基于Vue.js的物聯網森林火災監測預警系統的設計

胡霞 劉文軍 鄒欣欣 費鵬

摘要：森林防火工作是國家公共應急體系建設的重要內容，與人民群眾生命財產安全休戚相關，也是生態建設的重中之重。自新中國成立以來，森林火災多次導致了人員的傷亡以及財產的損失，破壞了生態環境，成為林業最可怕的災害。除了強化管理，加強森林巡查工作，還可以借助于物聯網實施森林遠程監測，建立森林火災預警管理系統，便于森林管理人員能在手機、電腦等終端及時發現火災態勢，實時向救援人員提供災情預警信息，減少了人力物力以及森林資源的損失。該文結合互聯網技術，使用濕度傳感器、煙霧濃度等設備通過4G網絡完成數據采集工作，構建了一個基于Vue.JS的森林火災監測預警系統，為森林安全智能化監控提供了科學的技術手段。

關鍵詞：森林火災;物聯網;數據可視化

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）36-0162-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

森林生態安全和林業生態建設對于加快我國國土綠化進程、推進林業現代化建設具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。而近年來隨著地球溫度持續升溫，森林火災事件頻繁發生，嚴重破壞了生態環境平衡，造成了不可挽回的人力物力財力的損失。針對不同的地域情況和時空特點，建設科學、有效的林火監測體系是科學預防森林火災的重點。物聯網的快速發展為森林火災監測預警管理提出了一種新的解決方案，可以對森林環境進行智能化監控管理，可以快速監測到森林安全隱患，及時發出報警，快速救援，將隱患扼殺在搖籃里。本文擬探討基于物聯網技術，構建森林火災監測預警系統，及時地將監測到的森林數據以大屏的方式進行可視化呈現，直觀地展現了站點分布、監控視頻嵌入、站點報警信息播報、網絡攝像頭能耗情況等內容。本課題通過可視化呈現的方式直觀地監控到森林設置站點周邊環境信息情況，監測效率大大提高，最大限度地減少了森林火災事件的發生，有效地保護我國森林資源以及生態環境。

2 技術概述

森林火災監測預警系統要解決的核心問題有兩個方面，一方面是需要完成森林監測點的數據采集，另一方面需要將監測的數據以用戶友好的可視化的方式呈現。本課題使用物聯網技術完成數據采集，使用Vue.JS框架技術來實現可視化呈現。

（1）物聯網技術

物聯網技術將各種傳感器設備通過制定各種特定的協議，將各種需要的事務連接起來通過網絡進行事物間的信息交換，最終達成信息網絡的智能化。本系統設計底層采用物聯網技術，周期性地對森林覆蓋范圍內會導致火災發生的參數信息通過傳感器設備進行采集，通過約定的通信協議以及自組網絡的多跳轉模式將相關數據參數發送至遠程數據監控管理平臺，數據采集流程圖如圖1所示。本系統結合物聯網技術采用ZigBee網關無線傳感器網絡，實現了森林火災實時監控預警系統的目標，有效地預防森林火災發生。

（2）Vue.js技術

Vue.js是一套構建用戶界面的漸進式框架。區別于其他重量級框架的是Vue 采用設計是自底向上增量開發的模式。Vue主要關注視圖層，也就是將數據用可視化方式呈現到頁面。Vue生態系統支持數據驅動加上組件的前端開發模式。在數據可視化大屏界面上，結合echars.js技術將數據可視化呈現出來，方便管理員對監控平臺采集到的信息進行監測。

3 系統分析

3.1 用戶角色

本系統主要角色有二類：普通用戶和超級管理員。

（1）普通用戶：由管理人員添加，用戶驗證后登錄系統，實時查看可視化大屏數據。

（2）超級管理員：可以登錄系統進行站點管理、人員管理、設備管理、執勤管理、監控系統實時數據查詢及系統大屏顯示。

3.2 系統架構

（1）硬件數據采集

數據為核心，建立森林防滅火基礎數據庫是森林防滅火智能監測系統的前提。本系統安裝溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧濃霧傳感器、風速儀、網絡攝像頭、Zigbee網關等設備，模擬森林場景設置站點，測量站點方圓五十米溫度、濕度、煙霧濃度等參數，通過Zigbee網關節點，使用4G網絡將采集數據上傳到云服務器。如圖2所示。

（2）軟件系統實現

硬件系統采集的數據通過云服務器，到達PC端和手機端的數據管理平臺，軟件系統數據管理平臺完成數據的整理，并以可視化的方式呈現出來。用戶可操作的軟件平臺主要需具備用戶管理、設備管理、數據管理、成員管理、站點管理等功能，系統結構圖如圖3所示。

4 系統設計

4.1 硬件設計

4.1.1 數據采集節點硬件

（1）溫度傳感層

溫度傳感器能夠感受溫度并轉換成可用輸出信號，本系統中選擇pt100溫度傳感器CWF4收集站點覆蓋森林的溫度參數數據，通過網關上傳數據到管理平臺，速度快、精度高、抗干擾能力強，適用于森林特殊環境。

（2）濕度傳感層

本課題使用的濕度傳感器型號是HTF3223，其屬于頻率輸出式濕度傳感器，線性度好、具有較強的抗干擾能力、接口簡單，其利用溫度信號輸出端和負溫度系數（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感，適用于本系統環境。

（3）煙霧濃度傳感層

MQ-2煙霧濃度傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2），使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該煙霧傳感器氣體濃度相對應的輸出信號，用于本系統中進行煙霧氣體濃度的采集，煙霧或氣體濃度超出設置安全范圍，就會向平臺發出警報。

（4）風速層

風速層采用TM816風速儀測量站點風速風向等信息數據。風速儀是利用超聲波時差法來進行風速的測量。

（5）網絡攝像頭

網絡攝像頭用于監控站點與火災密切相關因素包括天災人禍。周期性地將視頻傳送到數據可視化大屏供相關人員監控森林。

4.1.2 數據接收節點硬件

（1）Zigbee網關節點層

Zigbee低功耗、低成本、近距離、短延遲、高容量高，可以滿足森林惡劣的地方，應用于森林防火監控系統中，作為傳感器與通信網絡之間的橋梁。

（2）通信協議層

Zigbee無線通信通過約定的通信協議與站點底層設置的無線傳感器進行連接，無線傳感器設備利用通信協議通道將采集森林站點環境數據參數上傳至數據監控平臺進行數據處理分析顯示。

4.2 軟件設計

本系統采用Vue.JS前端框架完成界面設計，同時結合echars.js技術實現數據可視化呈現，方便管理員對監控平臺采集到的信息進行監測，主要功能如下。

（1）用戶管理

本系統使用shiro安全權限管理框架實現了對不同權限用戶操作權限管理，同時為了便于用戶二次登錄，在客戶端存儲用戶輸入信息，提供了友好的用戶交互設計。

（2）設備管理

本系統需要對所使用到的設備的編號、類型、名稱、狀態、能耗情況進行常規維護，超級管理員具有對設備進行添加、查詢、刪除、修改等相關操作的權限。

（3）站點管理

森林火災監測預警系統測試時在不同地方設置一個總站及十個分站點，分別安裝傳感器設備負責實時采集森林環境參數數據，將數據寫入數據庫中，同時對超級管理員開放對站點設置、修改、統計等功能。

（4）報警管理

報警管理模塊可以查看各個站點的即時信息的查看，同時對管理員開放按時間區間進行歷史報警數據的查詢。

（5）執勤管理

該模塊主要用于站點管理人員在巡邏過程中，對站點設備完成周期性的檢查后，完成信息的錄入與管理。

（6）監控平臺可視化大屏

數據可視化技術主要通過圖形化手段對需要的數據進行處理，展示出直觀、鮮明、分而有類的數據。本系統需要監測的部分主要包括站點采集的網絡攝像頭嵌入顯示、攝像頭電量監測、報警數據實時監測 、設備站點分布展示，具體實現如圖4所示。

5 結束語

物聯網技術的快速發展使森林火災防控越來越智能化，利用傳感器設備進行森林溫度、濕度、煙濃度、風速監測，并通過各種特定的協議，完成數據信息交換，同時以可視化的方式實時向救援人員提供火災信息以便有效地提供救援，在一定程度上減少了人力物力以及森林資源的損失。

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