基于物聯網的森林火災管理

湛佳軍 楊春 王晴晴 崔忠偉

摘要：物聯網技術的不斷進步，其應用已經逐漸貫穿到各個領域。而森林火災監測一直是森林管理中至關重要的一大環節。一直到如今，森林火災監測依舊不成條理，特別是較為茂密遠離人們居住的地方，這些森林一旦發生火災，僅僅是去發現都是問題，又談何及時撲救。本文將圍繞物聯網技術深入到森林管理中，利用各種新型的傳感器設備，低價位、低功耗、近距離、短延時的ZigBee技術，最后傳榆到客戶端，監測人員運用專業知識進行森林火災模擬，推測出火災發生的條件，在森林火災發生前進行有效地預防，這樣既可以及時監測林火是否發生，也可以在火災發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。

關鍵詞：森林火災監測;物聯網技術;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

森林火災是一種具有突發較強、破壞嚴重、撲救難等特點的自然災害。近年來，更是因為全球溫度的節節攀升，導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中，極為嚴重的是傷害到了人們的財產性命安全。由此可見，森林火災監測在森林管理中占據重要地位。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，只能采用傳統的人工監測方法，不僅不及時、效率低、不準確，撲救火災也是異常的困難。如何實現準確地對森林火災情況進行實時監測，提供森林火災的預警和及時撲救，已成為急需解決的問題。而物聯網技術可以提高森林火災監測的及時性、準確性和高效性，促進森林火災監測系統功能作用的進一步優化及完善，能夠及時將有關森林火災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。通過系統技術可以提取到精準的森林環境因素的變化情況，借助RFID技術、傳感器技術和無線網絡技術達到對森林監測數據的精準采集、共享與反饋，在發生火災時能夠有效地采取撲救措施或者防范于未然，實現了森林火災監測中人力、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物聯網概述

2.1物聯網的概念及主要特征

直觀描述的物聯網就是通過互聯網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。利用傳感器設備并將物品之間的信息傳輸返送到客戶端，使后臺能夠實時精準的掌握物品的信息。物聯網，即是各種傳感設備，如射頻識別（RFID）、紅外傳感器裝置、全球定位系統、激光掃描儀等各種設備與互聯網相結合，形成了龐大的物聯網絡物聯網用途極為廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業檢測等領域，特別是對許多古老文物的復原以及保存作出了重要的貢獻。

2.2物聯網的核心技術

目前物聯網重要技術包含RFID射頻識別、傳感器、條形碼技術、無線傳感器網絡技術、云計算、網絡通訊、智能芯片系統等。其中，RFID射頻識別、傳感器以及無線傳感器網絡是十分受歡迎和應用廣泛的物聯網核心技術。

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，它通過射頻信號不僅能自動識別目標對象、獲取相關數據，而且識別過程不需要人工干預，可以在各種惡劣環境下工作。RFID技術可識別快速移動物體，識別不同種類的標簽，操作快速簡便。將射頻識別技術與互聯網、通信等技術相結合，實現全球跟蹤和信息共享

傳感器是設備感知物質世界的重要渠道，能夠感知風力、光照強度、物體位移、溫度、熱度、濕度等信號，為網絡系統對現實世界的獲取、傳輸、分析和反饋提供最初始的信息。隨著物聯網的技術不斷發展，傳感器的制作變得更加微小、智能以及網絡化，更方便人們的使用。

無線傳感器網絡技術通過無線傳感器網絡來分享物品之間的信息。它由大量的靜態或移動傳感器組成，以此來感知、采集、處理和傳輸地理區域內感知物體的各項有關信息，并最終將這些信息發送給客戶端使用者。不僅如此，其探測范圍包括周圍環境中的各種現象，如地震，電磁學，噪聲，土壤成分和運動物體的方向和速度。應用領域涉及軍事海陸空、防爆、救災、環境監測、醫療器械等領域

其中，ZigBee技術以其低價位、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物聯網在森林火災監測中的應用

3.1物聯網技術的體系結構

感知層是指傳感器等數據采集設備對現實世界物體的識別和采集信息，位于三層體系結構的底部。即是物聯網應用的基礎，其主要作用就是實現物體間的聯系，感知物體的各項特征，解決外界的數據采集問題，通過對物聯網體系內的事物采集信息并進行分析識別，如停車產掃描系統、酒店客房門卡、超市的倉儲管理系統等。通過對RFID技術的應用和ZigBee無線傳感器網絡以及遙感探測技術的應用，促進森林火災相關環境參數信息的采集和完善，進而為下一層網絡空間的傳送做好準備。其雖然處于物聯網的最底層，但也是最基礎和無可代替的一大環節。

網絡層是物聯網信息的基礎承載網絡，是介于傳輸層和數據鏈路層之間的一道橋梁。其目的是使得透明數據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絡中如何傳輸數據和交換電路。

應用層是利用經過網絡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。主要包括應用支持平臺子層和應用服務子層技術。

3.2森林火災監測系統的整體結構

由上述的物聯網技術可以構成一套完整的森林火災監測系統，通過對物聯網概念的理解及其技術的運用，使整個系統實現了RFID射頻、傳感器、視頻監控等技術的整合，形成了一套完善的森林防火工作體系，為火災發生時人力資源和物理資源的合理配置提供了有力的基礎條件。

3.3森林火災監測系統的應用流程

3.3.1災前預警

通過對物聯網技術的應用，能夠促使林區內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重要的。在森林火災沒有發生的時候，除采用傳感器外，可以著重對古老樹木集中地采用視頻監控技術，傳感器和視頻監控通過對周圍環境的各項有關指標進行采集并通過無線網絡億igBee無線傳感器網絡）反饋到監控中心，監控中心由此結合所獲信息進行數據處理和分析，模擬火災發生條件臨界數據，實現最大程度的預防及抑制火災發生的概率，從而達到災前預警的效果。

3.3.2災中指揮

當監測傳回的溫濕度和熱度及煙霧數據達到某一臨界值時，監控中心則會響起警報，起到及時反饋的作用。一旦得知火災的發生，利用GPS定位和GPRS通信模塊的網絡信息采集終端，提供準確的火點地理位置。而傳感器監測所得的風力和風向則使得監控中心能實時監控火災情況動向，及時增加人力，減少火災蔓延的趨勢。以物聯網技術為核心構成的森林火災監測系統，能夠促進對地面的各個方位進行實時監測。3.3.3災后清理

火災撲救后，為避免火災地區的復燃，通過傳感器傳回的氣象息、救援保障信息、隱患動態等多維度的信息進行匯聚和關聯分析，促進構建的模型和現場情況之間的深度融合。分析災后土壤、溫度、濕度等情況，杜絕一切可能的安全隱患，進行災后的安全清理。