森林火灾监测无线通讯系统研究

周 勇

（南京森林警察学院，江苏 南京 210000）

千百年来，人类一直以森林为主要的生活、生产资源。但是，人类在日常生产生活中的一些失误和许多自然因素等，使得森林火灾时有发生，因此对生态环境及人类的生产生活带来了不可磨灭的危害。我国地域类型多样，各地气候复杂，森林分布各异，各省各市的经济水平参差不齐，发生森林火灾地区的社会环境、经济环境等不同，使得我国总体的森林防火工作难度较大，尤其是各种珍稀动植物保护区内的森林防火工作更是难上加难。因此，需要对森林生态状况进行实时、准确的监测预警，为森林火灾的预防、扑灭提供基础依据［1］。

近年来，全球定位系统（GPS）、计算机技术、地理信息系统（GIS）、网络与通信技术和遥感（RS）技术等发展迅速［2］，但是这些技术在森林防火中的应用不够广泛。因此，本文提出了运用无线感应器网络来加强森林火灾的监测、预警等。

1 系统设计

森林火灾监测无线通讯系统网络既包含监控中心的远程数据，也包括林区监测现场采集回来的数据。在林区监测区内所放置的传感器可以将其所监测到的数据传到一个中间介质内，中间介质可以接收到监测林区环境内的温度情况、湿度情况及烟雾情况。这个中间介质就是网络协调点，监测林区内的传感器节点通过无线系统将监控网络所采集到的数据传送到中转基站，中转基站再将所接收到的数据进行分析并逐步跳跃转发，经过多次跳跃转发到达中间介质也就是网络协调点，进而传达到终端监控主机，从网络协调点融合数据传到终端是使用Internet所传送的［3］。由此可知，终端监控主机、Internet网络和无线监测传感系统构成了森林火灾监测系统。

森林火灾无线传感器网络监测体系中间包括无数个监测子系统，一层一层向上传递整合数据信息，像一张大网，将整个林区全部包括在内，重复覆盖监测，大大提高了森林火灾监测无线通讯系统的效率，让火灾信息第一时间传达到终端监控主机，为扑救火灾尽可能多地争取时间。其中在终端接收到的信息，就是在监测林区内发生火灾的位置、时间甚至是火灾此时的严重程度，以便于了解火灾发生情况。终端监控主机通过软件分析、处理数据库中的数据，获取各区域森林的环境信息，这样就可以根据火灾情况判断需要调派多少人员去灭火，需要何种扑火装备以及预测火灾继续下去有可能引发的不良后果和影响，这也是设计森林火灾监测无线通讯系统的意义所在。而且该系统不仅可以保护森林资源，而且可以更加高效方便地减少财产经济。另外，系统设计需要考虑成本问题，如耗电量、网络功耗、硬件成本、森林环境等，如何降低成本并保证所有地区均能监测到是系统设计需考虑的问题之一［4］。

2 系统工作原理及优点

2.1 系统工作原理

系统主要基于3S技术、传感技术及无线通讯技术来完成所做的工作。首先要对部署监测的林区进行规划，按照当地的气候、森林种类甚至郁密度、林地面积等情况，将林区化为几个小的林地。然后，在被划分后的林地中安放传感装置，通过无线传感器收集温度、湿度、亮度、大气压和烟雾等数据，之后将数据进行汇总，利用无线通讯系统按照监测的时间和监测的地点进行上报，将数据传输给当地的数据汇总服务器中心，实现对森林存在的火灾隐患进行动态分析，帮助当地的防火办更有效地确定林火等级信息，进而保证更快速地分配任务、调动资源、制订灭火方案。

2.2 系统优点

2.2.1 稳定性。由于使用无线传感器都是独立的个体，大大减少了电路的互相干扰，进而保证每个节点可以准确稳定地传输数据［5］。

2.2.2 安全性。这种传感器设计较小，难以被发现，很难遭到破坏。并且由于体积较小，可以很方便地找到安装位置，无论是多石头的山地，还是灌木林较多的单纯林，甚至于北方的大乔木林，均可以进行设置监测。

2.2.3 环保，低成本。在比较大的林区或者林场内很难经常更换设备配件或电源，并且现在都讲究低廉环保。因此，尽可能降低传感器的功耗，使用太阳能之类的循环电力系统，大大减少了一次性电池在林地中所带来的电池污染。

2.2.4 创新性。目前，林火监测常用的手段包括飞机林火监测、视频林火监测、卫星遥感林火监测及人工地面巡护林火监测。而这些林火监测技术在国内森林防火监测中存在同时应用现象，造成多种资源的浪费，并且还会使林火监测信息无形中被扩大，从而导致了被监测林区的数据处理效率降低。利用这种监测系统，可以使多种监测方法形成综合网络，进而找到很难监控的盲区及重点监测区域，然后有针对性地对盲区及重点监测区域进行监测布控，建立传感器网络，再综合处理收到的数据得出监测地的实时信息［6］。当监测数据达到某一危险指标或火灾临界值时，将数据以手机短信的形式发送给防火工作人员及林场工作人员。并且可以以手机软件的形式建立林内地图，每当有森林火灾发生时发出火灾预警信号和林内地理坐标，就可以准确得到火灾发生位置。

3 系统评述

这种新型的监测系统在林火监测的效率、成本及技术的创新等方面均已超过过去的林火监测方式，并且可以更真实、更准确地对森林火灾进行实时监测、火灾统计、救援分析、空间分析和预警预测等。虽然新型的监测系统可以从多方面、多角度进行监测、预报、统计、分析［7］，但在森林发生火灾后的损失评估上并不能起到太大的作用。无论是森林火灾的直接损失、间接损失，还是生态损失、人员伤亡损失，甚至于被烧毁林木的损失及土壤等信息，都不能进行有效的测试。

4 结语

近年来，环境问题是最热门的话题，保护环境已是全球各国的首要任务。而森林作为生态环境的第一载体，森林资源的重要性、森林火灾的多发性和破坏性以及我国森林资源匮乏的现状，决定了森林防火的重要性。而利用先进的技术手段快速有效地获取和描述森林环境变量信息，以实现森林火灾的自动监测是森林防火的前提和保障。传统森林火灾监测方式普遍存在着局限性，目前我国在国外已有的研究成果上，将森林防火技术与无线通讯系统有效地结合起来，建立起一个低成本、实用性强的森林火险实时、远程监测原型系统。下一步将把该系统用于实际林区进行测试，以获取相关的试验结果，对系统进行改进和完善。

参考文献

［1］郑英.基于无线网络的森林火情监测系统的研究［D］.南京：南京林业大学，2007.

［2］李光辉，赵军，王智.基于无线传感器网络的森林火灾监测预警系统［J］.传感技术学报，2006（6）：2760-2764.

［3］耿长剑.基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现［D］.南京：南京航空航天大学，2009.

［4］黄光华.基于无线传感器网络的森林火灾监测系统的设计与研究［D］.赣州：江西理工大学，2012.

［5］王轩.基于物联网技术的森林火灾监测研究［D］.株洲：中南林业科技大学，2011.

［6］马宏锋，李祥林，胡玫.森林火灾无线监测预警系统的设计与实现［J］.自动化仪表，2011（12）：39-42，46.

［7］孙成健.森林火灾监测预警系统研究［J］.科技展望，2015（17）：71.