本發(fā)明屬于森林防火設備領域，具體涉及一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)及其監(jiān)測定位方法。

背景技術：

森林是地球之肺，是維持人類生存和發(fā)展的必需資源，森林在保護地球生態(tài)平衡的過程中起著無可替代的作用。但是近些年來，森林火災頻繁發(fā)生，對森林生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重威脅。森林火災不僅會燒死大批林木、減少森林面積、嚴重破壞森林結構和森林環(huán)境，而且還將會導致森林生物種類和數(shù)量的嚴重下降。傳統(tǒng)森林火災監(jiān)測方式存在的智能化程度較低、實時性較差等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)及其監(jiān)測定位方法，智能化程度高、實時性好，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

本發(fā)明采取的技術方案為：一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)，包括終端節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點，終端節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點間通過ZigBee無線模塊連接，終端節(jié)點包括控制器一和與控制器連接的溫濕度傳感器和煙霧傳感器，網(wǎng)關節(jié)點包括控制器二，控制器二通過3G網(wǎng)絡模塊連接到監(jiān)控中心。

優(yōu)選的，上述控制器一和控制器二采用STM32F103控制器芯片。

優(yōu)選的，上述ZigBee無線模塊采用CC2530芯片。

優(yōu)選的，上述溫濕度傳感器采用SHT10溫濕度傳感器。

優(yōu)選的，上述煙霧傳感器采用MQ-2S芯片。

一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)的監(jiān)測定位方法，該方法為：通過溫濕度傳感器和煙霧傳感器實時監(jiān)測環(huán)境的溫濕度，并將溫濕度通過無線模塊和3G網(wǎng)絡模塊實時傳遞給監(jiān)控中心，首先，通過終端節(jié)點的溫濕度傳感器和煙霧傳感器監(jiān)測區(qū)域內的火情，并將火情采集參數(shù)傳送給路由節(jié)點，路由節(jié)點負責將多個節(jié)點收集到的參數(shù)信息進行一次打包處理，并發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，再由網(wǎng)關節(jié)點通過3G網(wǎng)絡模塊發(fā)送至Internet，最終到達遠程火情監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過質心定位算法計算出采集結點位置即為火災發(fā)生位置。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過溫度傳感器和溫濕度傳感器實時監(jiān)控森林情況，并通過ZigBee無線模塊和3G網(wǎng)絡模塊連接到遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)遠程的實時監(jiān)控和智能監(jiān)控，提高森林監(jiān)控管理的科學性，提高及時處理的能力，本發(fā)明還具有控制簡單、成本低的特點，質心定位算法進行火情位置的定位，根據(jù)網(wǎng)絡連通度計算未知節(jié)點位置，相對于基于距離定位,該方法降低了節(jié)點硬件要求，降低了節(jié)點能耗，受環(huán)境因素影響較小，且其定位精度足以滿足森林火災報警的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的網(wǎng)關節(jié)點控制結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的終端節(jié)點控制結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的控制連接結構示意圖；

圖4是網(wǎng)關節(jié)點接收流程圖；

圖5是網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送流程圖；

圖6是質心原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體的實施例對本發(fā)明進行進一步介紹。

實施例1：如圖1-圖6所示，一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)，包括終端節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點，終端節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點間通過ZigBee無線模塊連接，終端節(jié)點包括控制器一和與控制器連接的溫濕度傳感器和煙霧傳感器，網(wǎng)關節(jié)點包括控制器二，控制器二通過3G網(wǎng)絡模塊連接到監(jiān)控中心。

優(yōu)選的，上述控制器一和控制器二采用STM32F103控制器芯片，STM32F103擁有12位的AD通道。

優(yōu)選的，上述ZigBee無線模塊采用CC2530芯片，選擇CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，CC2530芯片集成單片機、ADC、無線通信模塊于一體，能夠支持最新的Zigbee協(xié)議，具有低功耗、低成本、高可靠性等優(yōu)勢。由于森林中通信環(huán)境復雜，對ZigBee模塊的通信距離會產(chǎn)生較大影響，故采用CC2591芯片作為功率放大芯片來放大節(jié)點發(fā)射功率、增加節(jié)點通信距離。

優(yōu)選的，上述溫濕度傳感器采用SHT10溫濕度傳感器，具有計量精確度高、速度快、耗電量小、抗干擾能力強等優(yōu)點。

優(yōu)選的，上述煙霧傳感器采用MQ-2S芯片，選擇MQ-2S芯片作為監(jiān)測森林監(jiān)測區(qū)域內可燃氣體濃度的傳感器元件，這種傳感器可監(jiān)測森林區(qū)域中多種可燃性氣體的密度，是一個能夠應用于多種監(jiān)控場合、價格低廉、使用壽命長、穩(wěn)定性強、響應恢復快的傳感器。

實施例2：一種森林火災快速監(jiān)測定位系統(tǒng)的監(jiān)測定位方法，該方法為：通過溫濕度傳感器和煙霧傳感器實時監(jiān)測環(huán)境的溫濕度，并將溫濕度通過無線模塊和3G網(wǎng)絡模塊實時傳遞給監(jiān)控中心，首先，通過終端節(jié)點的溫濕度傳感器和煙霧傳感器監(jiān)測區(qū)域內的火情，并將火情采集參數(shù)傳送給路由節(jié)點，路由節(jié)點負責將多個節(jié)點收集到的參數(shù)信息進行一次打包處理，并發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，再由網(wǎng)關節(jié)點通過3G網(wǎng)絡模塊發(fā)送至Internet，最終到達遠程火情監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過質心定位算法計算出采集結點位置即為火災發(fā)生位置。

質心定位算法是通過未知節(jié)點接收所有在其通信范圍內的信標節(jié)點的信息，并將這些信標節(jié)點的幾何質心作為自己的估計位置來定位，采集結點為未知節(jié)點，無線傳感網(wǎng)絡中的路由節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點為信標節(jié)點。

網(wǎng)關節(jié)點是森林火災監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵部分，主要功能是接收數(shù)據(jù)、暫存數(shù)據(jù)信息以及轉發(fā)數(shù)據(jù)信息。網(wǎng)關節(jié)點通過ZigBee模塊接收來自火情參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的參數(shù)信息，經(jīng)過處理器處理之后，通過3G模塊發(fā)送至Internet。

如圖3所示，火情參數(shù)采集節(jié)點在開啟電源后，CC2530，首先進行硬件初始化并嘗試進入無線傳感網(wǎng)絡，當進行若干次嘗試并最終進入網(wǎng)絡后，節(jié)點將定期采集監(jiān)測區(qū)域內的溫濕度和可燃氣體濃度信息并將其傳送至上層節(jié)點。

當網(wǎng)關節(jié)點開啟電源后，CC2530硬件進行初始化并建立一個網(wǎng)絡，在獲得火情參數(shù)采集節(jié)點請求加入的信息后，網(wǎng)關節(jié)點根據(jù)實際需要決定是否允許該火情參數(shù)采集節(jié)點加入。

目前無線技術的定位方法基本可分為基于距離定位和距離無關的定位。

基于距離定位機制是通過測量相鄰節(jié)點間的實際距離或方位來計算未知節(jié)點的位置，通常采用測距、定位和修正等步驟。如基于ＡＯＡ定位，基于ＲＳＳＩ定位等，通常定位精度較高，但對節(jié)點硬件要求也高，易受環(huán)境因素影響，同時定位過程中消耗的能量相對較多。不適合森林防火設計要求。故本系統(tǒng)采用與距離無關的定位機制(質心定位算法)來進行定位，根據(jù)網(wǎng)絡連通度計算未知節(jié)點位置，相對于基于距離定位,該方法降低了節(jié)點硬件要求，降低了節(jié)點能耗，受環(huán)境因素影響較小，且其定位精度足以滿足森林火災報警的要求。

上位機監(jiān)控界面：森林火災監(jiān)測系統(tǒng)的遠程火情監(jiān)控中心的界面是基于Visual Studio開發(fā)平臺，運用C#語言開發(fā)完成的一套簡單、適用、便于操作的界面，主要由火情數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、火災預警模塊、歷史火情數(shù)據(jù)查詢模塊以及火災定位模塊四個部分組成。森林火情監(jiān)測系統(tǒng)主要負責實時監(jiān)測溫濕度和可燃氣體濃度等火情數(shù)據(jù)。當火情數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，能夠進行實時火災預警定位以盡可能避免災害發(fā)生。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內，因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。