本發(fā)明屬于森林防火設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種森林火災(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)定位方法。

背景技術(shù)：

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(hù)地球生態(tài)平衡的過(guò)程中起著無(wú)可替代的作用。但是近些年來(lái)，森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重威脅。森林火災(zāi)不僅會(huì)燒死大批林木、減少森林面積、嚴(yán)重破壞森林結(jié)構(gòu)和森林環(huán)境，而且還將會(huì)導(dǎo)致森林生物種類和數(shù)量的嚴(yán)重下降。傳統(tǒng)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方式存在的智能化程度較低、實(shí)時(shí)性較差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種森林火災(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)定位方法，智能化程度高、實(shí)時(shí)性好，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種森林火災(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，包括終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊連接，終端節(jié)點(diǎn)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(guān)節(jié)點(diǎn)包括控制器二，控制器二通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)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(wú)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(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)定位方法，該方法為：通過(guò)溫濕度傳感器和煙霧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度，并將溫濕度通過(guò)無(wú)線模塊和3G網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)時(shí)傳遞給監(jiān)控中心，首先，通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)的溫濕度傳感器和煙霧傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的火情，并將火情采集參數(shù)傳送給路由節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將多個(gè)節(jié)點(diǎn)收集到的參數(shù)信息進(jìn)行一次打包處理，并發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送至Internet，最終到達(dá)遠(yuǎn)程火情監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)質(zhì)心定位算法計(jì)算出采集結(jié)點(diǎn)位置即為火災(zāi)發(fā)生位置。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)溫度傳感器和溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控森林情況，并通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊和3G網(wǎng)絡(luò)模塊連接到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能監(jiān)控，提高森林監(jiān)控管理的科學(xué)性，提高及時(shí)處理的能力，本發(fā)明還具有控制簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，質(zhì)心定位算法進(jìn)行火情位置的定位，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通度計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置，相對(duì)于基于距離定位,該方法降低了節(jié)點(diǎn)硬件要求，降低了節(jié)點(diǎn)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(zāi)報(bào)警的要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的終端節(jié)點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的控制連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收流程圖；

圖5是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程圖；

圖6是質(zhì)心原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。

實(shí)施例1：如圖1-圖6所示，一種森林火災(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，包括終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊連接，終端節(jié)點(diǎn)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(guān)節(jié)點(diǎn)包括控制器二，控制器二通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)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(wú)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(jī)、ADC、無(wú)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(shì)。由于森林中通信環(huán)境復(fù)雜，對(duì)ZigBee模塊的通信距離會(huì)產(chǎn)生較大影響，故采用CC2591芯片作為功率放大芯片來(lái)放大節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、增加節(jié)點(diǎn)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(jì)量精確度高、速度快、耗電量小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

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(cè)森林監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)可燃?xì)怏w濃度的傳感器元件，這種傳感器可監(jiān)測(cè)森林區(qū)域中多種可燃性氣體的密度，是一個(gè)能夠應(yīng)用于多種監(jiān)控場(chǎng)合、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)恢復(fù)快的傳感器。

實(shí)施例2：一種森林火災(zāi)快速監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)定位方法，該方法為：通過(guò)溫濕度傳感器和煙霧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度，并將溫濕度通過(guò)無(wú)線模塊和3G網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)時(shí)傳遞給監(jiān)控中心，首先，通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)的溫濕度傳感器和煙霧傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的火情，并將火情采集參數(shù)傳送給路由節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將多個(gè)節(jié)點(diǎn)收集到的參數(shù)信息進(jìn)行一次打包處理，并發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送至Internet，最終到達(dá)遠(yuǎn)程火情監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)質(zhì)心定位算法計(jì)算出采集結(jié)點(diǎn)位置即為火災(zāi)發(fā)生位置。

質(zhì)心定位算法是通過(guò)未知節(jié)點(diǎn)接收所有在其通信范圍內(nèi)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信息，并將這些信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的幾何質(zhì)心作為自己的估計(jì)位置來(lái)定位，采集結(jié)點(diǎn)為未知節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)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(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee模塊接收來(lái)自火情參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的參數(shù)信息，經(jīng)過(guò)處理器處理之后，通過(guò)3G模塊發(fā)送至Internet。

如圖3所示，火情參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)在開(kāi)啟電源后，CC2530，首先進(jìn)行硬件初始化并嘗試進(jìn)入無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)進(jìn)行若干次嘗試并最終進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，節(jié)點(diǎn)將定期采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的溫濕度和可燃?xì)怏w濃度信息并將其傳送至上層節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)開(kāi)啟電源后，CC2530硬件進(jìn)行初始化并建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在獲得火情參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入的信息后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際需要決定是否允許該火情參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)加入。

目前無(wú)線技術(shù)的定位方法基本可分為基于距離定位和距離無(wú)關(guān)的定位。

基于距離定位機(jī)制是通過(guò)測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置，通常采用測(cè)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(duì)節(jié)點(diǎn)硬件要求也高，易受環(huán)境因素影響，同時(shí)定位過(guò)程中消耗的能量相對(duì)較多。不適合森林防火設(shè)計(jì)要求。故本系統(tǒng)采用與距離無(wú)關(guān)的定位機(jī)制(質(zhì)心定位算法)來(lái)進(jìn)行定位，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通度計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置，相對(duì)于基于距離定位,該方法降低了節(jié)點(diǎn)硬件要求，降低了節(jié)點(diǎn)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(zāi)報(bào)警的要求。

上位機(jī)監(jiān)控界面：森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程火情監(jiān)控中心的界面是基于Visual Studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)完成的一套簡(jiǎn)單、適用、便于操作的界面，主要由火情數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、火災(zāi)預(yù)警模塊、歷史火情數(shù)據(jù)查詢模塊以及火災(zāi)定位模塊四個(gè)部分組成。森林火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度和可燃?xì)怏w濃度等火情數(shù)據(jù)。當(dāng)火情數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)火災(zāi)預(yù)警定位以盡可能避免災(zāi)害發(fā)生。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。