NB-IOT物聯網森林安防系統分析

田洋

摘要：基于蜂窩的窄帶物聯網NB-IOT技術原理，聯合煙霧傳感器、紅外傳感器制作一個在火災發生時能及時檢測到火災的探測報警裝置，可完全避免復雜的安裝天線，還擁有超高密集的連接數，即使同時接入數萬臺設備，也能安全穩定的工作。借助NB-IOT無線網絡的超強的信號覆蓋范圍，可以有效避免森林中沒有信號的情況。接下來，文章重點對NB-IOT物聯網森林安防系統展開分析。

關鍵詞：NB-IOT物聯網;森林;安防系統

火災給人類帶來災難，給國家和人民造成損失。而森林火災每年全世界每年平均發生20多萬次，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的1%以上。中國每年平均發生森林火災約1萬多次，燒毀森林幾十萬至上百萬公頃，約占全國森林面積的5～8%。森林火災不僅燒死、燒傷林木，直接減少森林面積，而且嚴重破壞森林結構和森林環境，導致森林生態系統失去平衡，森林生物量下降，生產力減弱，益獸益鳥減少，甚至造成人畜傷亡。就例如2019年3月30日年的四川森林火災，除去物力財力的損失，因為撲火而犧牲的救火人員就有30個，年紀最小的才有19歲;2020年3月30日西昌市瀘山發生森林火災，又犧牲了19名人員。高強度的大火，能破壞土壤的化學、物理性質，降低土壤的保水性和滲透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼澤化。而且每年因為撲滅森林山火都會有消防人員的犧牲，造成人力物力上不可挽回的后果。

森林山火造成的損失，不僅僅是因為森林里大部分物質容易引燃，更多的是著火時沒有及時的發現，等到發現火情時，火勢已經失去了控制，造成的損失也就非常的大，想撲滅也非常的困難。如果我們能在火災出現時就及時發現并且在沒有大范圍著火時將其撲滅，可有效減少火災引發的損失和傷亡。所以，有必要分析并設計NB-IOT物聯網森林安防系統，以在發生火災險情時可第一時間發現并處置。

一、NB-IOT物聯網森林安防系統原理

我們在研究森林火災時發現，森林火災有兩大特點，一是會產生濃煙，二是會使環境溫度升高，我們的報警器就是通過檢測濃煙和溫度來報警的。將報警裝置提前放置在森林里，以區域式展開，按照每隔2.5平方公里的范圍安裝一個報警器，從而組成一張網來實時檢測森林情況，每一個報警器都有一個固定位置。煙霧傳感器內部的反射管與接收管內置于光學迷宮中以屏蔽外界干擾，當發生火情有煙霧進入時，接收管接受信號減弱，一但煙霧達到濃度閾值，探測器觸發報警，指示燈閃爍蜂鳴器發出報警并上傳報警信號;另外，紅外溫度傳感器檢測到溫度異常時也會將報警信息通過窄帶物聯網信號發送到遠處的基站，兩個傳感器同時存在可以準確高效的檢測出森林中的火災，然后再將數據（報警位置，報警時間）通過微信、短信和電話發送給相關負責人，由負責人通知相關消防部門前去指定位置滅火，從而達到早發現，著火點準確，快速滅火，減少損失的目的。

二、系統硬件構成

NB-IOT物聯網森林安防系統主要包括傳感器節點硬件，分別是紅外溫度傳感器、煙霧傳感器、CO傳感器和太陽能電視電源系統。主控芯片為MCU處理器，其功耗低，性能比較穩定，且具有較高可靠性，工作頻率可高至72MHz。存儲器選擇Flash 32-512 KB以及SRAM 6-64 KB，數據傳輸、待機停機以及圖像采集等能力優越[1]。紅外溫度傳感器選擇A2TPMI的傳感器，內置TPS334L5.5熱點堆傳感器及相關電路，并繼承了硅透鏡，i2C接口，視窗角度5度，TO39封裝。煙霧傳感器選擇MQ-2，基于煙霧會對帶電粒子運動產生干擾的特性，在電離室內安裝放射源镅241，在監測電離室電壓、電流改變基礎上獲得煙霧情況。NB-IOT模塊選擇BC-95模塊，并選擇內嵌網絡協議棧和IPV4/IPV6協議棧，其功耗偏低，尺寸較為緊湊，體重輕，僅有1.6g，可靠性較高[2]。

三、系統軟件構成

系統選擇HTML5開發應用軟件，可經PC瀏覽器以及手機APP展開實時監測，對前端數據加以訪問，并可發出控制指令。基于HTML5實現APP應用開發，用戶無需下載應用即可使用軟件。用戶端通過手機、平板或PC均可經HTML5相關應用軟件對系統展開監視及控制。客戶端軟件主要設計3種功能，即主動查詢、定期自檢、自動預警，系統和前端傳感器當中各項功能終端點能夠展開信息交互[3]。前端傳感器主要分布有CO傳感器、煙霧傳感器和紅外溫度傳感器，利用主控芯片對各種所需環境數據與信息進行采集，并對所采集信息展開分析和計算，一旦發現不正常可第一時間經NB-IOT模塊向指揮中心傳輸異常信號，觸發報警系統，工作人員在接收相關信息后及時對前端情況做出檢查。

四、系統實驗測試

完成NB-IOT物聯網森林安防系統設計工作后，要進行設備組裝工作，并展開現場模擬測試。首先在實驗室建立虛擬化的森林現場，各項條件參數都和森林條件一致，由現場傳感器對環境數據進行采集，包括CO濃度、煙霧度、溫度，之后相關數據經云平臺傳遞至客戶端。之后人為調整實驗室條件，包括CO濃度、煙霧度、溫度，此時客戶端中呈現出的系統各項監測參數也在同步改變。在實驗設計參數達到所設閾值后，警報系統自動觸發，客戶端發出警報聲，頁面同步呈現出前端監視畫面。經實驗室測試，所設計系統符合預期效果。

五、結束語

森林是大自然的組成部分，是陸地上最大的碳儲庫，哪里有森林，哪里就有生命。我國平均森林覆蓋率為21.63%，森林能夠調節氣候變化，也極大的豐富了生態多樣性。但是森林火災嚴重影響森林生態功能的發揮，還會對森林資源及土壤資源產生極大浪費和危害，甚至危及人們的生命和財產。為最大程度降低森林火災危害性，需要深度研究并設計NB-IOT物聯網森林安防系統，關注系統優化與創新，利用技術優勢及時發現火災險情，并同步扼殺危險源。

參考文獻：

[1]劉洋.基于物聯網技術的智能安防視頻監控系統探究[J].中國新通信，2020，22（23）：51-52.

[2]韓振，潘磊.一種基于物聯網技術的智能化消防安全管理平臺設計[J].中國科技信息，2021，{4}（13）：78-79.

[3]張佰國. 面向智慧林業的智能視頻分析儀軟硬件協同設計及應用[D].北京工業大學，2020.