基于无线传感网络森林火灾定位监测系统技术方案

本发明专利技术是一种基于无线传感器网络森林火灾定位监测系统，其特点是，包括：火情参数采集节点、路由节点、网关节点和远程火情监控中心，火情参数采集节点主要负责监测区域内的火情参数采集并将其传送给路由节点，路由节点负责将多个节点收集到的参数信息进行打包处理，并发送到网关节点，再由网关节点通过智能切换选择合适的方式发送至Internet，最终到达远程火情监控中心。具有结构合理，智能化程度高，成本低廉，工作可靠，适用性强，效果佳等优点，能够实现火点定位，区域内火情参数实时显示，查询历史火情数据和火灾报警。测试实验表明，能够及时提供信息警示，准确率高达97.5％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制
，是一种基于无线传感网络森林火灾定位监测系统。
技术介绍
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，很多鸟兽都因为没有适合其生存的森林环境而死亡。因此，如何实时准确监测森林火灾已成为当前急需解决的问题。现有的森林火灾监测主要采用地面巡防、瞭望塔监测、航空巡护、远程视频监控和卫星遥感监测等方式，虽然这些监测方式能够在一定程度上预防森林火灾的发生，但需要大量人力物力，且实时性较差，覆盖范围有限，在资源整合、系统复杂度、有效工作寿命和火警预报准确性等方面还存有许多不足，无法满足当前森林火灾预防需求。且森林火灾定位方式依旧停留在一个低水平状况，主要体现在定位误差较大、实时性差及资金开销较大等方面。因而研究新的能够适合林业可持续发展需求、低成本和高精度的森林火灾定位体系成为当务之急。无线传感器网络价格便宜、覆盖面积大、能耗较小、组网方便灵活等特征为森林火灾监测提供了新的思路，而且已被应用到国防建设、工业自动化、农业生产和环境监控等众多行业之中，发展前景十分广阔。
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服现有技术的不足，提出一种结构合理，智能化程度高，成本低廉，工作可靠，适用性强，效果佳，能够实现火点定位，区域内火情参数实时显示，查询历史火情数据和火灾报警等功能于一体的基于无线传感网络森林火灾定位监测系统。实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，其特征是，它包括：一火情参数采集节点：所述的火情参数采集节点用于监测区域内的火情参数采集和传输；一路由节点，所述的路由节点负责将多个火情参数采集节点收集到的数据信息进行一次打包处理，并发送到网关节点；一网关节点，所述的网关节点负责接收监测区域内各个路由节点发送的火情监测数据，并将其转发至Internet，由于森林障碍物较多采用根据丢包率智能选择和切换以太网、光纤、WiMAX、3G四种数据转发方式；一远程火情监控中心，远程火情监控中心负责处理通过Internet传来的火情监测数据，实施火点GPS模块定位，并且具有实时显示监测区域内火情参数、查询历史火情数据和火灾报警功能。所述的火情参数采集节点包括传感器模块和ZigBee模块，所述的传感器模块包括温湿度传感器和可燃气体浓度检测传感器，所述的传感器模块将收集到的火情参数传送给ZigBee模块，再由ZigBee模块传输至路由节点。所述的ZigBee模块选用型号CC2530芯片，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。所述的温湿度传感器采用型号SHT10温湿度传感器。所述的可燃气体浓度检测传感器选用型号MQ-2S可燃气体浓度检测传感器。所述的网关节点采用基于ARM11内核并且拥有16/32位RISC的S3C6410芯片作为网关节点的微控制器。本专利技术的基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，由于设置了火情参数采集节点，火情参数采集节点能够监测区域内的火情参数采集和传输；由于设置了路由节点，路由节点负责将多个火情参数采集节点收集到的数据信息进行一次打包处理，并发送到网关节点；由于设置了网关节点，网关节点负责接收监测区域内各个路由节点发送的火情监测数据，并将其采用根据丢包率智能选择和切换以太网、光纤、WiMAX、3G四种数据转发方式转发至Internet；由于设置了远程火情监控中心，远程火情监控中心的上位机将火情监测数据进行存储及显示，如有异常数据，会对异常的数据进行报警提示。具有结构合理，智能化程度高，成本低廉，工作可靠，适用性强，效果佳等优点，能够实现火点定位，区域内火情参数实时显示，查询历史火情数据和火灾报警。附图说明图1为本专利技术的基于无线传感网络森林火灾定位监测系统结构示意图；图2为ZigBee模块电路原理图；图3为温湿度传感器SHT10原理图；图4为可燃气体浓度检测传感器MQ-2S原理图；图5为网关节点微控制器S3C6410外围电路框图；图6火情参数采集节点程序流程图；图7网关节点程序流程图；图8火灾定位误差分析示意图；图9为系统灵敏度分析示意图。具体实施方式下面利用附图和实施例对本专利技术作进一步描述。参照图1，本专利技术的基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，包括：一火情参数采集节点：所述的火情参数采集节点用于监测区域内的火情参数采集和传输；一路由节点，所述的路由节点负责将多个火情参数采集节点收集到的数据信息进行一次打包处理，并发送到网关节点；一网关节点，所述的网关节点负责接收监测区域内各个路由节点发送的火情监测数据，并将其转发至Internet，由于森林障碍物较多采用根据丢包率智能选择和切换以太网、光纤、WiMAX、3G四种数据转发方式；一远程火情监控中心，远程火情监控中心负责处理通过Internet传来的火情监测数据，实施火点GPS模块定位，并且具有实时显示监测区域内火情参数、查询历史火情数据和火灾报警功能。所述的火情参数采集节点包括传感器模块和ZigBee模块，所述的传感器模块包括温湿度传感器和可燃气体浓度检测传感器，所述的传感器模块将收集到的火情参数传送给ZigBee模块，再由ZigBee模块传输至路由节点。所述的ZigBee模块选用型号CC2530芯片，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。针对节点在森林中通信环境复杂、通信距离较短等问题，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。为了能准确发现出现异常数据节点的具体物理位置，选择具有灵敏度较高和兼容性较强的UBLOX-6010-BNX1722芯片作为GPS模块进行节点定位。Zigbee模块的主要电路如图2所示。所述的温湿度传感器采用型号SHT10温湿度传感器。选择SHT10来采集监测区域内的温度和湿度参数。它具有计量精确度高、速度快、耗电量小、抗干扰能力强等优点。SHT10可以输出完全标定的数字信号，原理如图3所示。所述的可燃气体浓度检测传感器选用型号MQ-2S可燃气体浓度检测传感器。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，其电路图如图4所示。所述的网关节点采用基于ARM11内核并且拥有16/32位RISC的S3C6410芯片作为网关节点的微控制器。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，通过智能切换的方式发送至Internet。S3C6410芯片具有较多种类的硬件接口，成本低，性能稳定，性价比高，非常适于批量生产。S3C6410的外围结构如图5所示。参照图6，火情参数采集节点在开启电源后，CC2530芯片首先进行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，节点将定期采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，其特征是，它包括：一火情参数采集节点：所述的火情参数采集节点用于监测区域内的火情参数采集和传输；一路由节点，所述的路由节点负责将多个火情参数采集节点收集到的数据信息进行一次打包处理，并发送到网关节点；一网关节点，所述的网关节点负责接收监测区域内各个路由节点发送的火情监测数据，并将其转发至Internet，由于森林障碍物较多采用根据丢包率智能选择和切换以太网、光纤、WiMAX、3G四种数据转发方式；一远程火情监控中心，远程火情监控中心负责处理通过Internet传来的火情监测数据，实施火点GPS模块定位，并且具有实时显示监测区域内火情参数、查询历史火情数据和火灾报警功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，其特征是，它包括：一火情参数采集节点：所述的火情参数采集节点用于监测区域内的火情参数采集和传输；一路由节点，所述的路由节点负责将多个火情参数采集节点收集到的数据信息进行一次打包处理，并发送到网关节点；一网关节点，所述的网关节点负责接收监测区域内各个路由节点发送的火情监测数据，并将其转发至Internet，由于森林障碍物较多采用根据丢包率智能选择和切换以太网、光纤、WiMAX、3G四种数据转发方式；一远程火情监控中心，远程火情监控中心负责处理通过Internet传来的火情监测数据，实施火点GPS模块定位，并且具有实时显示监测区域内火情参数、查询历史火情数据和火灾报警功能。2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络森林火灾定位监测系统，其特征是，所述的火情参数采集节点包括传感器模块和ZigBee模块，所述的传感器模块包括温湿度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀伟，王林，宋锐，曹卉颖，邬春明，杨雪，阚中锋，高冶，薛永久，刘海洋，杨烁，王雨薇，姜大宇，赵才博，付饶，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11