NB-IOT物联网森林安防系统分析

田洋

摘要：基于蜂窝的窄带物联网NB-IOT技术原理，联合烟雾传感器、红外传感器制作一个在火灾发生时能及时检测到火灾的探测报警装置，可完全避免复杂的安装天线，还拥有超高密集的连接数，即使同时接入数万台设备，也能安全稳定的工作。借助NB-IOT无线网络的超强的信号覆盖范围，可以有效避免森林中没有信号的情况。接下来，文章重点对NB-IOT物联网森林安防系统展开分析。

关键词：NB-IOT物联网;森林;安防系统

火灾给人类带来灾难，给国家和人民造成损失。而森林火灾每年全世界每年平均发生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%。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。就例如2019年3月30日年的四川森林火灾，除去物力财力的损失，因为扑火而牺牲的救火人员就有30个，年纪最小的才有19岁;2020年3月30日西昌市泸山发生森林火灾，又牺牲了19名人员。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。而且每年因为扑灭森林山火都会有消防人员的牺牲，造成人力物力上不可挽回的后果。

森林山火造成的损失，不仅仅是因为森林里大部分物质容易引燃，更多的是着火时没有及时的发现，等到发现火情时，火势已经失去了控制，造成的损失也就非常的大，想扑灭也非常的困难。如果我们能在火灾出现时就及时发现并且在没有大范围着火时将其扑灭，可有效减少火灾引发的损失和伤亡。所以，有必要分析并设计NB-IOT物联网森林安防系统，以在发生火灾险情时可第一时间发现并处置。

一、NB-IOT物联网森林安防系统原理

我们在研究森林火灾时发现，森林火灾有两大特点，一是会产生浓烟，二是会使环境温度升高，我们的报警器就是通过检测浓烟和温度来报警的。将报警装置提前放置在森林里，以区域式展开，按照每隔2.5平方公里的范围安装一个报警器，从而组成一张网来实时检测森林情况，每一个报警器都有一个固定位置。烟雾传感器内部的反射管与接收管内置于光学迷宫中以屏蔽外界干扰，当发生火情有烟雾进入时，接收管接受信号减弱，一但烟雾达到浓度阈值，探测器触发报警，指示灯闪烁蜂鸣器发出报警并上传报警信号;另外，红外温度传感器检测到温度异常时也会将报警信息通过窄带物联网信号发送到远处的基站，两个传感器同时存在可以准确高效的检测出森林中的火灾，然后再将数据（报警位置，报警时间）通过微信、短信和电话发送给相关负责人，由负责人通知相关消防部门前去指定位置灭火，从而达到早发现，着火点准确，快速灭火，减少损失的目的。

二、系统硬件构成

NB-IOT物联网森林安防系统主要包括传感器节点硬件，分别是红外温度传感器、烟雾传感器、CO传感器和太阳能电视电源系统。主控芯片为MCU处理器，其功耗低，性能比较稳定，且具有较高可靠性，工作频率可高至72MHz。存储器选择Flash 32-512 KB以及SRAM 6-64 KB，数据传输、待机停机以及图像采集等能力优越[1]。红外温度传感器选择A2TPMI的传感器，内置TPS334L5.5热点堆传感器及相关电路，并继承了硅透镜，i2C接口，视窗角度5度，TO39封装。烟雾传感器选择MQ-2，基于烟雾会对带电粒子运动产生干扰的特性，在电离室内安装放射源镅241，在监测电离室电压、电流改变基础上获得烟雾情况。NB-IOT模块选择BC-95模块，并选择内嵌网络协议栈和IPV4/IPV6协议栈，其功耗偏低，尺寸较为紧凑，体重轻，仅有1.6g，可靠性较高[2]。

三、系统软件构成

系统选择HTML5开发应用软件，可经PC浏览器以及手机APP展开实时监测，对前端数据加以访问，并可发出控制指令。基于HTML5实现APP应用开发，用户无需下载应用即可使用软件。用户端通过手机、平板或PC均可经HTML5相关应用软件对系统展开监视及控制。客户端软件主要设计3种功能，即主动查询、定期自检、自动预警，系统和前端传感器当中各项功能终端点能够展开信息交互[3]。前端传感器主要分布有CO传感器、烟雾传感器和红外温度传感器，利用主控芯片对各种所需环境数据与信息进行采集，并对所采集信息展开分析和计算，一旦发现不正常可第一时间经NB-IOT模块向指挥中心传输异常信号，触发报警系统，工作人员在接收相关信息后及时对前端情况做出检查。

四、系统实验测试

完成NB-IOT物聯网森林安防系统设计工作后，要进行设备组装工作，并展开现场模拟测试。首先在实验室建立虚拟化的森林现场，各项条件参数都和森林条件一致，由现场传感器对环境数据进行采集，包括CO浓度、烟雾度、温度，之后相关数据经云平台传递至客户端。之后人为调整实验室条件，包括CO浓度、烟雾度、温度，此时客户端中呈现出的系统各项监测参数也在同步改变。在实验设计参数达到所设阈值后，警报系统自动触发，客户端发出警报声，页面同步呈现出前端监视画面。经实验室测试，所设计系统符合预期效果。

五、结束语

森林是大自然的组成部分，是陆地上最大的碳储库，哪里有森林，哪里就有生命。我国平均森林覆盖率为21.63%，森林能够调节气候变化，也极大的丰富了生态多样性。但是森林火灾严重影响森林生态功能的发挥，还会对森林资源及土壤资源产生极大浪费和危害，甚至危及人们的生命和财产。为最大程度降低森林火灾危害性，需要深度研究并设计NB-IOT物联网森林安防系统，关注系统优化与创新，利用技术优势及时发现火灾险情，并同步扼杀危险源。

参考文献：

[1]刘洋.基于物联网技术的智能安防视频监控系统探究[J].中国新通信，2020，22（23）：51-52.

[2]韩振，潘磊.一种基于物联网技术的智能化消防安全管理平台设计[J].中国科技信息，2021，{4}（13）：78-79.

[3]张佰国. 面向智慧林业的智能视频分析仪软硬件协同设计及应用[D].北京工业大学，2020.