和风速风向传感器能够监测烟雾源的方向,进而使摄像头向该方向旋转进行视频监控,将环境参数数据和视频数据通过无线模块、微蜂窝基站发送至上位机,通过显示器显示,保证操作人员能够第一时间监测火情。
附图说明
图1为实施例1控制原理图示意图;
图2为实施例1主视剖面图示意图;
图3为连接座俯视图示意图;
图4为连接座仰视图示意图;
图5为A处局部放大图示意图;
图6为B处局部放大图示意图;
图7为C处局部放大图示意图;
其中:1-立柱,2-连接座,3-护栏板,4-立柱套管,5-蓄电池,6-第一遮板,7-竖杆套管,8-第二遮板,9-竖杆,10-风速风向传感器,11-第三遮板,12-第一温湿度传感器,13-氧浓度测定仪,14-烟雾传感器,15-探杆,16-锥形端头,17-支杆,18-接管,19-滤网,20-第二温湿度传感器,21-甲烷传感器,22-气孔,23-排水口,24-横杆,25-控制盒,26-伺服电机,27-基板,28-接杆,29-轴承,30-套管,31-护罩,32-透镜,33-摄像头,34-调焦电机,35-调焦轮,36-螺栓。
具体实施方式
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-7所示,一种立体化森林防火预警系统,包括森林环境数据采集子系统、视频监控子系统、数据传输子系统和数据处理子系统,数据采集子系统包括分布在森林内的多个环境数据采集装置,环境数据采集装置根据森林火灾发生频繁程度进行分布,环境数据采集装置包括支架,支架包括下端插入地基的立柱1,立柱1截面为十字形,由钢板焊接而成,立柱1下端加工为向下的锥形,方便插入地基中,同时能够避免旋转,立柱1上端安装有连接座2,连接座2下端面中间位置固定有向下的立柱套管4,立柱套管4的内腔截面是与立柱相匹配的十字形,将立柱1上端插入立柱套管4内并穿装螺栓固定,拆装方便且连接稳定性高,在连接座2上端面中间位置固定有向上的竖杆套管7,竖杆套管7内穿装有向上的竖杆9,竖杆9由方管制成,竖杆套管7的内腔截面是与竖杆9相匹配的方形,在竖杆套管7上端固定有环形倾斜向下的第一遮板6,连接座2上端外缘固定有向上的环形护栏板3,在连接座2与护栏板3围成的凹槽内放置有蓄电池5和控制盒25,通过护栏板3、第一遮板6能够保护蓄电池5,在连接板与护栏板围成的凹槽内还放置有驱虫药物,竖杆9上端固定有横杆24,横杆24末端安装有风速风向传感器10,竖杆9外壁上还固定有环形倾斜向下的第三遮板11,第三遮板下端的竖杆上安装有第一温湿度传感器12、氧浓度测定仪13和烟雾传感器14,第三遮板11能够保护第一温湿度传感器、氧浓度测定仪和烟雾传感器,第一温湿度传感器、氧浓度测定仪和烟雾传感器的线缆穿入竖杆内腔向下,然后穿过竖杆及竖杆套管的壁与蓄电池连接,为防止水进入竖杆与竖杆套管之间的间隙,在竖杆下端外壁还固定有环形倾斜向下的第二遮板8,为使竖杆固定更为牢固,第一遮板与第二遮板均为四棱台型,第二遮板压紧在第一遮板上端。
控制盒25内安装有集成电路板,集成电路板上安装控制器、存储器、电源模块和无线模块,控制器选用AT91RM9200,存储器选用W25Q32BVSTIM,电源模块为稳压降压电路,将蓄电池输出的电流稳压降压至5V供给控制器,无线模块为4G模块。
连接座下端通过接管18安装有两个斜向下的探杆15,两根探杆对称分布在立柱两侧,探杆为圆管,探杆下端安装有向下的锥形端头16,锥形端头上端面固定有向上的支杆17,甲烷传感器21与第二温湿度传感器20安装在支杆17上端,探杆的壁上与支杆项对应位置处对称开有四个用于使空气流经支杆上端的气孔22,气孔处安装有滤网19,防止虫蚁及枝叶进入探杆内,在探杆与锥形端头连接处的侧壁上开有排水口23,避免探杆内积水,甲烷传感器与第二温湿度传感器的线缆经过探杆内腔后穿过接管及连接座后与蓄电池连接,在使用时,将探杆下端插入落叶层,至气孔进入落叶层内3-5cm。
视频监控子系统包括安装在立柱上端的向上的伺服电机26,伺服电机26连接至控制器的输出接口,竖杆上端固定有圆形的基板27,基板27上端加工有两层向上的台阶,任一台阶处套装有轴承29,两轴承外套装有向上的套管30,套管上端固定有用于保护摄像头的护罩31,护罩31为圆柱形,护罩上端密封,护罩下端套装在套管外并通过螺栓36与套管固定,方便安装且连接强度高,能够降低风阻,伺服电机的输出轴向上穿过基板安装有横向的摄像头33,摄像头33为调焦摄像头,摄像头上安装有调焦电机34,调焦电机的输出轴上套装有调焦轮35,调焦轮与摄像机调焦环啮合,调焦电机连接至控制器的输出接口,调焦电机也是伺服电机,控制精度高,护罩上正对摄像头的镜头处安装有透镜32,伺服电机的输出轴与套管之间安装有接杆28,伺服电机能够通过接杆带动套管同步旋转,套管上端内侧均匀开有4个向上的开口,开口截面为矩形,任一开口对应一个接杆,接杆内端与伺服电机的输出轴固定,外端悬空在开口内,当森林内有风时,风推动护罩倾斜,此时接杆与开口在竖直方向内相对运动,并不会带动伺服电机的输出轴动作,能够很好的保护摄像头及伺服电机,当电机旋转时,接杆能够横向推动套管旋转,进而使透镜始终正对摄像头镜头。
数据传输子系统包括安装在控制盒内的无线模块,还包括均匀分布在森林内的微蜂窝基站,森林内的环境参数数据和摄像头数据通过无线模块上传给微蜂窝基站,再通过微蜂窝基站向外传输;
数据处理子系统包括上位机,上位机连接有显示器和声光报警装置,上位机为PC,声光报警装置为蜂鸣器;
氧浓度测定仪、第一温湿度传感器、甲烷传感器、第二温湿度传感器、烟雾传感器、风速风向传感器均连接至控制器的输入接口,伺服电机、调焦电机、无线模块连接至控制器的输出接口。
本实施例提供的立体化森林防火预警系统,能够检测氧气浓度、上层空气温湿度、上层空气流速、落叶层温湿度、落叶层甲烷含量,能够监测到园林火灾尤其是自然园林火灾必须的因素,进而帮助管理人员制定防火灾方案。
还安装有烟雾传感器,能够在火灾发生的第一时间检测到。
本实施例的工作原理如下:常态下,第一温湿度传感器监测森林内上层空气的温湿度,风速风向传感器监测森林内上层空气的流动速度和流动方向,氧浓度测定仪监测森林内的氧气浓度,第二温湿度传感器监测森林内落叶层内空气的温湿度,甲烷传感器能够监测落叶层侧甲烷含量,各传感器的数据进过控制器后发送给无线模块,进而通过微蜂窝基站发送给上位机,通过显示器显示,为管理人员制定防火灾方案提供依据;
在发生火灾初期,烟雾传感器监测到烟雾,将信号依次通过控制器、无线模块、微蜂窝基站发送给上位机,上位机给声光报警装置信号进行报警,同时,控制器通过风速风向传感器得到实时风速风向数据,控制器将风向数据与存储器内存储的数据进行对比,得到伺服电机需要转动的角度,进而控制伺服电机旋转,使摄像头迎向风向正对火源位置,摄像头的视频数据依次通过控制器、无线模块、微蜂窝基站发送给上位机,通过显示器显示,操作人员通过上位机向控制器发送信号,致使调焦电机动作,调整摄像头焦距,得到清晰的火源位置图像,为管理人员制定灭火方案提供依据。
为保证无线模块能够稳定的将数据传输给微蜂窝基站,在支架上还安装有天线,天线与无线模块信号连接。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种立体化森林防火预警系统,其特征在于:包括森林环境数据采集子系统、视频监控子系统、数据传输子系统和数据处理子系统,所述数据采集子系统包括分布在森林内的多个环境数据采集装置,所述环境数据采集装置包括支架,所述支架包括下端插入地基的立柱,所述立柱上端设置有连接座,所述连接座上端设置有竖杆,所述竖杆上端设置有横杆,所述横杆末端设置有风速风向传感器,所述竖杆上还设置有氧浓度测定仪、第一温湿度传感器和烟雾传感器,所述连接座下端设置有斜向下的探杆,所述探杆下端插入落叶层设置有甲烷传感器和第二温湿度传感,所述连接座上设置有蓄电池和控制盒;
所述视频监控子系统包括设置在立柱上端的向上的伺服电机,所述伺服电机的输出轴上设置有摄像头,所述伺服电机能够带动摄像头水平旋转;
所述数据传输子系统包括设置在控制盒内的无线模块,还包括设置在森林内的微蜂窝基站;
所述数据处理子系统包括上位机,所述上位机连接有显示器和声光报警装置;
所述控制盒内设置有集成电路板,所述集成电路板上设置控制器、存储器、电源模块和无线模块,所述氧浓度测定仪、第一温湿度传感器、甲烷传感器、第二温湿度传感器、烟雾传感器、风速风向传感器均连接至控制器的输入接口,所述伺服电机、无线模块连接至控制器的输出接口。
2.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述探杆有两根,两根探杆对称分布在立柱两侧。
3.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述竖杆为管状,所述竖杆上端设置有基板,所述基板上端设置有向上的台阶,所述台阶处设置有轴承,所述轴承外套装有向上的套管,所述套管上端设置有用于保护摄像头的护罩,所述护罩上正对摄像头的镜头处设置有透镜,所述伺服电机的输出轴与套管之间设置有接杆,所述伺服电机能够通过接杆带动套管同步旋转。
4.根据权利要求3所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述套管上端内侧均匀开有3-4个向上的开口,所述开口截面为矩形,任一开口对应一个接杆,所述接杆内端与伺服电机的输出轴固定,外端悬空在开口内。
5.根据权利要求3所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述台阶有两层,任一层台阶处均设置有轴承。
6.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述摄像头为调焦摄像头,所述摄像头上设置有调焦电机,所述调焦电机的输出轴上套装有调焦轮,所述调焦轮与摄像机调焦环啮合,所述调焦电机连接至控制器的输出接口。
7.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述探杆为圆管,所述探杆下端设置有向下的锥形端头,所述锥形端头上端面设置有向上的支杆,所述甲烷传感器与第二温湿度传感器设置在支杆上端,所述探杆的壁上与支杆项对应位置处开有至少两个用于使空气流经支杆上端的气孔,所述探杆与锥形端头连接处的侧壁上开有排水口,所述气孔处设置有滤网。
8.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述连接座外缘设置有向上的环形护栏板,连接座上端设置有用于遮挡在连接座上侧的第一遮板。
9.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述立柱截面为十字形。
10.根据权利要求1所述的立体化森林防火预警系统,其特征在于:所述无线模块为4G模块,所述控制器为单片机控制器。
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