一种森林火灾快速预警及远程扑救系统及方法与流程

本发明涉及火灾救援技术领域，尤其涉及一种森林火灾快速预警及远程扑救系统及方法。

背景技术：

森林火灾作为一种突发性强、破坏性大、处置救助困难的自然灾害，给人类生命和财产造成了巨大的损失。目前，森林火灾预警措施普遍采用地面巡防、瞪望塔监测、航空巡护、远程视频监控以及卫星遥感监测等方法，发现火情后，主要采用人工扑救方法。现有技术存在一种由无人机和远程控制平台组成的森林火灾远程预警及灭火系统，无人机预警受环境影响大，巡航的范围有限，且飞行一个架次成本较高。由于无人机载重量有限，投放少量的高爆灭火包很难实现对大面积森林火灾达到前期压制的目的，灭火效率低。还存在一种在所监测的森林区域布置通水管路和监控网络及终端的森林火灾监测与防控系统，其成本高，维护不便。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种森林火灾快速预警及远程扑救系统及方法，用以解决现有成本高、难度大、灭火效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种森林火灾快速预警及远程扑救系统，包括传感器节点、监控中心、发射车及灭火弹；

所述传感器节点为多个，通过自组织方式组成网络，设置于被预警区域，用于采集被预警区域的温度及烟雾数据，当判定温度及烟雾数据异常时，将异常数据及节点编号发送至监控中心；

所述监控中心，用于接收传感器节点发出的异常数据及节点编号，根据异常数据进行火情评估，当评估结果为有火情时，向发射车发出火情警报信号，将火源位置及火源周边情况一并发送至发射车；

所述发射车接收到警报后，行驶到有效射程，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，控制发射装置调转；并根据火源周边情况进行灭火剂喷洒参数计算，将灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；

所述灭火弹由发射装置发射至火灾上空后，根据灭火剂喷洒参数控制灭火剂喷洒。

进一步，还包括中继站，所述传感器节点将异常数据及节点编号通过自组织网络由距离中继站最近的传感器节点无线发送至中继站，由中继站通过移动通信网络将异常数据及节点编号发送至监控中心。

进一步，所述传感器节点包括温度传感器、烟雾传感器、数据处理单元、通信单元和电源；

所述温度传感器和烟雾传感器实时采集被采集区域的温度及烟雾浓度；数据处理单元对采集到的温度及烟雾浓度数据进行分析，判断是否异常，当判定数据异常时，通过通信单元以无线网络方式将异常数据及节点编号沿着传感器节点进行传输；

所述电源采用电池供电方式。

进一步，所述监控中心通过无线网络与发射车通信。

进一步，所述发射车包括车控计算机、发射装置和底盘；

所述车控计算机用于计算火源与发射车距离，判断是否在有效射程内；当在有效射程内后，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，调整射击方向；并根据火源周边情况进行灭火剂喷洒参数计算，将灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；

所述发射装置用于发射灭火弹。

进一步，所述灭火弹包括弹上控制装置、有效载荷段和灭火剂；灭火弹由发射装置发射至火灾上空后，所述弹上控制装置根据灭火剂喷洒参数控制有效载荷段动作将灭火剂以喷洒的形式释放。

本发明还提供了一种森林火灾快速预警及远程扑救方法，包括如下步骤：

步骤1、传感器节点采集被预警区域的温度及烟雾浓度，判断是否存在异常，当存在异常时，将异常数据及节点编号发送至监控中心；

所述传感器节点密集铺设在被预警区域，通过自组织方式构成网络；

步骤2、监控中心接收到异常数据及节点编号后，根据异常数据进行火情评估，当评估结果为有火情时，通过无线网络向发射车发出火情警报信号，将火源位置及火源周边情况一并发送至发射车；

步骤3、发射车接收到警报后，行驶到有效射程，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，控制发射装置调转；并根据火源周边情况进行灭火剂喷洒参数计算，将计算得到的灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；通过点火电缆输出点火电流，连续发射灭火弹；

步骤4、灭火弹发射至火灾上空后，根据灭火剂喷洒参数控制灭火剂以喷洒形式释放。

进一步，所述步骤1具体包括：

步骤101、传感器节点通过温度传感器和烟雾浓度传感器实时采集被预警区域温度及烟雾浓度；

步骤102、数据处理单元对传感器节点采集到的数据进行分析，当判定数据异常时，数据处理单元通过通信单元将异常数据及节点编号沿着其他传感器节点进行传输；

步骤103、数据在传输过程中被多个节点处理，经过多跳后路由到中继站，中继站通过移动通信网络将预警数据送达监控中心。

进一步，所述步骤3具体包括：

步骤301、发射车接收到监控中心发送的警报信息后，由驾驶员启动车辆，通过车控计算机计算火源与发射车距离，若距离不在有效距离内，驾驶员驾驶车辆靠近火源，直至行驶至有效射程内；

步骤302、发射车到达有效射程内后，车辆展开，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，通过车控计算机控制发射装置调转；

步骤303、车控计算机根据火源位置周边情况，计算得到灭火剂喷洒参数，通过通信电缆，将灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；

步骤304、通过点火电缆输出点火电流，发射装置连续发射灭火弹。

进一步，所述步骤4具体包括：灭火弹通过发射装置发射后，飞行至火灾上空，弹上控制装置根据车控计算机装订的灭火剂喷洒参数，控制有效载荷段动作，将灭火剂以喷洒的形式释放。

本发明有益效果如下：

通过预先铺设的传感器节点对火情信息进行实时预警，监测到火情信息后，监控中心将火情位置信息及火情周围环境信息发送至发射车，发射车解算射击诸元，并给灭火弹装订灭火剂喷洒参数，发射车远程连续发射灭火弹，灭火弹喷洒灭火剂，对火灾进行压制。通过低能耗传感器节点预警火情信息，传感器节点通过无线的方式进行自组织通信，当某一个或几个节点故障时，不影响系统功能。传感器节点功能简单，成本低廉，当传感器节点电量耗光后，重新布置新节点，不需要进行维护。系统通过无线网络进行通信，不受环境影响，在阴雨雷电及风速较大等恶劣条件下仍能够正常使用，环境适应性好。通过连续发射灭火弹的方式，远程对火情进行压制，响应快，效率高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明森林火灾预警及远程扑救系统结构示意图；

图2为本发明森林火灾预警及远程扑救方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1所示，本实施例提供了一种森林火灾快速预警及远程扑救系统，包括传感器节点、中继站、监控中心、发射车及灭火弹。

传感器节点为多个，通过自组织形式构成网络，节点之间通过无线网络进行数据交换和传输。每个传感器节点均包括温度传感器、烟雾传感器、数据处理单元、通信单元和电源。温度传感器和烟雾传感器实时采集被采集区域的温度及烟雾浓度；数据处理单元对采集到的温度及烟雾浓度数据进行分析，判断是否异常，当判定数据异常时，通过通信单元将异常数据及节点编号沿着其他传感器节点进行传输，在传输过程中预警数据被多个节点处理，经过多跳后无线路由到中继站。电源采用电池供电方式，当未采集到异常数据时，传感器节点不通过通信单元发送数据，为了节约能源消耗，只有在采集到异常信息时才发送数据。

中继站通过移动通信网络将预警数据送达监控中心。

监控中心，用于接收传感器节点发出的异常数据及节点编号，根据异常数据进行火情评估，当评估结果为有火情时，立刻通过无线网络向发射车发出火情警报信号，将火源位置及火源周边情况一并发送至发射车。

发射车包括车控计算机、发射装置和底盘。发射车接收到警报后，行驶到有效射程，车控计算机用于计算火源与发射车距离，判断是否在有效射程内；当在有效射程内后，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，控制发射装置调转；并根据火源周边情况进行灭火剂喷洒参数计算，将灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；发射装置用于发射灭火弹。

灭火弹包括弹上控制装置、有效载荷段和灭火剂。灭火弹通过发射装置发射后，飞行至火灾上空，弹上控制装置根据灭火剂喷洒参数控制有效载荷段动作将灭火剂以喷洒的形式释放。

如图2所示，本实施例提供了采用上述系统进行森林火灾快速预警及远程扑救的方法。

该方法包括如下步骤：

步骤1、传感器节点采集被预警区域的温度及烟雾浓度，判断是否存在异常，当存在异常时，将异常数据及节点编号发送至监控中心；所述传感器节点密集铺设在被预警区域，通过自组织方式构成网络。

具体地，包括以下子步骤：

步骤101、传感器节点通过温度传感器和烟雾浓度传感器实时采集被预警区域温度及烟雾浓度；

步骤102、数据处理单元对传感器节点监测到的数据进行分析，当判定数据异常时，数据处理单元通过通信单元将异常数据及节点编号通过自组织网络沿着其他传感器节点进行传输；

步骤103、数据在传输过程中被多个节点处理，经过多跳后路由到中继站，中继站通过移动通信网络将预警数据送达监控中心。

步骤2、监控中心接收到异常数据及节点编号后，根据异常数据进行火情评估，当评估结果为有火情时，通过无线网络向发射车发出火情警报信号，将火源位置及火源周边情况一并发送至发射车。

步骤3、发射车接收到警报后，行驶到有效射程，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，控制发射装置调转；并根据火源周边情况进行灭火剂喷洒参数计算，将计算得到的灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；通过点火电缆输出点火电流，连续发射灭火弹。

具体地，该步骤3包括如下子步骤：

步骤301、发射车接收到监控中心发送的警报信息后，由驾驶员启动车辆，通过车控计算机计算火源与发射车距离，若距离不在有效距离内，驾驶员驾驶车辆靠近火源，直至行驶至有效射程内；

步骤302、发射车到达有效射程内后，车辆展开，根据火源位置及车辆位置解算射击诸元，通过车控计算机控制发射装置调转；

步骤303、车控计算机根据火源位置周边情况，计算得到灭火剂喷洒参数，通过通信电缆，将灭火剂喷洒参数装订至灭火弹；

步骤304、通过点火电缆输出点火电流，发射装置连续发射灭火弹。

步骤4、灭火弹发射至火灾上空后，根据灭火剂喷洒参数控制灭火剂以喷洒形式释放。

具体地，步骤4中，灭火弹通过发射装置发射后，飞行至火灾上空，弹上控制装置根据车控计算机装订的灭火剂喷洒参数，控制有效载荷段动作，将灭火剂以喷洒的形式释放。

本发明通过预先铺设的传感器节点对火情信息进行实时预警，监测到火情信息后，监控中心将火情位置信息及火情周围环境信息发送至发射车，发射车解算射击诸元，并给灭火弹装订灭火剂喷洒参数，发射车远程连续发射灭火弹，灭火弹喷洒灭火剂，对火灾进行压制。通过低能耗传感器节点预警火情信息，传感器节点通过无线的方式进行自组织通信，当某一个或几个节点故障时，不影响系统功能。传感器节点功能简单，成本低廉，当传感器节点电量耗光后，重新布置新节点，不需要进行维护。系统通过无线网络进行通信，不受环境影响，在阴雨雷电及风速较大等恶劣条件下仍能够正常使用，环境适应性好。通过连续发射灭火弹的方式，远程对火情进行压制，响应快，效率高。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。