物联网GIS森林防火智能预警系统

物联网GIS森林防火智能预警系统

江苏物泰信息科技有限公司

2011-4-6

目录

物联网GIS森林防火智能预警系统 (1)

1.需求分析 (3)

2.系统概述 (3)

2.1.系统功能与特点 (4)

2.2.系统整体架构 (4)

3.具体实施方案 (7)

3.1.用户软件终端建设方案 (7)

3.1.1.用户软件终端功能 (7)

3.1.2.技术可行性分析及解决方案 (9)

3.1.3.小结 (11)

3.2.基站/网关部署方案 (11)

3.2.1.基站/网关功能 (11)

3.2.2.技术可行性分析及解决方案 (12)

3.2.3.小结 (14)

3.3.网络架设方案 (14)

3.3.1.网络功能 (14)

3.3.2.技术可行性分析及解决方案 (14)

3.3.3.小结 (17)

3.4.节点建设方案 (17)

3.4.1.节点功能 (17)

3.4.2.技术可行性分析和具体实施方案 (18)

3.4.3.手持终端 (22)

1.需求分析

森林火灾，是一种通常发生在林野间难以控制的火情。森林火灾通常是由闪电引起的，同时，也可能是由于人为疏忽、故意纵火、热浪、干旱等原因造成山火危机。自地球出现森林以来，森林火灾就伴随发生。全世界每年平均发生森林火灾20多万次,烧毁森林面积约占全世界森林总面积的1‰以上。中国现在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‰。其社会危害甚大。

森林火灾会侵吞大片林木、侵害人民生命财产安全，并对地球资源及生态环境造成了巨大的危害。森林火灾不仅烧死、烧伤林木，直接减少森林面积，而且严重破坏森林结构和森林环境，导致森林生态系统失去平衡，森林生物量下降，生产力减弱，益兽益鸟减少，甚至造成人畜伤亡。高强度的大火，能破坏土壤的化学、物理性质，降低土壤的保水性和渗透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼泽化；另外，由于土壤表面炭化增温，还会加速火烧迹地干燥，导致阳性杂草丛生，不利森林更新或造成耐极端生态条件的低价值森林更替。

目前在实际中并没有可行的事前预警方法，对森林火灾的处理方式仍停留在事后补救阶段，即在火险发生，并通常是在扩大后，再进行抢险救灾。这样既极大的增大了救灾难度，也增大了火灾造成的损失。同时，由于森林火灾是突发事件，需要持续性的监控，因此从覆盖面积及成本等多方面的考虑，原始的人力巡山或航拍方式都不能满足森林防火的需求。

2.系统概述

物联网GIS森林防火智能预警系统，是利用传感技术、卫星定位、地理信息、人工智能等高新技术研制的物联网系统，适用于城市森林、自然保护区、旅游景区等环境，可对监测区域实现全数字、全覆盖、全天候火情与盗林监测，可探测着火位置、蔓延面积、蔓延速度、蔓延方向和发展趋势，真正实现森林火灾“打早、打小、打了”；可探测盗伐树木、环境温湿度、珍稀动植物等信息，构建起数字化森林的物联网络，可为森林防火、林木盗伐等提供实时、准确、科学的决策。

该预警系统由：火灾探测传感器网络、防火基站和G IS 预警系统三部分组成。火灾探测传感器网络由分布在森林边界及林内的若干个火焰探测器构成，每个火焰探测具有火焰探

测和无线通信功能，可在10 秒内探测到100 范围内不超过2平方米的早期火焰，并通过无线通信方式向相邻探测器发送火情消息，并自动在网络中以“接力”方式跳传，直到将火情传到防火基站，再由防火基站通过 GPRS 远程无线传输到G IS 预警系统，以电子沙盘地图方式呈现火灾现场情形

森林火险智能预警系统是针对大规模森林设计的，基于无线传感器网络技术，结合GIS，GPS技术，可实现全天候不间断持续性火险监控，并提前预警的自动智能火险监控系统。可有效用于大范围森林区域的森林火险防灾减灾工作。

本系统整合成熟可靠的先进信息技术，对危害性极大的森林火险进行监控，获得处理森林火险的主动权，将灾难消灭在萌芽状态，或是在灾害还未扩大之前就及时进行遏制。

2.1.系统功能与特点

本森林火险智能预警系统具有如下功能：

•覆盖面广，无需人工值守：通过网络进行远程信息感知，无需人工巡山，因此可有效用于大范围区域；

•自动化持续监控，实时预警：传感器自动智能采集数据，实现大量实时数据采集处理；

•部署灵活，架设方便：采用无线传输技术，彻底解决布线障碍，可无源无线长时间工作。

•快速精准定位：结合GIS系统与GPS技术，直观标志火险发生地的相关信息。

2.2.系统整体架构

本系统采用动态可分割的设计模式，通过传感器节点、网络、网关及用户软件终端的有机结合，实现大范围野外无线传感器网络部署与平稳运行。系统结构如图 1所示：

图 1 系统架构图

本系统通过部署一定密度的传感器节点（如图 2所示），采集所需的环境信息数据，从而实现对整个被测森林的监控。传感器节点上除用于进行数据采集的温度传感模块、湿度传感模块或烟雾探测器、火焰探测器、温差探测器等传感模块之外，还配备有无线通信模块用于无线网络搭建。节点采用节能策略，支持超长时间续航。

图 2 传感器节点实地部署

无线传感器将自身采集到的环境数据进行处理，通过分析烟雾浓度、火焰光、短时间内温差与温度、湿度等数据，确定森林火险等级以及是否有火险存在，在需要时，节点可通过节点与基站/网关组成的网络或其他传输途径，向远端的监控系统软件终端报告。

在险情发生时，系统的自动预警系统进行响应，通知监控系统软件终端处的工作人员，利用地理信息系统（GIS）直观查看火险位置。相关人员可以第一时间获得远处森林深处的火险报告，并及时进行处理，从而在灾情扩大之前采取有力措施。