基于物联网的森林火灾管理

湛佳军 杨春 王晴晴 崔忠伟

摘要：物联网技术的不断进步，其应用已经逐渐贯穿到各个领域。而森林火灾监测一直是森林管理中至关重要的一大环节。一直到如今，森林火灾监测依旧不成条理，特别是较为茂密远离人们居住的地方，这些森林一旦发生火灾，仅仅是去发现都是问题，又谈何及时扑救。本文将围绕物联网技术深入到森林管理中，利用各种新型的传感器设备，低价位、低功耗、近距离、短延时的ZigBee技术，最后传榆到客户端，监测人员运用专业知识进行森林火灾模拟，推测出火灾发生的条件，在森林火灾发生前进行有效地预防，这样既可以及时监测林火是否发生，也可以在火灾发生时及时采取扑救措施，从而形成一套完整的森林管理体制。

关键词：森林火灾监测;物联网技术;管理体制

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）33-0035-02

1概述

森林火灾是一种具有突发较强、破坏严重、扑救难等特点的自然灾害。近年来，更是因为全球温度的节节攀升，导致了我国森林被大面积烧毁，国外的许多著名森林也同样毁于自然火灾中，极为严重的是伤害到了人们的财产性命安全。由此可见，森林火灾监测在森林管理中占据重要地位。很早以前人们就意识到林火带来的危害，但由于当时的条件限制，只能采用传统的人工监测方法，不仅不及时、效率低、不准确，扑救火灾也是异常的困难。如何实现准确地对森林火灾情况进行实时监测，提供森林火灾的预警和及时扑救，已成为急需解决的问题。而物联网技术可以提高森林火灾监测的及时性、准确性和高效性，促进森林火灾监测系统功能作用的进一步优化及完善，能够及时将有关森林火灾的信息第一时间收集、分析及传送到客户端，其特点是效率高、精准化、灵活性强等。通过系统技术可以提取到精准的森林环境因素的变化情况，借助RFID技术、传感器技术和无线网络技术达到对森林监测数据的精准采集、共享与反馈，在发生火灾时能够有效地采取扑救措施或者防范于未然，实现了森林火灾监测中人力、物力的合理配置和有效管理，形成一套完整的森林管理体制。

2物联网概述

2.1物联网的概念及主要特征

直观描述的物联网就是通过互联网连接到物体获取物体的信息或达到有利于人类的某种行为。利用传感器设备并将物品之間的信息传输返送到客户端，使后台能够实时精准的掌握物品的信息。物联网，即是各种传感设备，如射频识别（RFID）、红外传感器装置、全球定位系统、激光扫描仪等各种设备与互联网相结合，形成了庞大的物联网络物联网用途极为广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测等领域，特别是对许多古老文物的复原以及保存作出了重要的贡献。

2.2物联网的核心技术

目前物联网重要技术包含RFID射频识别、传感器、条形码技术、无线传感器网络技术、云计算、网络通讯、智能芯片系统等。其中，RFID射频识别、传感器以及无线传感器网络是十分受欢迎和应用广泛的物联网核心技术。

RFID（radio frequency identification，射频识别）射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号不仅能自动识别目标对象、获取相关数据，而且识别过程不需要人工干预，可以在各种恶劣环境下工作。RFID技术可识别快速移动物体，识别不同种类的标签，操作快速简便。将射频识别技术与互联网、通信等技术相结合，实现全球跟踪和信息共享

传感器是设备感知物质世界的重要渠道，能够感知风力、光照强度、物体位移、温度、热度、湿度等信号，为网络系统对现实世界的获取、传输、分析和反馈提供最初始的信息。随着物联网的技术不断发展，传感器的制作变得更加微小、智能以及网络化，更方便人们的使用。

无线传感器网络技术通过无线传感器网络来分享物品之间的信息。它由大量的静态或移动传感器组成，以此来感知、采集、处理和传输地理区域内感知物体的各项有关信息，并最终将这些信息发送给客户端使用者。不仅如此，其探测范围包括周围环境中的各种现象，如地震，电磁学，噪声，土壤成分和运动物体的方向和速度。应用领域涉及军事海陆空、防爆、救灾、环境监测、医疗器械等领域

其中，ZigBee技术以其低价位、低功耗、低速率、近距离、短延时、高容量和高安全获得人们的喜爱和使用。

3物联网在森林火灾监测中的应用

3.1物联网技术的体系结构

感知层是指传感器等数据采集设备对现实世界物体的识别和采集信息，位于三层体系结构的底部。即是物联网应用的基础，其主要作用就是实现物体间的联系，感知物体的各项特征，解决外界的数据采集问题，通过对物联网体系内的事物采集信息并进行分析识别，如停车产扫描系统、酒店客房门卡、超市的仓储管理系统等。通过对RFID技术的应用和ZigBee无线传感器网络以及遥感探测技术的应用，促进森林火灾相关环境参数信息的采集和完善，进而为下一层网络空间的传送做好准备。其虽然处于物联网的最底层，但也是最基础和无可代替的一大环节。

网络层是物联网信息的基础承载网络，是介于传输层和数据链路层之间的一道桥梁。其目的是使得透明数据传输运用在两端之间，包括寻址和路由选择、建立连接、保持和终止等，使得传输层无须知道网络中如何传输数据和交换电路。

应用层是利用经过网络智能处理和分析后的感知信息，为客户提供他们所需的定制信息服务。主要包括应用支持平台子层和应用服务子层技术。

3.2森林火灾监测系统的整体结构

由上述的物联网技术可以构成一套完整的森林火灾监测系统，通过对物联网概念的理解及其技术的运用，使整个系统实现了RFID射频、传感器、视频监控等技术的整合，形成了一套完善的森林防火工作体系，为火灾发生时人力资源和物理资源的合理配置提供了有力的基础条件。

3.3森林火灾监测系统的应用流程

3.3.1灾前预警

通过对物联网技术的应用，能够促使林区内的各个传感器的布置与运用进行合理的组合，其中温湿度、光照强度、浓烟度以及风力与风向的传感判断是至关重要的。在森林火灾没有发生的时候，除采用传感器外，可以着重对古老树木集中地采用视频监控技术，传感器和视频监控通过对周围环境的各项有关指标进行采集并通过无线网络亿igBee无线传感器网络）反馈到监控中心，监控中心由此结合所获信息进行数据处理和分析，模拟火灾发生条件临界数据，实现最大程度的预防及抑制火灾发生的概率，从而达到灾前预警的效果。

3.3.2灾中指挥

当监测传回的温湿度和热度及烟雾数据达到某一临界值时，监控中心则会响起警报，起到及时反馈的作用。一旦得知火灾的发生，利用GPS定位和GPRS通信模块的网络信息采集终端，提供准确的火点地理位置。而传感器监测所得的风力和风向则使得监控中心能实时监控火灾情况动向，及时增加人力，减少火灾蔓延的趋势。以物联网技术为核心构成的森林火灾监测系统，能够促进对地面的各个方位进行实时监测。3.3.3灾后清理

火灾扑救后，为避免火灾地区的复燃，通过传感器传回的气象息、救援保障信息、隐患动态等多维度的信息进行汇聚和关联分析，促进构建的模型和现场情况之间的深度融合。分析灾后土壤、温度、湿度等情况，杜绝一切可能的安全隐患，进行灾后的安全清理。