設計實例：森林火災實時監(jiān)測與預警系統(tǒng)

一、項目概述

1.1 引言

森林是人類生存和可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源，在國家經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展中具有不可替代的地位和作用。森林資源是地球上重要的資源之一，是生物多樣化的基礎，它不僅能夠為生產(chǎn)和生活提供多種寶貴的木材和原材料，能夠為人類經(jīng)濟生活提供多種食品，更重要的是森林能夠調節(jié)氣候、保持水土、防止和減輕旱澇、風沙、冰雹等自然災害；還有凈化空氣、消除噪音等功能。但往往出于人為因素和自然因素的影響，使森林資源飽受森林火災的致命侵害，嚴重威脅和損害森林生態(tài)和人類生命財產(chǎn)安全。因此，研究森林的火災特征并提供相應的防治與控制技術，為其設計合理的火災自動監(jiān)控報警系統(tǒng)及滅火系統(tǒng)是十分必要，而且刻不容緩的。傳統(tǒng)的森林火災監(jiān)測、撲救、火險預測等防火技術存在實時監(jiān)測難、數(shù)據(jù)分散、通信不方便、應急反應慢、不易歸檔統(tǒng)計、評估預測無可比性等諸多缺憾。作為與地理信息密切相關的森林防火，本文采用無線傳感和以太網(wǎng)技術，可以大為提高森林防火的監(jiān)測、預測、分析、統(tǒng)計、決策水平，從而防患于未燃，發(fā)現(xiàn)于小火，及時撲救，最大限度地減少森林火災的損失，保護森林生態(tài)資源和人民生命財產(chǎn)安全。

1.2 項目背景/選題動機

森林是人類賴以生存及社會發(fā)展最重要和不可缺少的資源之一,更是地球生態(tài)平衡的保護者。它不僅可以生產(chǎn)木材及其它林副產(chǎn)品，供人類從事生產(chǎn)和生活需要，成為國民經(jīng)濟建設不可缺少的物質基礎，而且又是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡，保護和美化環(huán)境，有利于農(nóng)、牧、副等生產(chǎn)事業(yè)，造福于人類的一種偉大的力量。但是,由于人們在社會活動中的某些失控及異常自然因素影響等原因,森林火災時有發(fā)生。 森林火災是破壞森林資源安全、威脅人類生存環(huán)境最為嚴重的災害之一。近些年隨著氣候變動、人為活動等因素的影響,森林火災有加劇上升的趨勢,預防和監(jiān)測森林火災已成為世界各國森林防火部門的一個重要研究熱點。

森林火災是指失去人為控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴展，并對森林、生態(tài)系統(tǒng)和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災是一種突發(fā)性強、破壞性大、處置救助較為困難，造成的經(jīng)濟損失相當嚴重的自然災害。我國國土遼闊、地形復雜多樣，各地氣候千差萬別，同時人口眾多，人口分布廣泛，造成了森林火災頻發(fā)，成為一個森林火災多發(fā)的國家。

森林火災的發(fā)生，絕不是偶然。從氣候角度考察，它們都有一個孕育的過程，即只有當環(huán)境溫度、相對濕度、降水量積累到一定閾值，才可能引發(fā)林火。這些條件因素具有明顯的地域性和季節(jié)性特點，和氣象因子有直接密切的關系。如果能采取積極有效措施，對重點林區(qū)的環(huán)境因子做到實時、準確地探測感知，無疑將極大地提高火險預知、報警的主動性和準確性。因此，預防和監(jiān)測森林火災技術的選擇顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的森林火災監(jiān)測、撲救、火險預測等防火技術存在實時監(jiān)測難、數(shù)據(jù)分散、通信不方便、應急反應慢、不易歸檔統(tǒng)計、評估預測無可比性等諸多缺憾?；趥鹘y(tǒng)森林火災監(jiān)測方法存在的不足, 本文將無線傳感器網(wǎng)絡技術和以太網(wǎng)技術引入到森林火災監(jiān)測中來,構建了基于無線傳感器網(wǎng)絡的森林火災監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測有關被測參數(shù)(例如溫度、煙霧濃度等) 并發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機,對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理,并與正常的氣象數(shù)據(jù)以及該地區(qū)森林資源基礎數(shù)據(jù)相比較,判斷是否具有林火發(fā)生的危險,為有關部門采取相應的防火或滅火措施提供決策依據(jù)。