本发明涉及一种森林火情实时监测及灭火装置，属于森林火情监测、灭火设备技术领域。
背景技术：
森林是最重要的自然资源之一，一直以来森林就有“地球之肺”的称誉，可见森林资源对整个地球的生态有着不可替代的作用。但是由于人类活动的破坏，我国森林资源正在急剧减少，保护现有的森林资源已经迫在眉睫。随着环保的理念深入人心，目前对森林最大的威胁非属森林火灾。无论是人为起火还是自然起火，其范围广、火势大的特点给救火工作造成极大难度，所以发生森林火灾的所造成的损失往往是无法估量的。究其大多数森林火灾的起火过程，通常可用“星星之火可以燎原”来概括，森林期货初期基本是由一个很小的起火点开始，由于没有得到及时处理，火势不断蔓延，就造成了大面积的起火。虽然林区都有专门的护林员看管，但还是做不到及时发现并处理起火点。因此，设计一种能够代替护林员实时监测林区火情并及时处理起火点的设备显得尤为必要，这对保护森林资源乃至减轻林区监管的压力和成本都有极其重要的意义。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：由氦气球、火情监测装置、灭火装置、无线通讯装置、载物台、拉绳、滑动车、悬空轨道、供电设备和控制系统组成一种森林火情实时监测装置，通过氦气球将装有火情监测装置、灭火装置、无线通讯装置的载物台升到空中，拉绳、滑动小车和悬空轨道控制氦气球的移动，各种监测装置在氦气球的带动下在林区上空展开监测，火情监测装置监测特定林区内的火情，灭火装置对起火点进行初步处理，无线通讯装置将监测到的火情与实时影像资料上传至PC云端，使管理人员能够实时掌握林区各方面的情况。该装置为森林监管提供有效措施，能够减轻林区监管的压力与成本。
本发明采用的技术方案是：一种森林火情实时监测及灭火装置，其特征在于包括氦气球、载物台、监测端供电设备、摄像头、火情监测装置、灭火装置、无线通讯装置、单片机、拉绳、滑动小车、悬空轨道、地面供电设备；氦气球通过绳索与载物台连接；空中供电设备、摄像头、火情监测装置、灭火装置、监测端无线通讯装置、监测端单片机均固定于载物台上；摄像头、火情监测装置、灭火装置、监测端无线通讯装置与监测端供电设备连接；监测端供电设备、摄像头、火情监测装置、灭火装置、监测端无线通讯装置与监测端单片机连接；氦气球通过拉绳与滑动小车连接；滑动小车与地面供电设备连接；氦气球使安装有监测端供电设备、摄像头、火情监测装置、灭火装置的载物台悬在特定林区范围的上空；火情监测装置和摄像头对林区内的情况进行实时监测，并将实时监测结果通过监测端无线通讯装置传输至PC云端；监测过程中地面端单片机控制位于悬空导轨上的各个滑动小车的运动和小车上的拉绳收放器对拉绳的收放控制氦气球移动，从而带着各种监测装置在固定的运动轨迹上对林区进行监测；如果监测到有火情，监测装置立即将火势大小和起火点位置反馈给监测端单片机和监测端无线通讯装置，监测端无线通讯装置将信息传输给PC云端，系统根据起火点位置控制悬空导轨上的各个滑动小车运动和拉绳的收放情况，使氦气球到达起火点的正上空，之后监测端单片机控制灭火装置对起火点的火势进行初步处理，达到抑制火势蔓延的效果，PC云端接收到火情信息后，管理人员随即到达起火点进行进一步的灭火工作。
进一步的，有虫害监测装置安装于载物台的上端面，虫害监测装置为现有装置，采用微型托普害虫实时监测装置，该种监测装置由远程拍照式虫情测报灯、拍照式孢子捕捉仪、视频监控系统等组成，能够自动完成虫情信息、病菌包子的图像及信息数据采集，并将数据自动上传至PC 云端服务器，便于管理者掌握林区的虫害情况，其工作时所需的电能由监测端供电设备提供。
进一步的，氦气球和载物台共同将各种监测装置带到被监测林区的上空；氦气球采用防晒、防水料制成，载物台采用PVC硬质塑料板，该种塑料板具有耐腐蚀性、硬度大、强度高、防紫外线，轻质的优良特性，能够满足恶劣环境中的使用要求，载物台的形状为圆形，其大小根据实际需要而定；氦气球和载物台之间由若干根超高分子量聚乙烯纤维绳连接。
进一步的，滑动小车、拉绳和悬空轨道共同控制氦气球移动；滑动小车由现有装置拉绳收放器、现有装置电动钢索滑轮和刹车杆构成，拉绳收放器由一个电机驱动，刹车杆和电动钢索滑轮共用一个电机，刹车杆是一根螺纹杆，安装于钢缆下方，及电动钢索滑轮和刹车杆把钢缆夹在中间，当小车需要减速或者需要停留在特定点保持氦气球不动时，小车上的单片机控制电机通过齿轮使螺纹杆旋转，刹车杆旋转后缩短安装刹车杆的两片钢片之间的距离，使钢片、滑轮和刹车杆共同锁住钢索，从而使滑动小车减速或者停止移动；地面端无线通讯装置和地面端单片机均安装于滑动小车上；悬空轨道由立柱和和钢缆轨道构成；立柱采用空心钢质立柱，固定于人为划定的林区边界上，架设高度保证林木不影响氦气球移动，其安装间距能保证钢缆的稳定；钢缆轨道架设在立柱上，由一根钢缆构成单轨式轨道；每个滑动小车上方安装拉绳收放器，滑动小车的数量根据林区边界形状而定，以林区边界近似矩形为例，悬空轨道架设为矩形形状，矩形轨道的每条边各安装一辆滑动小车，每辆滑动小车的运动范围固定，以至于各个滑动小车运动时互不冲突；拉绳采用超高分子量聚乙烯纤维绳；拉绳一端固定于氦气球上，一端固定于拉绳收放器上；监测过程中地面端单片机按照预先设定好的氦气球移动轨迹控制各个滑动小车的运动轨迹和拉绳收放器对拉绳的收放情况实现氦气球按照预定的运动轨迹带着监测装置对林区进行实时监测。
进一步的，火情监测装置安装于载物台的上端面，由现有装置红外热成像仪和现有装置烟雾监测器组成，通过对热量和烟雾的监测实现对火情的监测；在氦气球的带动下，摄像头和火情监测装置在林区上空进行不间断监测，实时监测结果通过监测端无线通讯装置传输至PC云端；摄像头采用可测距、可识别特定物体和可360度旋转的高清摄像头，安装于载物台下端面，其作用是为PC端提供林区实时视频资料和锁定起火点位置。
进一步的，无线通讯装置为现有装置，分为监测端无线通讯装置和地面端无线通讯装置；监测端无线通讯装置安装于载物台上端面，负责接收火情监测装置和摄像头的实时监测结果，一方面将监测数据传输到PC云端进行数据交流，一方面接收PC云端传输过来的天气等方面信息，同时与地面端无线通讯装置交换滑动小车的位置信息；当有火情时，监测端单片机结合监测端无线通讯装置反馈的滑动小车的位置和起火点位置计算出各个小车的运动轨迹和拉绳收放器收放拉绳情况，再通过无线通讯装置将计算结果传输到地面端单片机上，地面端单片机控制电机工作实现滑动小车运动和拉绳的收放，从而使氦气球到达起火点上空；没有火情时，监测端单片机根据接收到的天气信息调整氦气球的移动速度和高度，以干燥天气为例，通过加快滑动小车的运动速度来控制氦气球的移动速度，即增大监测仪器对各个片区的监测频率；大雨大风天气时控制拉绳收放器适量收缩拉绳降低氦气球的高度，减少恶劣天气对各个设备的损伤。
进一步的，灭火装置安装于载物台的下端面的，灭火器材采用灭火弹，存放于栅格形的存储仓中，每个灭火弹存放于一个栅格，栅格顶面为载物台的下端面，每个栅格底面均是一个电控阀门，有火情发生时，监测端单片机根据火势大小控制相当个数的电控阀门打开，使原先由电控阀门支撑的灭火弹由于自身重力落入起火点进行灭火。
进一步的，监测端供电设备由太阳能电板、风力发电机和蓄电池和构成，太阳能电板和风力发电机均是现有装置，太阳能电板安装于载物台的周围，风力发电机按一定间距安装于载物台的外沿，蓄电池安装于载物台的上端面，太阳能电板、风力发电机产生的电能储存在监测端蓄电池里；地面供电设备即林区电网，滑动小车工作时所需电能由林区电网提供。
该装置的系统电路中所用单片机型号为AT89C51，为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：1、上电复位可以对内部存储器进行复位。2、同步内外的时钟信号。3、电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定。4、当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。电路中还包含时钟电路，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。
过程描述：摄像头、红外热成像仪与烟雾传感器组成火情检测系统。红外热成像仪与烟雾传感器将测得的数据传送给单片机，与火情图片信息一起经由无线通信电路传输至pc云端，使管理员及时掌握森林火情。判断火灾发生后灭火器即工作灭火。灭火器由电控阀门控制，检测到火情后单片机控制继电器闭合，进而电控阀门打开，灭火弹投放。
一种森林火情实时监测及灭火装置，其控制方法如以下步骤：
步骤1.地面端单片机按照预先设定的氦气球运动轨迹控制滑动小车的运动和拉绳收放器对拉绳的收放情况，使氦气球在林区上空按照预定轨道运动，从而带动火情监测装置、摄像头、虫害监测装置对林区进行不间断的监测；位于载物台上的太阳能板和风力发电机在过程中在适合条件下发电。
步骤2.火情监测装置和摄像头将实时监测结果反馈给单片机，再经过监测端无线通讯装置将监测数据和影像资料上传至PC云端，管理人员在室内就可掌握林区各方面情况。
步骤3.如果林区内有火情发生，火情监测装置中的红外热成像仪和烟雾检测器通过火势和烟雾来检测火情的大小，摄像头提供影像资料的同时锁定起火点的位置，火情监测装置和摄像头将各自检测到的火情信息反馈给监测端单片机。
步骤4.监测端单片机控制监测端无线通讯装置将火情信息上传至PC云端，管理人员第一时间掌握火情后采取相应措施。
步骤5.地面端单片机根据监测端单片机计算出的滑动小车运动感轨迹和拉绳收放器的收放情况控制各个滑动小车的运动和拉绳收放器对拉绳的收放，使氦气球到达起火点上空。
步骤6.氦气球到达起火点上空后，监测端单片机根据火势大小控制灭火装置向起火点投掷相当数量的灭火弹，对起火点火势进行初步处理，达到抑制火势蔓延的作用。
步骤7.管理人员收到火情信息后随即赶到起火点，对灭火装置处理过的火情进行进一步处理。
本发明的工作原理是：由氦气球、火情监测装置、灭火装置、无线通讯装置、载物台、拉绳、滑动车、悬空轨道、供电设备和控制系统组成一种森林火情实时监测装置，通过氦气球将装有火情监测装置、灭火装置、无线通讯装置的载物台升到空中，拉绳、滑动小车和悬空轨道控制氦气球的移动，各种监测装置在氦气球的带动下在林区上空展开监测，火情监测装置监测特定林区内的火情，灭火装置对起火点进行初步处理，无线通讯装置将监测到的火情与实时影像资料上传至PC云端，使管理人员能够实时掌握林区各方面的情况。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、氦气球带动各种监测装置在林区上空进行不间断的监测，能够及时发现范围内的火情；2、灭火装置的使用能够及时处理起火点，有效抑制火势的蔓延，也为救火人员争取更多的时间；3、该种装置能够代替人工监测森林火情，极大减轻了人工监测的压力，也能降低森林监管成本；4、太阳能板和风力发电机的使用实现了充分利用自然资源和节能减排；5、无线通讯装置与PC云端的信息交流，让管理人员能够实时掌握林区的各方面情况；6、虫情监测装置的使用可让管理人员实时掌握林木的虫害情况。
附图说明
图1、图2、图3和图4为该装置局部结构示意图；
图5为该装置的整体结构示意图；
图6为该装置的监测端系统电路图；
图7为该装置的地面端系统电路图；
图8为该装置的火情监测及灭火工作流程图；
图中各个标号为：1-氦气球；301-太阳能电板；302-风力发电机；4-摄像头；5-火情监测装置；6-灭火装置；801-监测端无线通讯装置；802-地面端无线通讯装置；901-监测端单片机；902-地面端单片机；10-拉绳；1101-拉绳收放器；1102-电动钢索滑轮；1103-刹车杆；12-悬空轨道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1、图2、图3、图4和图5，一种森林火情实时监测及灭火装置包括：氦气球1、载物台2、监测端供电设备3、摄像头4、火情监测装置5、灭火装置6、无线通讯装置8、单片机9、拉绳10、滑动小车11、悬空轨道12、地面供电设备13；氦气球1通过绳索与载物台2连接；空中供电设备3、摄像头4、火情监测装置5、灭火装置6、监测端无线通讯装置801、监测端单片机901均固定于载物台2上；摄像头4、火情监测装置5、灭火装置6、监测端无线通讯装置801与监测端供电设备3连接；监测端供电设备3、摄像头4、火情监测装置5、灭火装置6、监测端无线通讯装置801与监测端单片机901连接；氦气球1通过拉绳4与滑动小车11连接；滑动小车11与地面供电设备13连接；氦气球1使安装有监测端供电设备3、摄像头4、火情监测装置5、灭火装置6的载物台2悬在特定林区范围的上空；火情监测装置5和摄像头4对林区内的情况进行实时监测，并将实时监测结果通过监测端无线通讯装置802传输至PC云端；监测过程中地面端单片机902控制位于悬空导轨12上的各个滑动小车11的运动和小车上的拉绳收放器1101对拉绳10的收放控制氦气球1移动，从而带着各种监测装置在固定的运动轨迹上对林区进行监测；如果监测到有火情，监测装置立即将火势大小和起火点位置反馈给监测端单片机901和监测端无线通讯装置801，监测端无线通讯装置801将信息传输给PC云端，系统根据起火点位置控制悬空导轨12上的各个滑动小车11运动和拉绳10的收放情况，使氦气球1到达起火点的正上空，之后监测端单片机901控制灭火装置6对起火点的火势进行初步处理，达到抑制火势蔓延的效果，PC云端接收到火情信息后，管理人员随即到达起火点进行进一步的灭火工作。
有虫害监测装置7安装于载物台2的上端面，虫害监测装置7为现有装置，采用微型托普害虫实时监测装置，该种监测装置由远程拍照式虫情测报灯、拍照式孢子捕捉仪、视频监控系统等组成，能够自动完成虫情信息、病菌包子的图像及信息数据采集，并将数据自动上传至PC 云端服务器，便于管理者掌握林区的虫害情况，其工作时所需的电能由监测端供电设备3提供。
氦气球1和载物台2共同将各种监测装置带到被监测林区的上空；氦气球1采用防晒、防水料制成，载物台2采用PVC硬质塑料板，该种塑料板具有耐腐蚀性、硬度大、强度高、防紫外线，轻质的优良特性，能够满足恶劣环境中的使用要求，载物台的形状为圆形，其大小根据实际需要而定；氦气球1和载物台2之间由若干根超高分子量聚乙烯纤维绳连接。
滑动小车11、拉绳10和悬空轨道12共同控制氦气球1移动；滑动小车11由现有装置拉绳收放器1101、现有装置电动钢索滑轮1102和刹车杆1103构成，拉绳收放器1101由一个电机驱动，刹车杆1103和电动钢索滑轮1102共用一个电机，刹车杆1103是一根螺纹杆，安装于钢缆下方，及电动钢索滑轮1102和刹车杆1103把钢缆夹在中间，当小车需要减速或者需要停留在特定点保持氦气球不动时，小车上的单片机控制电机通过齿轮使螺纹杆旋转，刹车杆旋转后缩短安装刹车杆的两片钢片之间的距离，使钢片、滑轮和刹车杆共同锁住钢索，从而使滑动小车减速或者停止移动；地面端无线通讯装置802和地面端单片机902均安装于滑动小车上；悬空轨道12由立柱和和钢缆轨道构成；立柱采用空心钢质立柱，固定于人为划定的林区边界上，架设高度保证林木不影响氦气球1移动，其安装间距能保证钢缆的稳定；钢缆轨道架设在立柱上，由一根钢缆构成单轨式轨道；每个滑动小车11上方安装拉绳收放器1101，滑动小车11的数量根据林区边界形状而定，以林区边界近似矩形为例，悬空轨道架设为矩形形状，矩形轨道的每条边各安装一辆滑动小车11，每辆滑动小车的运动范围固定，以至于各个滑动小车运动时互不冲突；拉绳10采用超高分子量聚乙烯纤维绳；拉绳10一端固定于氦气球1上，一端固定于拉绳收放器1101上；监测过程中地面端单片机902按照预先设定好的氦气球移动轨迹控制各个滑动小车11的运动轨迹和拉绳收放器1101对拉绳10的收放情况实现氦气球1按照预定的运动轨迹带着监测装置对林区进行实时监测。
火情监测装置5安装于载物台2的上端面，由现有装置红外热成像仪和现有装置烟雾监测器组成，通过对热量和烟雾的监测实现对火情的监测；在氦气球1的带动下，摄像头4和火情监测装置5在林区上空进行不间断监测，实时监测结果通过监测端无线通讯装置801传输至PC云端；摄像头4采用可测距、可识别特定物体和可360度旋转的高清摄像头，安装于载物台2下端面，其作用是为PC端提供林区实时视频资料和锁定起火点位置。
无线通讯装置8为现有装置，分为监测端无线通讯装置801和地面端无线通讯装置802；监测端无线通讯装置801安装于载物台2上端面，负责接收火情监测装置5和摄像头4的实时监测结果，一方面将监测数据传输到PC云端进行数据交流，一方面接收PC云端传输过来的天气等方面信息，同时与地面端无线通讯装置802交换滑动小车11的位置信息；当有火情时，监测端单片机901结合监测端无线通讯装置801反馈的滑动小车11的位置和起火点位置计算出各个小车的运动轨迹和拉绳收放器1101收放拉绳10情况，再通过无线通讯装置将计算结果传输到地面端单片机902上，地面端单片机902控制电机工作实现滑动小车运动和拉绳的收放，从而使氦气球1到达起火点上空；没有火情时，监测端单片机901根据接收到的天气信息调整氦气球1的移动速度和高度，以干燥天气为例，通过加快滑动小车11的运动速度来控制氦气球1的移动速度，即增大监测仪器对各个片区的监测频率；大雨大风天气时控制拉绳收放器14适量收缩拉绳10降低氦气球1的高度，减少恶劣天气对各个设备的损伤。
灭火装置6安装于载物台2的下端面的，灭火器材采用灭火弹，存放于栅格形的存储仓中，每个灭火弹存放于一个栅格，栅格顶面为载物台2的下端面，每个栅格底面均是一个电控阀门，有火情发生时，监测端单片机901根据火势大小控制相当个数的电控阀门打开，使原先由电控阀门支撑的灭火弹由于自身重力落入起火点进行灭火。
监测端供电设备3由太阳能电板301、风力发电机302和蓄电池303和构成，太阳能电板301和风力发电机302均是现有装置，太阳能电板301安装于载物台2的周围，风力发电机302按一定间距安装于载物台2的外沿，蓄电池安装于载物台2的上端面，太阳能电板301、风力发电机302产生的电能储存在监测端蓄电池303里；地面供电设备13即林区电网，滑动小车11工作时所需电能由林区电网提供。
请参阅图6和图7，该装置的系统电路中所用单片机9的型号为AT89C51，为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。电路中还包含时钟电路，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。
过程描述：摄像头、红外热成像仪与烟雾传感器组成火情检测系统。红外热成像仪与烟雾传感器将测得的数据传送给单片机，与火情图片信息一起经由无线通信电路传输至pc云端，使管理员及时掌握森林火情。判断火灾发生后灭火器即工作灭火。灭火器由电控阀门控制，检测到火情后单片机控制继电器闭合，进而电控阀门打开，灭火弹投放。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。