专利名称：无线多功能监测终端、多功能森林监测系统及监测方法
技术领域：
本发明涉及监控技术领域，尤其涉及用于森林监测的一种多功能森林监测终端、多功能森林监测系统及监测方法。
背景技术：
森林是重要的生产资源以及环境资源，对于人类可持续发展具有重要的意义，不但可提供人类发展所需的木材及相关原材料，更可保持水土，减低水土流失及泥石流等自然灾害，同时还可阻挡风沙，遏制沙尘侵袭。因此，森林保护一直是人们关心的重要话题。传统的森林监控系统主要应用于森林防火。现有的森林火灾监控系统主要使用前端摄像系统采集林火信息，并运用图像处理技术和识别算法进行智能分析，判断所采集 图像上是否有疑似火点。这种基于摄像采集和图像处理的监测技术，存在着如下缺点信息量传输时需占用大量带宽；火警图形识别的效率低下，准确度低；对雾、热气等干扰的分辨率差；林火预警的自动化和智能化程度低；通常采用有线方式布线，施工难度大，成本较高，不能大面积应用。近年来，也有应用烟雾传感器进行森林防火的案例，但是一般仅是对温度、烟雾浓度进行监测，监测参数比较少，功能单一。为实现低成本高可靠度的森林监控，就需要一种简单易行，能够全面监测森林状态信息的监测技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多功能森林监测终端、多功能森林监测系统及监测方法，简便易行地实现包括防火监测在内的多功能森林监控。为了解决上述问题，本发明提出了一种多功能森林监测系统，该系统包括无线多功能监测终端、无线中继、智能接入网关、计算机信息处理装置，其中，所述无线多功能监测终端，用于采集监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继；所述无线中继，用于接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，并将所接收信息转发至智能接入网关；所述智能接入网关，用于将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置；所述计算机信息处理装置，用于对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息处理并显示处理后的结果。所述监测信息包括如下信息之一或它们的组合土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力。所述无线中继，包括独立供电单元、无线中继单元以及用于支撑所述独立供电单元、无线中继单元的支撑装置；所述智能接入网关，包括独立供电单元、网关单元以及用于支撑所述独立供电单元、网关单元的支撑装置。
所述无线多功能监测终端，包括独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元以及用于支撑所述独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元的支撑装置；所述监测节点单元，用于采集一个或多个传感器的监测信息，所述传感器类型包括如下传感器中的一种或它们的组合土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、烟雾浓度传感器、风速检测传感器、风向检测传感器、气压传感器；所述无线传输单元，用于将监测节点单元的监测信息发送给无线中继；所述独立供电单元，用于为监测节点单元、无线传输单元供电。所述支撑装置，是便携可拆卸支架，或者多级的高度可调节的支撑立杆；所述独立供电单元，是光伏发电单元，或者是小型风机发电单元，或者是风光互补发电单元，或者是蓄电池组。所述独立供电单元是光伏发电单元时，所述独立供电单元进一步包括太阳能电池板支撑架，所述太阳能电池板支撑架是受光面为平面的带有开孔的中 空壳体结构；太阳能电池板支撑架的顶部安装有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质；所述无线多功能监测终端的监测节点单元、所述无线中继的无线中继单元、所述智能接入网关的网关单元，放置在所述太阳能电池板支撑架的中空壳体内部。本发明还提供一种多功能森林监测方法，在包括无线多功能监测终端、无线中继、智能接入网关、计算机信息处理装置的监测系统中，所述无线多功能监测终端采集监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继；所述无线中继接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，并将所接收信息转发至智能接入网关；所述智能接入网关将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置；所述计算机信息处理装置对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息处理并显示处理后的结果。所述监测信息包括如下信息之一或它们的组合土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力。本发明还提供一种无线多功能监测终端，包括独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元以及用于支撑所述独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元的支撑装置；所述监测节点单元，用于采集一个或多个传感器的监测信息，所述传感器类型包括如下传感器中的一种或它们的组合土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、烟雾浓度传感器、风速检测传感器、风向检测传感器、气压传感器；所述无线传输单元，用于将监测节点单元的监测信息发送给无线中继；所述独立供电单元，用于为监测节点单元、无线传输单元供电。10、如权利要求9所述的无线多功能监测终端，其特征在于，所述支撑装置，是便携可拆卸支架，或者多级的高度可调节的支撑立杆；所述独立供电单元，是光伏发电单元，或者是小型风机发电单元，或者是风光互补发电单元，或者是蓄电池组；当所述独立供电单元是光伏发电单元时,所述独立供电单元进一步包括太阳能电池板支撑架，太阳能电池板支撑架的顶部安装有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质；所述太阳能电池板支撑架，为受光面为平面的带有开孔的中空壳体结构；所述无线多功能监测终端的监测节点单元放置在所述太阳能电池板支撑架的中空壳体内部。本发明提供的多功能森林监测终端、多功能森林监测系统及监测方法，通过无线多功能监测终端就能采集土壤温湿度、空气温湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力等多种参数，并通过中继、网关发送到后台，实现森林环境的全面监测。该系统采用太阳能供电，通过无线方式传输，无需布线，安装方便成本低，能够克服森林布线困难等问题，并且采用适用于森林环境的支架设计和防鸟栖设计。
图I是本发明提供的多功能森林监测系统示意图；图2是本发明提供的多功能森林监测方法的流程图；图3是本发明提供的无线多功能监测终端示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。为了实现适应森林特定环境的森林监控信息采集，本发明通过一个无线多功能监测终端采集土壤温湿度、空气温湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力等多种参数，并利用无线传输技术通过无线中继、智能网关发送到后台的计算机信息处理装置，实现森林环境的全面监测。同时，为解决供电问题，本发明还可采用诸如太阳能，风能等供电方式进行分布式独立供电，可不依赖于电网而实现独立运行，无需架设电力传输线缆，既节约了成本也减少了对森林的破坏。同时，简单可调节的支撑装置，以及防鸟设计都使得该多功能监测终端装置更适应森林环境。该森林监测系统通过无线方式传输监测信息及控制指令，无需布线，安装方便成本低，也能够克服森林布线困难等问题。如图I所示，给出了本发明的多功能森林监测系统示意图，该系统包括无线多功能监测终端、无线中继、智能接入网关、计算机信息处理装置，其中，所述无线多功能监测终端，用于采集监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继；所述无线中继，用于接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，并将所接收信息转发至智能接入网关；所述智能接入网关，用于将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置；所述计算机信息处理装置，用于对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息
处理并显示处理后的结果。系统可设定监测阈值，一旦监测参数超过设定阈值，系统自动报
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目O所述监测信息包括如下信息之一或它们的组合土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力。如图2所示，给出了基于图I所示系统实现对森林监测方法的流程图，包括如下步骤无线多功能监测终端采集监控所需的各种监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继；无线中继接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，将所接收信息转发至智能接入网关；智能接入网关将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置；计算机信息处理装置对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息处理并显示处理后的结果。根据监控信息处理结果或者直接获取的监控信息，监控人员或者自动值班的告警装置可以发出告警或者做出必要的判决处理。图I所示的监测系统中的无线多功能监测终端，包括独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元以及用于支撑所述独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元的支撑装置； 所述监测节点单元，用于采集一个或多个传感器的监测信息，所述传感器类型包括但不限于如下传感器中的一种或它们的组合土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、烟雾浓度传感器、风速检测传感器、风向检测传感器、气压传感器；所述无线传输单元，用于将监测节点单元的监测信息发送给无线中继；所述独立供电单元，用于为监测节点单元、无线传输单元供电。图I所示的监测系统中的所述无线中继，包括独立供电单元、无线中继单元以及用于支撑所述独立供电单元、无线中继单元的支撑装置。图I所示的监测系统中的所述智能接入网关，包括独立供电单元、网关单元以及用于支撑所述独立供电单元、网关单元的支撑装置。上述支撑装置，可以是便携可拆卸支架，或者是多级的高度可调节的支撑立杆；在支撑装置最上面的部分装配有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质，随风转动放射太阳光，可以防鸟落。上述的独立供电单元，是光伏发电单元，或者是小型风机发电单元，或者是风光互补发电单元，或者是蓄电池组。本系统在产品设计时充分考虑防鸟筑巢、防止产品破坏等多方面因素，设计了一款适用于森林监测的多功能监测终端。所述独立供电单元是光伏发电单元时，所述独立供电单元进一步包括太阳能电池板支撑架，所述太阳能电池板支撑架，为受光面为平面的带有开孔的中空壳体结构；所述无线多功能监测终端的监测节点单元、所述无线中继的无线中继单元、所述智能接入网关的网关单元，放置在所述太阳能电池板支撑架的中空壳体内部。在太阳能电池板支撑架的顶部装配有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质，随风转动放射太阳光，可以防鸟落。如图3所示，给出了采用光伏发电单元作为独立供电单元的实施例。支撑装置是立杆，所述立杆采用空心钢管，钢管内部可以穿线。立杆为组合式钢管，可以依据不同的地形、环境，调节立杆高度，以确保太阳能电池板能充分接收阳光。所述立杆的管体形状也可以采用圆形、矩形或三角形。图3所示的是采用晶体硅太阳电303供电的示例，也可采用薄膜太阳电池或聚光太阳电池进行供电。太阳电池板支撑架304，采用半圆中空壳体结构，将太阳电池板303放置在受光面的平面上，将监测终端的监测节点放置在太阳能支撑架壳体304中，监测节点具有标准化接口，能连接温度传感器、湿度传感器、感烟传感器、风速传感器、大气压力传感器、风向传感器、土壤温湿度传感器306等多种传感器。其中土壤温湿度传感器306可以穿过空心钢管内与监测节点相连。风向、风速传感器301上加装镜片302或者采用不锈钢材质，随风转动放射太阳光，可以防鸟落。太阳能电池板支撑架304 :太阳能电池板支撑架设计为半圆形控壳体，监测节点放置在圆形壳体内部，起到一定的防护作用；在壳体两侧对开通风孔，可以确保监测节点能够监测空气温湿度、大气压力等指标。在其它实施例中，也可采用三角形或菱形或椭圆型中空壳体结构，只需保证在壳体外侧配置安装太阳电池板的平面即可。
考虑到在森林是鸟类的栖息地，为了防止鸟筑巢、或落到太阳能电池板上、鸟粪对太阳能电池板的发电效率造成影响，在太阳能电池板支撑架上面的风速风向传感器上加装一个可以随风转动的镜子，即旋转反光镜，镜子随风转动反射太阳光，可以有效防止鸟类接近设备。该多功能监测系统在实施时，安装监测终端时，可在森林中选择合适的位置，依据所处的地理条件调节空心钢管支架的高度，以确保太阳能板能接受阳光的照射。在地上挖坑，通过坑基固定支架而将无线多功能监测终端固定。在森林中选择合适的位置，安装一定数量的中继，采用立杆方式安装，采用太阳能和/或风能供电。在森林中选择合适的位置，安装一定数量的网关，采用立杆方式安装，采用太阳能和/或风能供电。网关通过GPRS/3G/4G等方式与后台计算机处理装置通讯。无线多功能监测终端会自动采集土壤温湿度、空气温湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力等多种参数，并通过无线中继、智能接入网关发送到后台计算机处理装置，实现森林环境的全面监测。因而，本发明具有以下优势系统采用无线传输，无需布线，安装方便，克服了传统应用视频监控传输布线难的问题；系统可设定监测阈值，一旦监测参数超过设定阈值，系统自动报警；系统采用太阳能和/或风能供电，解决了森林内取电难的问题；系统中无线多功能监测终端内，可以连接多种传感器，监测功能齐全；系统无线多功能监测终端采用独特的设计，对设备具有较好的防护作用，并且安装时可依据实际情况调整立杆的高度，应用灵活，安装简单方便。以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种多功能森林监测系统，其特征在于，该系统包括无线多功能监测终端、无线中继、智能接入网关、计算机信息处理装置，其中， 所述无线多功能监测终端，用于采集监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继； 所述无线中继，用于接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，并将所接收信息转发至智能接入网关； 所述智能接入网关，用于将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置； 所述计算机信息处理装置，用于对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息处理并显示处理后的结果。
2.如权利要求I所述的多功能森林监测系统，其特征在于， 所述监测信息包括如下信息之一或它们的组合土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力。
3.如权利要求I所述的多功能森林监测系统，其特征在于，所述无线多功能监测终端，包括独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元以及用于支撑所述独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元的支撑装置； 所述监测节点单元，用于采集一个或多个传感器的监测信息，所述传感器类型包括如下传感器中的一种或它们的组合土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、烟雾浓度传感器、风速检测传感器、风向检测传感器、气压传感器； 所述无线传输单元，用于将监测节点单元的监测信息发送给无线中继； 所述独立供电单元，用于为监测节点单元、无线传输单元供电。
4.如权利要求I所述的多功能森林监测系统，其特征在于， 所述无线中继，包括独立供电单元、无线中继单元以及用于支撑所述独立供电单元、无线中继单元的支撑装置； 所述智能接入网关，包括独立供电单元、网关单元以及用于支撑所述独立供电单元、网关单元的支撑装置。
5.如权利要求3或4所述的多功能森林监测系统，其特征在于， 所述支撑装置，是便携可拆卸支架，或者多级的高度可调节的支撑立杆； 所述独立供电单元，是光伏发电单元，或者是小型风机发电单元，或者是风光互补发电单元，或者是蓄电池组。
6.如权利要求5所述的多功能森林监测系统，其特征在于， 所述独立供电单元是光伏发电单元时，所述独立供电单元进一步包括太阳能电池板支撑架，所述太阳能电池板支撑架是受光面为平面的带有开孔的中空壳体结构； 太阳能电池板支撑架的顶部安装有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质； 所述无线多功能监测终端的监测节点单元、所述无线中继的无线中继单元、所述智能接入网关的网关单元，放置在所述太阳能电池板支撑架的中空壳体内部。
7.一种多功能森林监测方法，其特征在于，在包括无线多功能监测终端、无线中继、智能接入网关、计算机信息处理装置的监测系统中， 所述无线多功能监测终端采集监测信息，将所述监测信息通过无线方式发送至无线中继； 所述无线中继接收所服务的一个或多个无线多功能监测终端的监测信息，并将所接收信息转发至智能接入网关； 所述智能接入网关将无线中继转发的信息发送给计算机信息处理装置； 所述计算机信息处理装置对无线多功能监测终端采集的监测信息进行信息处理并显示处理后的结果。
8.如权利要求7所述的多功能森林监测方法，其特征在于， 所述监测信息包括如下信息之一或它们的组合土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力。
9.一种无线多功能监测终端，其特征在于，包括独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元以及用于支撑所述独立供电单元、监测节点单元、无线传输单元的支撑装置； 所述监测节点单元，用于采集一个或多个传感器的监测信息，所述传感器类型包括如下传感器中的一种或它们的组合土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、烟雾浓度传感器、风速检测传感器、风向检测传感器、气压传感器； 所述无线传输单元，用于将监测节点单元的监测信息发送给无线中继； 所述独立供电单元，用于为监测节点单元、无线传输单元供电。
10.如权利要求9所述的无线多功能监测终端，其特征在于， 所述支撑装置，是便携可拆卸支架，或者多级的高度可调节的支撑立杆； 所述独立供电单元，是光伏发电单元，或者是小型风机发电单元，或者是风光互补发电单元，或者是蓄电池组； 当所述独立供电单元是光伏发电单元时，所述独立供电单元进一步包括太阳能电池板支撑架，太阳能电池板支撑架的顶部安装有风速/风向传感器，在风速/风向传感器上加装镜片或者采用不锈钢材质； 所述太阳能电池板支撑架，为受光面为平面的带有开孔的中空壳体结构；所述无线多功能监测终端的监测节点单元放置在所述太阳能电池板支撑架的中空壳体内部。
全文摘要
本发明公开了一种多功能森林监测终端、多功能森林监测系统及监测方法，可简便易行地实现包括防火监测在内的多功能森林监控。本发明通过一个无线多功能监测终端采集土壤温湿度、空气温湿度、烟雾浓度、风速、风向、大气压力等多种参数，并利用无线传输技术通过无线中继、智能网关发送到后台的计算机信息处理装置，实现森林环境的全面监测。本发明还可采用诸如太阳能，风能等供电方式进行分布式独立供电，采用无线传输，无需布线，安装方便，克服了传统应用视频监控传输布线难的问题。
文档编号G01D21/02GK102879035SQ20121035338
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者樊勇, 时洪坤, 司博章, 孙立云 申请人:北京时代凌宇科技有限公司