CN113205656B - 一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统及方法，包括数据采集模块、森林分析部署模块、数据分配存储模块和采集控制模块，所述数据采集模块安装于森林各监测点用于采集影响森林火灾的各类数据，所述森林分析部署模块用于对森林的地形及植被分布进行分析得到合适的监测点位置，所述数据分配存储模块根据各监测点采集的数据情况动态分配存储空间用于存储所述数据采集模块上传的数据，所述采集控制模块用于对所述数据采集模块的采集频率及采集深度进行调控。本系统通过合理规划监测的地点，针对性地上传及保存监测数据，并依据上传的监测数据调整监测规则，能够以最小的监测资源来监测森林的火灾安全。

Description

一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及火险监测技术领域，尤其涉及一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统。

背景技术

森林资源是国家的重要资源，对森林火灾的监测能够提前掌握森林的状况从而降低森林火灾的发生频率或者对已发生的火灾作出及时处理，而森林面积覆盖广，范围大，对森林监测产生的数据量也是十分庞大的，如何对庞大的数据量进行处理以及保障监测的可靠性是当前森林火灾监测系统面临的一个问题。

现在已经开发出了很多森林火灾监测数据采集系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的采集系统有如公开号为KR101581856B1，KR100716306B1，CN102254398B和KR100981428B1所公开的系统或方法，包括火情参数监测模块、远程火情监控中心和报警模块，所述火情参数监测模块用于监测森林中各项火情参数信息，并通过无线传感器网络将所述火情参数传送到远程火情监控中心，所述远程火情监控中心对接收到的参数信息进行数据处理和分析，并将处理后的数据和设置好的阈值进行比较，当数据超出设置阈值时即令报警模块进行报警。但该系统所监测的火情参数是一个泛用性参数，对于不同的植被没有进行区分对待，导致监测的结果不准确，同时，对于所有监测点采用相同的监测规则，无法提高监测资源的利用率。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，包括数据采集模块、森林分析部署模块、数据分配存储模块和采集控制模块，所述数据采集模块在森林各监测点采集影响森林火灾的各类数据，所述森林分析部署模块用于分析监测点位置，所述数据分配存储模块用于动态分配存储空间并存储采集数据，所述采集控制模块用于对所述数据采集模块的采集频率进行调控；

其特征在于，所述森林分析部署模块根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集模块对其所在区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

所述数据采集模块将上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据至所述数据分配存储模块内的临时数据存储区域；

所述数据采集模块还将计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，所述数据采集模块将上传该区域内的火灾监测数据至所述数据分配存储模块；

所述数据分配存储模块的临时数据存储区域内第j组火灾检测数据分配的存储空间占临时数据存储区域总空间的百分比R(j)为：

；

其中，P(i)表示第i组火灾监测数据对应的火灾指数，k为所述临时数据存储区域内保存的火灾监测数据的总组数；

所述采集控制模块根据所述数据采集模块上传的火灾检测数据对应的火灾指数P计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率；

进一步的，所述监测点区域安排的数据采集模块数量的最小值m为：

；

其中，S为监测点区域的面积，S₀为数据采集模块的有效监测面积；

进一步的，所述数据采集模块包括本地存储单元、通信单元、监测单元和数据预处理单元，所述监测单元用于采集其所在区域的环境数据，所述数据预处理单元根据所述监测阈值对所述环境数据进行分类处理，一部分数据保存在所述本地存储单元，另一部分数据通过所述通信单元发送至所述数据分配存储模块；

进一步的，所述通信单元会持续发送火灾监测数据直至对应的火灾指数或综合火险等级不满足发送要求，特别的，持续发送时间设有最短时间t；

进一步的，所述数据分配存储单元包括重要数据存储区域，所述重要数据存储区域用于永久保存处于告警状态的区域上传的所有火灾监测数据；

一种分布式森林火灾监测预警数据采集方法，包括分布部署、数据采集、分配存储和监测调控四个步骤，

所述分布部署为根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集为对监测点区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据；

计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，上传该区域内的火灾监测数据；

所述分配存储为分配百分比R(j)的空间用于存储第j组火灾监测数据：

；

其中，P(i)表示第i组火灾监测数据对应的火灾指数，k为保存的火灾监测数据的总组数；

所述监测调控为根据火灾指数P计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率。

本发明所取得的有益效果是：

本系统根据不同植被的火灾特性对森林进行监测区域划分，使得每个监测区域具有各自的独特性，使监测得到的数据更具有针对性，提高火灾预防的准确性，同时，对于监测资源和存储资源，本系统会根据采集数据进行动态调整，使处于较高风险的区域有更加精细的采集数据和足够的保存空间，保证火灾预防的可靠性。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为整体结构框架示意图。

图2为监测区域划分示意图。

图3为同一监测区域内的火灾监测数据处理示意图。

图4为数据预处理单元的对火灾监测数据的处理示意图。

图5为临时数据存储区域的空间分配示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一。

结合附图1，一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，包括数据采集模块、森林分析部署模块、数据分配存储模块和采集控制模块，所述数据采集模块在森林各监测点采集影响森林火灾的各类数据，所述森林分析部署模块用于分析监测点位置，所述数据分配存储模块用于动态分配存储空间并存储采集数据，所述采集控制模块用于对所述数据采集模块的采集频率进行调控；

所述森林分析部署模块根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集模块对其所在区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

所述数据采集模块将上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据至所述数据分配存储模块内的临时数据存储区域；

所述数据采集模块还将计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，所述数据采集模块将上传该区域内的火灾监测数据至所述数据分配存储模块；

所述数据分配存储模块的临时数据存储区域内第j组火灾检测数据分配的存储空间占临时数据存储区域总空间的百分比R(j)为：

；

其中，P(i)表示第i组火灾监测数据对应的火灾指数，k为所述临时数据存储区域内保存的火灾监测数据的总组数；

所述采集控制模块根据所述数据采集模块上传的火灾检测数据对应的火灾指数P计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率；

所述监测点区域安排的数据采集模块数量的最小值m为：

；

其中，S为监测点区域的面积，S₀为数据采集模块的有效监测面积；

所述数据采集模块包括本地存储单元、通信单元、监测单元和数据预处理单元，所述监测单元用于采集其所在区域的环境数据，所述数据预处理单元根据所述监测阈值对所述环境数据进行分类处理，一部分数据保存在所述本地存储单元，另一部分数据通过所述通信单元发送至所述数据分配存储模块；

所述通信单元会持续发送火灾监测数据直至对应的火灾指数或综合火险等级不满足发送要求，特别的，持续发送时间设有最短时间t；

所述数据分配存储单元包括重要数据存储区域，所述重要数据存储区域用于永久保存处于告警状态的区域上传的所有火灾监测数据；

一种分布式森林火灾监测预警数据采集方法，包括分布部署、数据采集、分配存储和监测调控四个步骤，

所述分布部署为根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集为对监测点区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据；

计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，上传该区域内的火灾监测数据；

所述分配存储为分配百分比R(j)的空间用于存储第j组火灾监测数据：

；

其中，P(i)表示第i组火灾监测数据对应的火灾指数，k为保存的火灾监测数据的总组数；

所述监测调控为根据火灾指数P计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率。

实施例二。

本实施例包含了上述实施例的全部内容，提供了一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，包括数据采集模块、森林分析部署模块、数据分配存储模块和采集控制模块，所述数据采集模块安装于森林各监测点用于采集影响森林火灾的各类数据，所述森林分析部署模块用于对森林的地形及植被分布进行分析得到合适的监测点位置，所述数据分配存储模块根据各监测点采集的数据情况动态分配存储空间用于存储所述数据采集模块上传的数据，所述采集控制模块用于对所述数据采集模块的采集频率及采集深度进行调控；

结合附图2，所述森林分析部署模块获取森林中各类植被的覆盖范围Q(A_i)，其中A_i表示一种或多种具有相似火灾特性的植被集合，i表示不同植被集合的序号，若所述覆盖范围包含多个不相连的多个区域，则对每个区域单独记录，所述森林分析部署模块基于所述覆盖范围对监测点进行区域划分，具体步骤如下：

S1、对处于重叠状态的覆盖范围求交集，并选取其中占有最多不同植被集合的一个交集区域，其占有的不同植被集合数量记为n，并将该区域放入监测点集合中；

S2、设植被集合数j的值为n-1；

S3、将所有的覆盖范围除去监测点集合中的区域部分，并对处于重叠状态的覆盖范围求交集，选取其中占有j个不同植被集合的交集区域放入监测点集合中；

S4、将植被集合数j的值自减1，若j的值变为1，则跳转至步骤S6；

S5、不断重复S3、S4过程；

S6、将剩下的覆盖范围除去监测点集合中的区域部分，每个覆盖范围作为一个区域放入监测点集合中，结束区域划分过程；

通过上述方式，所述监测点集合中存有若干个区域，每个区域作为监测点区域都至少安排一个数据采集模块；

特别的，当所述步骤S3中出现一个覆盖范围除去监测点集合中的区域部分后变为若干个不相连的区域情况时，每个不相连的区域作为独立的覆盖范围进行记录；

当所述监测点区域内存在山峰或者河流等会影响火灾特性的特殊地形时，将所述监测点区域继续划分为监测点子区域，河流两边各为一个子区域或者山峰向阳侧为一个子区域，山峰背阳侧为一个子区域；

所述数据采集模块依据所述森林分析部署模块划分的区域位置进行安装，且所述数据采集模块内设有独立的监测阈值，所述监测阈值与其所在区域内的植被以及地形相关；

所述本地存储单元采用循环覆盖方式对数据进行存储，即当存储空间用完时，新的数据直接覆盖最早的数据进行保存。

实施例三。

继续结合图3-图4，本实施例中的所述监测单元采集其所在区域的地面数据D1、湿度数据D2、气温数据D3、空气成分数据D4和光照数据D5者五类火灾监测数据，所在区域的植被集合为{A_j}，其中，j为所在区域包含的植被集合的序号，所述数据预处理单元对每类火灾监测数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据的类别序号，例如P₁表示地面数据火灾指数，P₂表示湿度数据火灾指数，K_i-j表示A_j植被对应于Di火灾监测数据的监测阈值；

当所述火灾指数P_i小于风险阈值时，对应的火灾监测数据保存在所述本地存储单元，当所述火灾指数P_i大于风险阈值时，对应的火灾检测数据通过所述通信单元发送至所述数据分配存储单元；

所述数据预处理单元根据所述火灾指数计算出综合火险等级E：

；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，所述监测单元采集的所有数据均需打包发送至所述数据分配存储单元；

继续结合附图5，所述数据分配存储单元包括重要数据存储区域与临时数据存储区域，处于告警状态的区域上传的所有数据保存在所述重要数据存储区域且为永久保存，因火灾指数达到风险阈值单独上传的火灾监测数据保存在所述临时数据存储区域，所述重要数据存储区域的存储空间足够大，且每隔固定的时间对其中的原始数据进行压缩保存，而所述临时数据存储区域为保证各个区域的数据采集模块上传的数据能够被保存一定的时间，会根据上传数据的火灾指数分配对应的存储空间，且采用循环覆盖方式进行存储，其中，所述临时数据存储区域内第j组火灾监测数据分配的存储空间占临时数据存储区域总空间的百分比R(j)为：

；

其中，P(i)表示第i组火灾监测数据对应的火灾指数，k为所述临时数据存储区域内保存的火灾监测数据的总组数；

需要注意的是，一组火灾监测数据指的是一个数据采集模块上传的关于其中一类火灾监测数据的一组连续的数据；

所述采集控制模块根据所述数据分配存储模块接收到的火灾监测数据对应的火灾指数或综合火险等级计算出对应的数据采集模块的采样频率，并发送指令至所述数据采集模块使其以计算得到的采样频率进行采样，而未向所述数据分配存储模块发送火灾监测数据的数据采集模块以固有频率f进行采样，特别的，工作人员可以主动通过所述采样控制模块来控制相应的数据采集模块按照一定的频率进行采样；

所述采集控制模块计算出一个数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，P为该数据采集模块发送的一组火灾监测数据的火灾指数；

特别的，当一个数据采集模块同时发送多组火灾监测数据时，所述采集控制模块计算出该数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，

；

其中，n为一个数据采集模块同时发送的火灾监测数据的组数，P_i为每组火灾监测数据的火灾指数；

若数据采集模块所在区域处于告警状态时，则该数据采集模块的采样频率

为：

；

通过上述方式，能够合理有效的使用数据采集模块的能源，在保证监测效果的基础上延长数据采集模块的使用周期。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，包括数据采集模块、森林分析部署模块、数据分配存储模块和采集控制模块，所述数据采集模块在森林各监测点采集影响森林火灾的各类数据，所述森林分析部署模块用于分析监测点位置，所述数据分配存储模块用于动态分配存储空间并存储采集数据，所述采集控制模块用于对所述数据采集模块的采集频率进行调控；

其特征在于，所述森林分析部署模块根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集模块对其所在区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

所述数据采集模块将上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据至所述数据分配存储模块内的临时数据存储区域；

所述数据采集模块还将计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，所述数据采集模块将上传该区域内的火灾监测数据至所述数据分配存储模块；

所述数据分配存储模块的临时数据存储区域内第j组火灾检测数据分配的存储空间占临时数据存储区域总空间的百分比R(j)为：

；

其中，k为所述临时数据存储区域内保存的火灾监测数据的总组数；

所述采集控制模块根据所述数据采集模块上传的火灾检测数据对应的火灾指数P_i计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率。

2.如权利要求1所述的一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，所述监测点区域安排的数据采集模块数量的最小值m为：

；

其中，S为监测点区域的面积，S₀为数据采集模块的有效监测面积。

3.如权利要求2所述的一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，所述数据采集模块包括本地存储单元、通信单元、监测单元和数据预处理单元，所述监测单元用于采集其所在区域的环境数据，所述数据预处理单元根据所述监测阈值对所述环境数据进行分类处理，一部分数据保存在所述本地存储单元，另一部分数据通过所述通信单元发送至所述数据分配存储模块。

4.如权利要求3所述的一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，所述通信单元会持续发送火灾监测数据直至对应的火灾指数或综合火险等级不满足发送要求，持续发送时间设有最短时间t。

5.如权利要求4所述的一种分布式森林火灾监测预警数据采集系统，所述数据分配存储模块包括重要数据存储区域，所述重要数据存储区域用于永久保存处于告警状态的区域上传的所有火灾监测数据。

6.一种用于如权利要求1-5中任一项系统的分布式森林火灾监测预警数据采集方法，包括分布部署、数据采集、分配存储和监测调控四个步骤，

所述分布部署为根据植被的火灾特性划分为多类植被集合，并依据植被集合将森林划分为多个监测点区域，使同一监测点区域内所包含的植被集合一致，每个监测点区域内至少安排一个数据采集模块；

所述数据采集为对监测点区域内的多类火灾监测数据进行采集，且针对每一类火灾数据计算出火灾指数P_i：

；

其中，i表示火灾监测数据种类的序号，j表示区域内包含的植被集合的序号，Di表示对应的火灾监测数据，K_i-j表示第j类植被集合对于第i类火灾监测数据的监测阈值；

上传所述火灾指数大于风险阈值的火灾监测数据；

计算出区域的综合火险等级E：

；

其中，h为火灾监测数据种类的总个数；

当所述E为正数时，该区域处于告警状态，上传该区域内的火灾监测数据；

所述分配存储为分配百分比R(j)的空间用于存储第j组火灾监测数据：

；

其中，k为保存的火灾监测数据的总组数；

所述监测调控为根据火灾指数P_i计算出所述数据采集模块的采样频率

为：

；

其中，f为所述数据采集模块的固有采样频率。

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