基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火災(zāi)管理

湛佳軍 楊春 王晴晴 崔忠偉

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進步，其應(yīng)用已經(jīng)逐漸貫穿到各個領(lǐng)域。而森林火災(zāi)監(jiān)測一直是森林管理中至關(guān)重要的一大環(huán)節(jié)。一直到如今，森林火災(zāi)監(jiān)測依舊不成條理，特別是較為茂密遠離人們居住的地方，這些森林一旦發(fā)生火災(zāi)，僅僅是去發(fā)現(xiàn)都是問題，又談何及時撲救。本文將圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入到森林管理中，利用各種新型的傳感器設(shè)備，低價位、低功耗、近距離、短延時的ZigBee技術(shù)，最后傳榆到客戶端，監(jiān)測人員運用專業(yè)知識進行森林火災(zāi)模擬，推測出火災(zāi)發(fā)生的條件，在森林火災(zāi)發(fā)生前進行有效地預(yù)防，這樣既可以及時監(jiān)測林火是否發(fā)生，也可以在火災(zāi)發(fā)生時及時采取撲救措施，從而形成一套完整的森林管理體制。

關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)監(jiān)測;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);管理體制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0035-02

1概述

森林火災(zāi)是一種具有突發(fā)較強、破壞嚴重、撲救難等特點的自然災(zāi)害。近年來，更是因為全球溫度的節(jié)節(jié)攀升，導(dǎo)致了我國森林被大面積燒毀，國外的許多著名森林也同樣毀于自然火災(zāi)中，極為嚴重的是傷害到了人們的財產(chǎn)性命安全。由此可見，森林火災(zāi)監(jiān)測在森林管理中占據(jù)重要地位。很早以前人們就意識到林火帶來的危害，但由于當時的條件限制，只能采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法，不僅不及時、效率低、不準確，撲救火災(zāi)也是異常的困難。如何實現(xiàn)準確地對森林火災(zāi)情況進行實時監(jiān)測，提供森林火災(zāi)的預(yù)警和及時撲救，已成為急需解決的問題。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高森林火災(zāi)監(jiān)測的及時性、準確性和高效性，促進森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)功能作用的進一步優(yōu)化及完善，能夠及時將有關(guān)森林火災(zāi)的信息第一時間收集、分析及傳送到客戶端，其特點是效率高、精準化、靈活性強等。通過系統(tǒng)技術(shù)可以提取到精準的森林環(huán)境因素的變化情況，借助RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達到對森林監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準采集、共享與反饋，在發(fā)生火災(zāi)時能夠有效地采取撲救措施或者防范于未然，實現(xiàn)了森林火災(zāi)監(jiān)測中人力、物力的合理配置和有效管理，形成一套完整的森林管理體制。

2物聯(lián)網(wǎng)概述

2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念及主要特征

直觀描述的物聯(lián)網(wǎng)就是通過互聯(lián)網(wǎng)連接到物體獲取物體的信息或達到有利于人類的某種行為。利用傳感器設(shè)備并將物品之間的信息傳輸返送到客戶端，使后臺能夠?qū)崟r精準的掌握物品的信息。物聯(lián)網(wǎng)，即是各種傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）、紅外傳感器裝置、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等各種設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，形成了龐大的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)用途極為廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)檢測等領(lǐng)域，特別是對許多古老文物的復(fù)原以及保存作出了重要的貢獻。

2.2物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

目前物聯(lián)網(wǎng)重要技術(shù)包含RFID射頻識別、傳感器、條形碼技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算、網(wǎng)絡(luò)通訊、智能芯片系統(tǒng)等。其中，RFID射頻識別、傳感器以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是十分受歡迎和應(yīng)用廣泛的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)。

RFID（radio frequency identification，射頻識別）射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號不僅能自動識別目標對象、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，而且識別過程不需要人工干預(yù)，可以在各種惡劣環(huán)境下工作。RFID技術(shù)可識別快速移動物體，識別不同種類的標簽，操作快速簡便。將射頻識別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)全球跟蹤和信息共享

傳感器是設(shè)備感知物質(zhì)世界的重要渠道，能夠感知風力、光照強度、物體位移、溫度、熱度、濕度等信號，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對現(xiàn)實世界的獲取、傳輸、分析和反饋提供最初始的信息。隨著物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)不斷發(fā)展，傳感器的制作變得更加微小、智能以及網(wǎng)絡(luò)化，更方便人們的使用。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來分享物品之間的信息。它由大量的靜態(tài)或移動傳感器組成，以此來感知、采集、處理和傳輸?shù)乩韰^(qū)域內(nèi)感知物體的各項有關(guān)信息，并最終將這些信息發(fā)送給客戶端使用者。不僅如此，其探測范圍包括周圍環(huán)境中的各種現(xiàn)象，如地震，電磁學(xué)，噪聲，土壤成分和運動物體的方向和速度。應(yīng)用領(lǐng)域涉及軍事海陸空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療器械等領(lǐng)域

其中，ZigBee技術(shù)以其低價位、低功耗、低速率、近距離、短延時、高容量和高安全獲得人們的喜愛和使用。

3物聯(lián)網(wǎng)在森林火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

感知層是指傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備對現(xiàn)實世界物體的識別和采集信息，位于三層體系結(jié)構(gòu)的底部。即是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，其主要作用就是實現(xiàn)物體間的聯(lián)系，感知物體的各項特征，解決外界的數(shù)據(jù)采集問題，通過對物聯(lián)網(wǎng)體系內(nèi)的事物采集信息并進行分析識別，如停車產(chǎn)掃描系統(tǒng)、酒店客房門卡、超市的倉儲管理系統(tǒng)等。通過對RFID技術(shù)的應(yīng)用和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及遙感探測技術(shù)的應(yīng)用，促進森林火災(zāi)相關(guān)環(huán)境參數(shù)信息的采集和完善，進而為下一層網(wǎng)絡(luò)空間的傳送做好準備。其雖然處于物聯(lián)網(wǎng)的最底層，但也是最基礎(chǔ)和無可代替的一大環(huán)節(jié)。

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)信息的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，是介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的一道橋梁。其目的是使得透明數(shù)據(jù)傳輸運用在兩端之間，包括尋址和路由選擇、建立連接、保持和終止等，使得傳輸層無須知道網(wǎng)絡(luò)中如何傳輸數(shù)據(jù)和交換電路。

應(yīng)用層是利用經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)智能處理和分析后的感知信息，為客戶提供他們所需的定制信息服務(wù)。主要包括應(yīng)用支持平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層技術(shù)。

3.2森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

由上述的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以構(gòu)成一套完整的森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，通過對物聯(lián)網(wǎng)概念的理解及其技術(shù)的運用，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)了RFID射頻、傳感器、視頻監(jiān)控等技術(shù)的整合，形成了一套完善的森林防火工作體系，為火災(zāi)發(fā)生時人力資源和物理資源的合理配置提供了有力的基礎(chǔ)條件。

3.3森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用流程

3.3.1災(zāi)前預(yù)警

通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠促使林區(qū)內(nèi)的各個傳感器的布置與運用進行合理的組合，其中溫濕度、光照強度、濃煙度以及風力與風向的傳感判斷是至關(guān)重要的。在森林火災(zāi)沒有發(fā)生的時候，除采用傳感器外，可以著重對古老樹木集中地采用視頻監(jiān)控技術(shù)，傳感器和視頻監(jiān)控通過對周圍環(huán)境的各項有關(guān)指標進行采集并通過無線網(wǎng)絡(luò)億igBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）反饋到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由此結(jié)合所獲信息進行數(shù)據(jù)處理和分析，模擬火災(zāi)發(fā)生條件臨界數(shù)據(jù)，實現(xiàn)最大程度的預(yù)防及抑制火災(zāi)發(fā)生的概率，從而達到災(zāi)前預(yù)警的效果。

3.3.2災(zāi)中指揮

當監(jiān)測傳回的溫濕度和熱度及煙霧數(shù)據(jù)達到某一臨界值時，監(jiān)控中心則會響起警報，起到及時反饋的作用。一旦得知火災(zāi)的發(fā)生，利用GPS定位和GPRS通信模塊的網(wǎng)絡(luò)信息采集終端，提供準確的火點地理位置。而傳感器監(jiān)測所得的風力和風向則使得監(jiān)控中心能實時監(jiān)控火災(zāi)情況動向，及時增加人力，減少火災(zāi)蔓延的趨勢。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心構(gòu)成的森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠促進對地面的各個方位進行實時監(jiān)測。3.3.3災(zāi)后清理

火災(zāi)撲救后，為避免火災(zāi)地區(qū)的復(fù)燃，通過傳感器傳回的氣象息、救援保障信息、隱患動態(tài)等多維度的信息進行匯聚和關(guān)聯(lián)分析，促進構(gòu)建的模型和現(xiàn)場情況之間的深度融合。分析災(zāi)后土壤、溫度、濕度等情況，杜絕一切可能的安全隱患，進行災(zāi)后的安全清理。