烟雾监控和采集设备及基于该设备的无线传感网络野外烟火智能监控与预警系统的制作方法

本发明涉及无线传感器、物联网、环境监测等领域技术，具体涉及烟雾监控和采集设备及基于该设备的无线传感网络野外烟火智能监控与预警系统。

背景技术：

近年来，农业秸秆焚烧成为南阳市乃至全国严重空气污染的原因之一，带来以下四大方面的危害：焚烧秸秆时，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物3项污染指数达到高峰值，其中二氧化硫的浓度比平时高出1倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度比平时高出3倍，对人的眼睛、鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激较大，轻则造成咳嗽、胸闷、流泪，严重时可能导致支气管炎发生；秸秆焚烧形成的烟雾，造成空气能见度下降，可见范围降低，直接影响民航、铁路、高速公路的正常运营，容易引发交通事故，影响人身安全；秸秆焚烧还极易引燃周围的易燃物，导致“火烧连营”，一旦引发麦田大火，往往很难控制，造成极经济损失，尤其是在山林附近，后果更是不堪设想；同时秸秆焚烧入地三分，地表中的微生物被烧死，腐殖质、有机质被矿化，破坏田间生物系统的平衡，加重土壤板结，破坏地力，加剧干旱，农作物生长因而受到影响。

目前秸秆焚烧的防控措施有:

一、地面巡逻：各地政府依赖环保机构加强巡逻，采取“发现火再扑火”的策略。存在不足是巡逻面积小、视野狭窄、确定着火位置时误差大，在交通不便、的地方，进行地面巡护较为困难。因此虽投入了大量的人力、物力、财力，但其效果不佳，仍会出现夏秋两季秸杆焚烧空气严重污染导致的“人不能出户，高速封闭、机场停飞”现象。

二、卫星遥感：2015年年初环保部已对秸秆焚烧的防控工作进行了安排部署，其中提到“将加大卫星遥感巡查监测力度，督促各地做好秸秆焚烧污染防控工作，并将对秸秆焚烧污染防控不力的省份进行公开通报”。卫星遥感是利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测火源。但目前卫星遥感存在的不足是：

1、目前所采用的监控设备有的仅安装摄像机，需要人们对监控画面进行实时核实，浪费人力，而且很难在第一时间监控到起火点，若未出现明显的明火或烟雾，则基本无法判断是否有秸秆焚烧，有的监控设备仅通过检测温度进行检测报警，检测项目单一，而且无法实施定位，确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，使秸杆焚烧的预防和治理效果不佳的问题；

2、预警渠道较少，预警显示终端处24小时需要工作人员看守，来反馈监测报告，因此需要投入大量人力，一旦工作人员远离预警显示终端，工作人员接收到监测报告就会受到限制，就会使工作人员不能及时应反馈检测情况和结果。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明的通过提供一种基于烟雾监控和采集设备的无线传感网络野外烟火智能监控与预警系统，通过信息采集端对周围环境变化的监测、实现实时定位、获取现场的图像信息，并将获取现场的图像信息传入存储端，实现火源的定位和烟雾预警，并通过网页、手持设备、智能手机app实现焚烧火情、烟雾的可视化显示和预警，解决了现有秸杆焚烧的预防和治理效果不佳的问题，提高政府环保部门的工作效率，有效节省政府的行政开支。

本发明的目的通过以下技术方案：烟雾监控和采集设备，所述烟雾监控和采集设备包括烟雾监控和采集设备终端和支撑装置，所述烟雾监控和采集设备终端安装在所述终端支撑装置上端，所述烟雾监控和采集设备终端包括电源、第一隔断、第二隔断、第三隔断、电机、控制板、摄像头和传感器，所述第一隔断、第二隔断、第三隔断将所述烟雾监控和采集设备终端隔成上下三层，所述第一隔断上端固定摄像头壳，所述摄像头安装在所述摄像头壳内部，所述控制板和电源固定在第二隔断上，所述传感器固定在所述控制板和电源上端，所述电机固定在所述第三隔断上端，所述第一隔断与所述第二隔断通过若干支撑柱固定连接，所述第一隔断的中心与所述第二隔断的中心固定有转轴，所述电机的输出轴通过轴联器与所述转轴连接，所述电源与电机通电连接，所述电机的旋转由控制板和传感器共同控制，所述传感器的输出端与控制板的输入端连接，所述控制板输出端与电机的驱动电路的输入端连接，所述传感器向所述控制板发出驱动信号电机的驱动电路驱动电机旋转，所述第一隔断、第二隔断能够随转动的电机旋转，从而带动传感器、控制板及摄像头转动。

基于烟雾监控和采集设备的野外烟火智能监控与预警系统，包括若干分布于现场的信息采集端，所述信息采集端用于获取现场的图像信息，还包括存储端，所述存储端用于存放所述信息采集端所获得的图像信息，所述存储端被访问查看所述信息采集端采集的所述采集图像信息。

优选地，信息采集端包括若干烟雾监控和采集设备和若干通讯基站，所述烟雾监控和采集设备与分布在其周围的通讯基站通信连接，所述通讯基站与所述存储端无线通信方式对接，所述存储端包括若干服务器集群。

优选地，服务器集群包括负载均衡服务器、web服务器集群、数据存储集群、文件存储集群、所述负载均衡服务器、web服务器集群、数据存储集群、文件存储集群之间通过路由器相互连接。

优选地，所述存储端还包括烟雾预警云系统服务器和硬件部分，所述硬件部分包括智能手机客户端软件或者浏览器。

该无线传感网络的野外烟火智能监控与预警系统的有益效果：

1、提出野外秸秆焚烧监控和预防的新模式：提出一种“人控+技防”的野外秸秆焚烧监控新模式，通过信息采集端和存储端对烟雾预警及火情监测、实现实时定位和自动报警，工作人员接收到火源的定位和烟雾预警报告并及时采取措施，防患于未然，从而实现有效对野外秸秆焚烧的预防和治理，提高野外秸秆焚烧监测及预防的效率；

2、所采用的烟雾监控和采集设备结构简单紧凑，易于布置，该设备通过传感器检测到烟雾、明火等异常情况向控制板发出转动信号，并通过摄像头实现清晰图片采集，实现定位和预警，有效降低着火点的误报和漏报，实现目标的精确定位，具有推广应用的价值；

3、突出焚烧的“预防为主，预警次之”：信息采集端中烟雾监控和采集设备对烟雾、火情监测，烟雾监控和采集设备实现火源的定位，其中单个烟雾监控和采集设备能够有效监测和预警半径15米左右范围内产生的烟、火，并通过摄像头进行实时自动抓拍取证，通过通讯基站将预警信息和图像证据上传无线传输至存储端进行处理和转发，并通过监控网站、智能手机app等可视化方式将核心信息显示给值班工作人员，从而避免地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，使提高了着火点定位和烟雾预警准确率和效率；

4、系统中引入“互联网+”的概念，采用多渠道、多形式分发预警：值班工作人员可采用监控网站、智能手机app等察看图像信息，便于值班工作人员责任到位，一旦发状况，系统能够通过短信、手机app等形式告知相关的工作人员，及早发现焚烧着火点位置，尽可能的将秸秆焚烧现象遏制在初期阶段，从而有效减少烟雾产生，实施绿色环境保护；

5、提高环保部门的工作效率，有效节省政府的行政开支，同时对农业建设、农村环境综合治理、森林防火等方面提供直接参考或应用。

附图说明

图1本发明提供信息采集端和存储端的示意图；

图2本发明提供烟雾监控和采集设备设备结构示意图；

图3本发明提供服务器集群示意图；

图4本发明提供存储端示意图。

图中：1信息采集端、2存储端、3烟雾监控和采集设备、4通讯基站、5烟雾监控和采集设备终端、6电源、7第一隔断、8第二隔断、9第三隔断、10电机、11控制板、12摄像头、13传感器、14负载均衡服务器、15web服务器集群、16数据存储集群、17文件存储集群、18路由器、19手机客户端软件、20浏览器、21防火墙、22烟雾预警云系统服务器。

具体实施方式

下面结合实施例和实验例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。

烟雾监控和采集设备终端5是整个预警系统的终端数据采集设备。如图2所示，所述烟雾监控和采集设备3包括烟雾监控和采集设备终端5和支撑装置，所述烟雾监控和采集设备终端5安装在所述终端支撑装置上端，所述烟雾监控和采集设备终端5包括电源6、第一隔断7、第二隔断8、第三隔断9、电机10、控制板11、摄像头12和传感器13。

所述第一隔断7、第二隔断8、第三隔断9将所述烟雾监控和采集设备终端5隔成上下三层。所述第一隔断7上端固定摄像头壳，可采用螺钉等固定方式。所述摄像头12安装在所述摄像头壳内部。

所述控制板11和电源6固定在第二隔断8上。所述传感器13固定在所述控制板11和电源6上端，所述电机10设在所述第二隔断8与所述第三隔断9之间。所述电机10通过若干支撑柱固定在所述第三隔断9上。所述第一隔断7与所述第二隔断8通过若干支撑柱固定连接，所述第一隔断7的中心与所述第二隔断8的中心固定有转轴。所述电机10的输出轴通过轴联器与所述转轴连接，

所述传感器13包括烟雾传感器及温度传感器，探测环境中的烟雾信号及温度信号。所述烟雾监控和采集设备终端5由电源6进行能力供给。电源6与电机10通电连接。所述电机10的旋转由控制板11和传感器13共同控制。所述传感器13的输出端与控制板11的驱动输入端连接，所述控制板11驱动信号输出端与电机10的驱动电路的驱动输入端连接。所述传感器13检测到烟雾、明火、温度等异常情况向所述控制板11发出驱动信号。电机10的驱动电路驱动电机10旋转。所述第一隔断7、第二隔断8能够随转动的电机10旋转。从而带动传感器13、控制板11及摄像头12转动。

所述烟雾监控和采集设备终端5安装在所述终端支撑装置上端。支撑装置上设置有支撑台，第三隔断9固定在支撑台上表面。电源6的充电装置设置在支撑台上。支撑台上倒扣有透明的防水外罩。所述烟雾监控和采集设备终端5设置在防水外罩内部。防水外罩上设有太阳能电池板，太阳能电池板电源输出端与充电装置的充电口连接。

基于无线传感网络的野外烟火智能监控与预警系统，包括若干分布于现场的信息采集端1，所述信息采集端1用于获取现场的图像信息，还包括存储端2，所述存储端2用于存放所述信息采集端1所获得的图像信息，所述存储端2被访问查看所述信息采集端1采集的所述采集图像信。

如图1所示，所述信息采集端1包括若干烟雾监控和采集设备3和若干通讯基站4，所述烟雾监控和采集设备3与分布在其周围的通讯基站4通信连接。传感器13和摄像头12的输出端同时与通讯基站4的信号输入端连接。通过所述通讯基站4将预警信息和图像证据上传无线传输至所述存储端2进行处理和转发。所述通讯基站4与所述存储端2无线通信方式对接。所述通讯基站4将所述烟雾监控和采集设备3的监控区域内烟、火等实时情况无线传输至所述存储端2上。所述存储端2包括若干服务器集群。

所述存储端2主要功能是将野外烟、火监测与采集系统所采集的数据进行汇聚以备烟雾预警云系统进行分析和管理。它包括若干服务器集群，如图3所示，所述服务器集群包括负载均衡服务器14、web服务器集群15、数据存储集群16、文件存储集群17，所述负载均衡服务器14、web服务器集群15、数据存储集群16、文件存储集群17之间通过路由器18相互连接，所述负载均衡服务器14、web服务器集群15、数据存储集群16、文件存储集群17之间的工作协作由云端控制软件负责调度，所述烟雾预警云系统外部通过防火墙21等设备进行内部访问。

如图4所示，所述存储端2还包括烟雾预警云系统服务器22和硬件部分，所述硬件部分包括智能手机客户端软件19或者浏览器20，所述手机客户端软件19为普通pc的b/s系统和手机app客户端。

本发明并不局限于上述实施方式，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。