基于ZigBee的森林火災監(jiān)測設計

摘要：為了監(jiān)測森林火險因于和著火點，并及時預防和消滅火災，提出了基于ZigBee的森林火災監(jiān)測系統(tǒng)設計，系統(tǒng)由信息采集、無線收發(fā)、火災監(jiān)控功能模塊組成。系統(tǒng)采用煙霧傳感器、溫濕度傳感器、風力傳感器采集各林區(qū)的環(huán)境參數(shù)信息，基于JN5139無線微控制器實現(xiàn)無線通信功能，并對傳感器采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行處理和分析，監(jiān)控中心根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)火險預報、火情監(jiān)測、應急預案功能?；赯igBee的森林火災監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測林區(qū)環(huán)境參數(shù)信息，從而及時地預防森林火災的發(fā)生或高效地實施火災救援工作。
關鍵詞：Zigbee；森林火災；傳感器；JN513

森林是林木、伴生植物、動物及其與環(huán)境的綜合體。它是地球上的凈化庫、基因庫、碳貯庫、蓄水庫和能源庫，對維系整個地球的生態(tài)平衡起著至關重要的作用，是人類賴以生存和發(fā)展的資源和環(huán)境，具有經(jīng)濟、生態(tài)和社會三大效益。但是由于異常自然或非法人為因素，森林會發(fā)生一些火災，森林火災是一種突發(fā)性強，破壞性大，處置救助較為困難的自然災害，如果森林發(fā)生火災，將會對林木、生命財產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)、社會造成嚴重的危害。森林火災監(jiān)測是森林防火的重要基礎。目前，我國森林防火主要采用人工巡邏的方式，由于森林面積大，及時、準確地發(fā)現(xiàn)火源存在一定的難度。
針對森林火災監(jiān)測的重要性和不足之處，本文提出基于ZigBee無線傳感網(wǎng)技術(shù)設計森林火災監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時采集林區(qū)的相關環(huán)境參數(shù)，為相關部門預警和滅火提供重要的決策依據(jù)。

1 森林火災監(jiān)測系統(tǒng)總體設計
在森林火災監(jiān)測中，林中空氣的溫度和濕度會影響可燃物物理性質(zhì)，它們是森林火險變化的重要指標，是火災監(jiān)測的重要參數(shù)。當有林火發(fā)生時，林中的煙霧濃度和風向是火災蔓延的重要因素。因此，溫度、濕度、風向與風速、煙霧濃度是森林火災監(jiān)測的關鍵參數(shù)，森林火災監(jiān)測系統(tǒng)需要實時采集森林中各個位置的這些環(huán)境參數(shù)，并將這些參數(shù)值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行處理，就可以發(fā)現(xiàn)火災易發(fā)或已發(fā)區(qū)域，從而及時地消滅火災。森林是一個高密度樹木區(qū)域，樹木的分布具有距離短、面積廣、隨機的特性，本文提出采用基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡對森林火災進行監(jiān)控。ZigBee是一種低成本，低功耗、近距離、低復雜度、自組織的無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，與現(xiàn)有的有線系統(tǒng)相比，ZigBee無線解決方案的優(yōu)勢在于靈活的安裝布置、低廉的安裝費用、耗能低、可靠性高，因此基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡適用于森林火災實時監(jiān)測。
1．1 森林火災監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在森林火災監(jiān)測系統(tǒng)中，需要進行信息采集、處理、傳輸，控制結(jié)果輸出執(zhí)行等操作。傳感器節(jié)點是構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)的基本要素，具有信息采集、信息處理和無線通信功能，它們既是數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌l(fā)起者，也是數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)者。傳感器節(jié)點被隨機、密集地布設在森林中，各林區(qū)的傳感器節(jié)點自組織成簇，傳感器節(jié)點為簇成員，負責林區(qū)環(huán)境信息的采集。傳感器節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇首節(jié)點，簇首節(jié)點負責對采集簇內(nèi)信息采集節(jié)點的數(shù)據(jù)融合，然后傳送給匯聚點，匯聚節(jié)點以多跳的方式與各簇首節(jié)點通信，收集各林區(qū)環(huán)境信息，將數(shù)據(jù)送到控制中心，控制中心進行綜合處理，監(jiān)測各林區(qū)火險情況。森林火災監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。