CN110443970A - 一种智能森林防火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能森林防火系统，涉及森林防火技术领域，包括子监测端、主监测端、无人机消防端、消防监控端和个人终端，子监测端、消防监控端、个人终端和无人机消防端均与主监测端无线连接。本发明能够获取多森森林中各个监测区和森林上空的多项数据信息，并进行预警。发生火灾时，监管部门和灾情区周围的居民能够第一时间了解到火情信息，同时出动无人机进行火情信息获取和高空救火，阻止火势蔓延，并进行及时报灾情报警。此外，子监测端还可以区域性消防灭火以及灾情严重时进行设备自我保护。
Description
技术领域
本发明涉及森林防火技术领域，特别涉及一种智能森林防火系统。
背景技术
森林是人类宝贵的物资财富，是再生的自然资源，森林除了为人类提供木材和林副产品外，还给人类生产、生活带来各种各样的益处，森林在国民经济和社会发展中占有重要地位，其主要作用是美化景观，保护自然；净化空气，改造环境；提高水质，涵养水源；调节气候，发展农业；提供材料，发展经济。
森林火灾既是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害、毁灭性的后果。但随着全球气候变暖，森林火灾已成为世界性的林业重要灾害之一，并且时有发生，造成很大的林业资源损失和全球性的环境污染。而森林一般处于偏僻地带，山高路远，面大林深，在日常的巡查维护中，即使以一周一次的巡查，也需要耗费大量的人力物力。在人为巡查过程中，还可能存在不及时、消极怠工等情况。一旦森林发生火灾，它不仅导致森林蓄积下降，生态环境受到破坏，而且还会威胁到人类的生命和财产安全，因而采用科技手段实现森林监管，消灭祸患于萌芽中已凸现其必要性。
发明内容
为了能够实时监测森林状况和及时预防森林火灾的发生，本发明提供了一种智能森林防火系统。
本发明的技术方案是：
一种智能森林防火系统，包括子监测端、主监测端、无人机消防端、消防监控端和个人终端；所述子监测端、消防监控端、个人终端和无人机消防端均与所述主监测端无线连接；
子监测端包括多个，所述子监测端，用于获取森林中数据信息并发送至主监测端；用于区域性消防灭火、报警及灾情严重时进行设备自我保护；以及用于森林地表震动信息的检测；
无人机消防端，由主监测端控制，所述无人机消防端用于获取森林上空数据信息并发送至主监测端；以及用于消防灭火和消防报警；
主监测端，用于对接收到的所述森林中数据信息、森林地表震动信息和森林上空数据信息进行统计、分析和评估，并将评估结果发送至消防监控端；所述主监测端还与第三方通信平台关联，用于获取个人终端的通信方式；若评估结果出现险情，则进行自动报警，同时向消防监控端和个人终端发送报警信息，并向无人机消防端发出消防出警指令，控制无人机消防端前往灾情区灭火；
消防监控端，用于接收所述主监测端发送的森森林中数据信息并进行显示、记录和储存；
个人终端，用于接收所述主监测端发送的森森林中数据信息并进行显示。
优选的，所述子监测端包括第一主控模块，所述第一主控模块电性连接有第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块。
优选的，所述林中数据信息包括各个子监测端监测区域的地理位置信息、温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、火焰信息、空气质量和视频图像；所述第一数据采集模块包括温湿度传感器、风力风速传感器、雨雪传感器、烟雾传感器、火焰传感器、空气质量传感器、监控模块和第一定位模块。
优选的，所述第一无线传输模块用于将森林中数据信息发送至主监测端，所述第一预警模块用于森林中监测区域火灾报警，所述电源模块包括第一蓄电池，所述第一蓄电池电性连接有第一光伏发电板。
优选的，所述子监测端包括震动检测模块，所述震动检测模块与所述第一控制模块电连接，所述震动检测模块用于检测森林地表震动信息。
优选的，每个所述子监测端还设有设备保护装置，所述备保护装置包括防护洞、灭火装置和安装所述第一主控模块、第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块的基杆；所述灭火装置设在所述基杆的顶部，所述防护洞的内设有丝杆和电机，所述丝杆转动设置在所述防护洞的底部，所述电机与所述丝杆传动连接，所述电机和灭火装置与所述第一主控模块电性连接；所述基杆是中空结构，所述基杆的底部设有基座，所述基座上开设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述基杆连通，所述螺纹孔与所述丝杆螺接；所述防护洞的洞口一侧设有盖板，所述盖板包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间设有软板和第一弹簧，且所述第一弹簧位于所述软板下方；所述第一侧板与所述防护洞的洞口一侧铰接，所述第二侧板的与所述防护洞洞口远离所述第一侧板一侧之间对称设有第二弹簧；其中，所述基杆的内径大于所述丝杆的外径，所述防护洞洞口的面积大于所述基座的面积，所述第二侧板远离所述第一弹簧的一侧是倾斜的弧面。
优选的，所述所述无人机消防端包括无人机和搭载在所述无人机上的控制单元；所述控制单元包括第二主控模块、第二蓄电池、第二光伏发电板、第二数据采集模块、第二无线传输单模块、第二定位模块和第二预警模块；所述第二光伏发电板与第二蓄电池电连接，所述第二主控模块和第二蓄电池均与第二数据采集模块、第二无线传输模块、第二定位模块和第二预警模块电性连接。
优选的，所述第二数据采集模块用于采集所述森林上空数据信息，该数据信息包括森林上空的温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、空气质量和视频图像信息，所述第二定位模块用于获取森林上空的地理位置数据信息，所述第二无线传输单模块用将所述森林上空数据和森林上空的地理位置数据信息传输至主监测端，所述第二预警模块用于发生火灾时无人机进行高空报警。
优选的，所述无人机消防端包括搭载在所述无人机上的灭火投弹装置，所述灭火投弹装置与所述第二主控模块电性连接；其中，所述灭火投弹装置上装载有灭火弹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、不仅可以实时获取多森森林中各个监测区的多项数据信息和通过无人机监测获取森林上空的多项数据信息，还可以对森森林中各个监测区及森林上空进行预警。
2、发生火灾时，监管部门和灾情区周围的居民能够第一时间了解到火情信息，以便及时做好预防措施和救火准备；同时主监测端控制无人机出动，实时获取火情信息，并进行高空救火，阻止火势蔓延，为保证人民生命、财产安全提供更多的时间。
3、发生火灾时，由于森林中树木的燃烧会造成树木倒塌、地表塌陷等情况的发生，从而引起地表震动，监管人员可以实时了解到森林中地表震动的情况，组织队伍灭火时，可以实时指挥队伍避开地表塌陷、树木倒塌等危险区域，保证队伍的安全。此外，未发生火灾时，森林中如果出现塌方、地震等情况，本发明可以随时通知森林管理人员及时作出应对措施，并告知森林附近的居民森林出现的震动情况，让居民有相应的应急准备。
4、当火势蔓延到各个子监测端的周围时，灭火装置对子监测端周围进行灭火；当火势危机到各个子监测端时，子监测端会自动自我进行保护，其移动到防护洞中对整个子监测端的电器件进行保护，防止大火毁坏子监测端设备。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的子监测端结构框图；
图3为本发明的设备保护装置结构图；
图4为本发明的盖板的结构图；
图5为本发明的无人机消防端结构框图。
附图标记说明：1-主监测端，2-子监测端，21-基杆，22-基座，23-防护洞，24-丝杆，25-电机，26-盖板，261-第一侧板，262-第二侧板，263-软板，264-第一弹簧，265-第二弹簧，27-灭火装置，3-无人机消防端，4-消防监控端，5-消防监控端。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的一种智能森林防火系统，包括子监测端2、主监测端1、无人机消防端3、消防监控端4和个人终端5；所述子监测端2、消防监控端4、个人终端5和无人机消防端3均与所述主监测端1无线连接；
子监测端2包括多个，所述子监测端2，用于获取森林中数据信息并发送至主监测端1；用于区域性消防灭火、报警及灾情严重时进行设备自我保护；以及用于森林地表震动信息的检测；
无人机消防端3，由主监测端1控制，所述无人机消防端3用于获取森林上空数据信息并发送至主监测端1；以及用于消防灭火和消防报警；
主监测端1，用于对接收到的所述森林中数据信息、地表震动信息和森林上空数据信息进行统计、分析和评估，并将评估结果发送至消防监控端4；所述主监测端1还与第三方通信平台关联，用于获取个人终端5的通信方式；若评估结果出现险情，则进行自动报警，同时向消防监控端4和个人终端5发送报警信息，并向无人机消防端3发出消防出警指令，控制无人机消防端3前往灾情区灭火；
消防监控端4，用于接收所述主监测端1发送的森森林中数据信息并进行显示、记录和储存；
个人终端5，用于接收所述主监测端1发送的森森林中数据信息并进行显示。
如图2所示，子监测端2包括第一主控模块，第一主控模块电性连接有第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块。
具体的，林中数据信息包括各个子监测端2监测区域的地理位置信息、温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、火焰信息、空气质量和视频图像；第一数据采集模块包括温湿度传感器、风力风速传感器、雨雪传感器、烟雾传感器、火焰传感器、空气质量传感器、监控模块和第一定位模块、其中，温湿度传感器用于采集森林中监测区域的温湿度，风力风速传感器用于采集森林中监测区域的风力、风速，雨雪传感器用于检测森林中区域的雨雪信息数据；烟雾传感器用于采集森林中监测区域的烟雾浓度；火焰传感器用于采集森林中监测区域的火焰信息；空气质量传感器用于采集森林中监测区域的空气质量数据；震动传感器用于检测森林中监测区域的地表震动信息，如地面塌方、地震等信息；监控模块用于采集森林中监测区域的视频图像信息；第一定位模块用于获取森林中监测区域的地理位置数据信息。第一无线传输模块用于将森林中数据信息发送至主监测端1，第一预警模块用于森林中监测区域火灾报警，电源模块包括第一蓄电池，第一蓄电池为子监测端2的各个模块供电，第一蓄电池由第一光伏发电板充电。
进一步的，子监测端2还包括震动检测模块，震动检测模块与第一控制模块电连接，震动检测模块用于检测森林地表震动信息，其中，震动检测模块是D7S振动传感器。发生火灾时，由于森林中树木的燃烧会造成树木倒塌、地表塌陷等情况的发生，从而引起地表震动，子监测端2将地表震动信息发送至主监测端进行处理，主监测端1将各个区域的地表震动信息发送至消防监控端4，监管人员可以实时了解到森林中地表震动的情况，组织队伍灭火时，可以实时指挥队伍避开地表塌陷、树木倒塌等危险区域，保证队伍的安全。未发生火灾时，森林中如果出现塌方、地震等情况，子监测端2也能够将塌方、地震等数据信息，通过主监测端1发生至消防监控端4和个人终端5，从而通知森林管理人员及时作出应对措施，并告知森林附近的居民森林出现的震动情况，让居民有相应的应急准备。
如图3和图4所示，每个子监测端2还设有设备保护装置，备保护装置包括防护洞23、灭火装置27和安装第一主控模块、第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块的基杆21；灭火装置27设在基杆21的顶部，防护洞23的内设有丝杆24和电机25，丝杆24转动设置在防护洞23的底部，电机25与丝杆24传动连接，电机25和灭火装置27与第一主控模块电性连接；基杆21是中空结构，基杆21的底部设有基座22，基座22上开设有螺纹孔，螺纹孔与基杆21连通，螺纹孔与丝杆24螺接；防护洞23的洞口一侧设有盖板26，盖板26包括第一侧板261和第二侧板262，第一侧板261和第二侧板262之间设有软板263和第一弹簧264，且第一弹簧264位于软板263下方；第一侧板261与防护洞23的洞口一侧铰接，第二侧板262的与防护洞23洞口远离第一侧板261一侧之间对称设有第二弹簧265；其中，基杆21的内径大于丝杆24的外径，防护洞23洞口的面积大于基座22的面积，第二侧板262远离第一弹簧264的一侧是倾斜的弧面。
具体的，灭火装置27由第一主控模块控制，发生火灾时，第一主控模块控制通过第一数据采集模块采集的火焰信息和图像数据与第一主控模块中预设的数据进行比较分析，若采集的数据超过预设的数据阈值，则第一主控模块灭火装置27对该子监测端2的周围进行灭火。
丝杆24转动安装在防护洞23，电机25是步进电机，作为丝杆24的动力机构，丝杆24上设有从动齿轮，电机25的输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮转动啮合，且电机25由第一主控模块控制其的正反转动。
基座22螺接在丝杆24上，丝杆24正反转动时，基座22会随时沿着丝杆24上下移动，即基座22上的基杆21上下移动。需要说明的是，基杆21是中空的结构且基杆21的内径大于丝杆24的外径，基座22向下移动时，丝杆24的上部分会伸入基杆21的内腔中。基座22的面积略小于防护洞23洞口的面积，当基座22移动到防护洞23的洞口且略低于洞口时，丝杆24不在转动，同时基座22能够将洞口挡住，防止杂物进入防护洞23内。
防护洞23的洞口处设置的盖板26由第一侧板261、第二侧板262和第一侧板261和第二侧板262之间连接的软板263和第一弹簧264组成；应理解为，该盖板26的面积可以压缩和拉伸。第一侧板261铰接在防护洞23洞口的一侧，第二侧板262的底面上设有一对第二弹簧265，分别安装在防护洞23洞口与第一侧板261相对的一侧。基座22移动到洞口时，盖板26处于打开状态，第二弹簧265呈拉伸状态，第二侧板262低靠在基杆21的外壁上，软板263和第一弹簧264呈压缩状态；基座22和基杆21完全移动到洞内时，第二弹簧265回缩，第一弹簧264复原，且软板263受到第一弹簧264的作用被拉伸，进而将洞口盖住，实现对子监测端2电器件的保护。需要说明的是第一侧板261、第二侧板262和软板263是防火防水材质，第二侧板262远离第一弹簧264的一侧是倾斜的弧面，使得基杆21下移时能够顺利移动到洞内。
如图5所示，无人机消防端3包括无人机和搭载在无人机上的控制单元；无人机由主监测端1进行远程无线控制，正常情况主监测端1控制无人机进行森林上空巡航，负责采集森林上空数据信息，并将采集的数据信息回传至主监测端1。其中控制单元包括第二主控模块、第二蓄电池、第二光伏发电板、第二数据采集模块、第二无线传输单模块、第二定位模块和第二预警模块；第二光伏发电板与第二蓄电池电连接，第二主控模块和第二蓄电池均与第二数据采集模块、第二无线传输模块、第二定位模块和第二预警模块电性连接。
具体的，第二数据采集模块用于采集森林上空数据信息，该数据信息包括森林上空的温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、空气质量和视频图像信息，第二数据采集模块包括温湿度传感器、风力风速传感器、雨雪传感器、烟雾传感器、空气质量传感器、监控模块；温湿度传感器用于采集森林上空的温湿度，风力风速传感器用于采集森林上空的风力、风速，雨雪传感器用于检测森林中区域的雨雪信息数据；烟雾传感器用于采集森林上空的烟雾浓度；空气质量传感器用于采集森林上空的空气质量数据；监控模块用于采集森林上空的视频图像信息；第二定位模块用于获取森林上空的地理位置数据信息；第二无线传输单模块用将森林上空数据和森林上空的地理位置数据信息传输至主监测端1；第二预警模块用于发生火灾时无人机进行高空报警。
进一步的，无人机消防端3还包括搭载在无人机上的灭火投弹装置，灭火投弹装置与第二主控模块电性连接；其中，灭火投弹装置上装载有灭火弹。森林出现火情时，无人机及时响应主监测端1控制住命令，前往火灾区进行灭火，控制火势蔓延。
本发明的工作原理：
首先需要选择森林适宜的地理位置，分散安装好各个子监测端。
正常情况，分散于森森林中到的各个子监测端实时采集森林中的各个区域的地理位置信息、温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、火焰信息、空气质量、视频图像数据信息以及地表震动信息；同时主监测端控制无人机间隔一定的时间批次进行森林上空巡航，并采集森林上空的温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、空气质量和视频图像数据信息。各个子监测端和无人机将采集的数据信息发送至主监测端，主监测端对接收的数据信息统计、分析和评估后发送至消防监控端进行显示和储存。
发生火情时，主监测端将各个子监测端周围的火情信息和地表震动信息发送至消防监控端，监管人员通过消防监控端可以了解到各个子监测端所监控区域的火情发展趋势，有利于监管人员及时调配队伍，进行救火；同时各个子监测端的第一预警模块进行报警、主监测端发出消防出警指令，无人机消防端响应主监测端的指令，前往灾情区灭火，无人机抵达灾情区发射灭火弹进行高空救火，阻止火势蔓延；同时将森林上空的火情信息回传至主监测端，并由主监测端发送至消防监控端。还有，主监测端会及时通过第三方通信平台获取灾情区周围居民个人终端(手机、平板电脑等)的通信方式，并及时向周围居民的个人终端发生灾情预警信息，同时周围居民及时做好预防准备。当火势蔓延到各个子监测端的周围时，第一主控模块通过采集到的火焰信息和图像数据与第一主控模块中预设的数据进行比较分析，若采集的数据超过预设的第一数据阈值，第一主控模块控制灭火装置打开，进行子监测端周围灭火；当火势危机到各个子监测端时，第一主控模块通过采集到的火焰信息和图像数据与第一主控模块中预设的数据进行比较分析，若采集的数据超过预设的第二数据阈值，第一主控模块控制电机打开，将基杆移动到防护洞中对整个子监测端的电器件进行保护。
本发明不仅可以实时监控森林中的数据信息，进行火灾预警防控，同时还可以实时监测森林中的地表震动信息，如森林中发生塌方、地震等，极大程度管控了森林火灾的发生和保护了人民的生命、财产安全。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种智能森林防火系统，其特征在于，包括子监测端(2)、主监测端(1)、无人机消防端(3)、消防监控端(4)和个人终端(5)；所述子监测端(2)、消防监控端(4)、个人终端(5)和无人机消防端(3)均与所述主监测端(1)无线连接；
子监测端(2)包括多个，所述子监测端(2)，用于获取森林中数据信息并发送至主监测端(1)；用于区域性消防灭火、报警及灾情严重时进行设备自我保护；以及用于森林地表震动信息的检测；
无人机消防端(3)，由主监测端(1)控制，所述无人机消防端(3)用于获取森林上空数据信息并发送至主监测端(1)；以及用于消防灭火和消防报警；
主监测端(1)，用于对接收到的所述森林中数据信息、森林地表震动信息和森林上空数据信息进行统计、分析和评估，并将评估结果发送至消防监控端(4)；所述主监测端(1)还与第三方通信平台关联，用于获取个人终端(5)的通信方式；若评估结果出现险情，则进行自动报警，同时向消防监控端(4)和个人终端(5)发送报警信息，并向无人机消防端(3)发出消防出警指令，控制无人机消防端(3)前往灾情区灭火；
消防监控端(4)，用于接收所述主监测端(1)发送的森森林中数据信息并进行显示、记录和储存；
个人终端(5)，用于接收所述主监测端(1)发送的森森林中数据信息并进行显示。
2.如权利要求1所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述子监测端(2)包括第一主控模块，所述第一主控模块电性连接有第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块。
3.如权利要求2所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述林中数据信息包括各个子监测端(2)监测区域的地理位置信息、温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、火焰信息、空气质量和视频图像；所述第一数据采集模块包括温湿度传感器、风力风速传感器、雨雪传感器、烟雾传感器、火焰传感器、空气质量传感器、监控模块和第一定位模块。
4.如权利要求2所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述第一无线传输模块用于将森林中数据信息发送至主监测端(1)，所述第一预警模块用于森林中监测区域火灾报警，所述电源模块包括第一蓄电池，所述第一蓄电池电性连接有第一光伏发电板。
5.如权利要求2所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述子监测端(2)包括震动检测模块，所述震动检测模块与所述第一控制模块电连接，所述震动检测模块用于检测森林地表震动信息。
6.如权利要求2所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，每个所述子监测端(2)还设有设备保护装置，所述备保护装置包括防护洞(23)、灭火装置(27)和安装所述第一主控模块、第一数据采集模块、第一无线传输模块、第一预警模块和电源模块的基杆(21)；所述灭火装置(27)设在所述基杆(21)的顶部，所述防护洞(23)的内设有丝杆(24)和电机(25)，所述丝杆(24)转动设置在所述防护洞(23)的底部，所述电机(25)与所述丝杆(24)传动连接，所述电机(25)和灭火装置(27)与所述第一主控模块电性连接；所述基杆(21)是中空结构，所述基杆(21)的底部设有基座(22)，所述基座(22)上开设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述基杆(21)连通，所述螺纹孔与所述丝杆(24)螺接；所述防护洞(23)的洞口一侧设有盖板(26)，所述盖板(26)包括第一侧板(261)和第二侧板(262)，所述第一侧板(261)和第二侧板(262)之间设有软板(263)和第一弹簧(264)，且所述第一弹簧(264)位于所述软板(263)下方；所述第一侧板(261)与所述防护洞(23)的洞口一侧铰接，所述第二侧板(262)的与所述防护洞(23)洞口远离所述第一侧板(261)一侧之间对称设有第二弹簧(265)；其中，所述基杆(21)的内径大于所述丝杆(24)的外径，所述防护洞(23)洞口的面积大于所述基座(22)的面积，所述第二侧板(262)远离所述第一弹簧(264)的一侧是倾斜的弧面。
7.如权利要求1所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述所述无人机消防端(3)包括无人机和搭载在所述无人机上的控制单元；所述控制单元包括第二主控模块、第二蓄电池、第二光伏发电板、第二数据采集模块、第二无线传输单模块、第二定位模块和第二预警模块；所述第二光伏发电板与第二蓄电池电连接，所述第二主控模块和第二蓄电池均与第二数据采集模块、第二无线传输模块、第二定位模块和第二预警模块电性连接。
8.如权利要求7所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述第二数据采集模块用于采集所述森林上空数据信息，该数据信息包括森林上空的温湿度、风速、风力、雨雪信息、烟雾浓度、空气质量和视频图像信息，所述第二定位模块用于获取森林上空的地理位置数据信息，所述第二无线传输单模块用将所述森林上空数据和森林上空的地理位置数据信息传输至主监测端(1)，所述第二预警模块用于发生火灾时无人机进行高空报警。
9.如权利要求7所述的一种智能森林防火系统，其特征在于，所述无人机消防端(3)包括搭载在所述无人机上的灭火投弹装置，所述灭火投弹装置与所述第二主控模块电性连接；其中，所述灭火投弹装置上装载有灭火弹。
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