森林火灾地空一体监控预警系统及预警方法与流程

本发明涉及监控预警系统技术领域，具体讲是森林火灾地空一体监控预警系统及预警方法。

背景技术：

森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，最具有毁灭性的后果，森林火灾不但烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的繁殖能力，引起土壤的贫瘠并破坏森林涵养水源，甚至会导致生态环境失去平衡，给农林生产带来难以恢复的创伤；我国目前全国森林林业用地面积26329.5万公顷，森林面积15894.1万公顷，全国森林覆盖率为16.55％；活立木总蓄积量124.9亿立方米，森林蓄积量112.7亿立方米，除台湾省外，全国人工林面积4666.7万公顷，人工林蓄积10.1亿立方米，这一庞大的数据给我们对森林防火的任务带来了极大的挑战。

而目前我国缺少有效的对于大面积森林的防火灾预警系统，从而导致处理不及时带来的严重后果，传统的火灾监控手段无法满足大面积覆盖森林使用，不仅无法进行全方位覆盖，对于死角位置无法进行有效监控，且缺乏有效的技术手段对潜在的小火苗和烟雾进行快速分析和预警，进而影响后续救援效率，从而导致损失更大。

技术实现要素：

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供森林火灾地空一体监控预警系统及预警方法，能够有效针对森林的覆盖面进行全方位覆盖监控，尤其是对于死角位置能够进行有效的监控，同时能够有效对潜在的小火苗和烟雾进行快速分析和预警并进行报警，从而提高救援速度和效率。

本发明是这样实现的，构造森林火灾地空一体监控预警系统，包括陆基监控系统、陆基监控系统由基站塔、基站室、安装架、集成塔和气象雷达构成，其中基站塔和安装架安装于基站室顶部，气象雷达安装于安装架顶部的中心位置，集成塔呈环状分布安装于气象雷达的侧面；

空中监控系统、空中监控系统由预灾无人机、无人机服务站、热成像仪构成，其中热成像仪吊挂安装于预灾无人机底部；

固定监控系统、主要包括多个探测器；

分析终端、报警电话及防灾指挥终端，防灾指挥终端将陆基监控系统、空中监控系统和固定监控系统发出的信号进行接收，并通过无线电发送至分析终端，报警电话通过防灾指挥终端发出的指令进行驱动。

进一步的，集成塔呈圆拱状，且在其侧面安装有矩阵式分布的光学气体成像仪和红外火焰探测器。

进一步的，探测器集成有高透镜红外火焰探测器和烟雾探测器。

进一步的，热成像仪通过预灾无人机内部的无线传输模块将采集的成像信息传输至防灾指挥终端。

构造森林火灾地空一体监控预警系统的预警方法，包括如下步骤：

s1、将探测器以基站塔为中心进行放射状的轨迹以及一些监测死角、森林恶劣位置进行安装，同时探测器内置有定位模块，并采用外部光伏系统供电，使其组成的探测器矩阵网所能够探测的范围为第一监控区，并将实时监测信息通过无线传输模块传输至防灾指挥终端；

s2、以空中监控系统中预灾无人机的极限活动距离为半径，将无人机放飞，其活动面积减去第一监控区面积得到的范围为第二监控区，并通过无人机底部安装的热成像仪将成像画面通过无线传输模块传输至防灾指挥终端；

s3、以气象雷达发射的电磁波可对林间上升的高温气流进行快速探测，同时集成塔上安装有矩阵式分布的高倍透镜光学气体成像仪和红外火焰探测器，即陆基控制系统的探测范围为较远的第三监控区，集成塔上采集的光学信号、气象雷达捕获的雷达信号通过无线传输模块传输至防灾指挥终端；

s4、防灾指挥终端将第一监控区、第二监控区和第三监控区采集的信号进行处理，如果存在火势威胁则驱动报警电话进行报警，同时分析终端会对火势的大小、走向结合天气和地形进行分析，最后制定后续火灾防控计划。

进一步的，第一监控区、第二监控区和第三监控区可进行分段执行。

进一步的，预灾无人机和探测器中内置的定位模块将所处的坐标显示于防灾指挥终端。

本发明具有如下优点，具体体现为：

优点1：探测器可分散安装于基站塔的周围，用来代替人力巡检，从而有效缩减人工成本，此外探测器能够实现全天候、无死角监控。热成像仪通过预灾无人机内部的无线传输模块将采集的成像信息传输至防灾指挥终端，防灾指挥终端为常设单位，能够分别将收集的信息统筹，从而便于后续消防计划的制定，此外防灾指挥终端经过判断后第一时间将报警电话进行驱动，并将可能存在火势的坐标一起提交，从而大大提高了出警效率，而且形成了地空一体立体式有效的监控预警效果。

优点2：集成塔在特定的基站塔高度以圆周扩散式进行探测，其搭载的光学气体成像仪和红外火焰探测器均为高倍透镜并且为矩阵式分布，从而使监控效率和预警效率大大提高，防灾指挥终端将各监控区采集的信号进行处理，如果存在火势威胁则驱动报警电话进行报警，同时分析终端会对火势的成因、大小、走向结合天气和地形进行分析，最后帮助防灾指挥终端制定后续火灾防控计划，以提高下次防控重点方向。

优点3：各监控区可进行分段执行，可有效针对我国的森林覆盖面积进行安装和配套，大范围的园林可进行全监控区安装，也可通过多个系统之间也可进行覆盖，小范围的森林面积则通过第一监控区和第二监控区的有效监控范围进行选用安装，从而有效降低了造价成本，也符合我国森林监测的基本国情。

附图说明

图1是本发明森林火灾地空一体监控预警系统的整体示意图；

图2是本发明预灾无人机的结构示意图；

图3是本发明集成塔的结构示意图；

图4是本发明预警方法的演示图；

图例说明格式：陆基监控系统10、基站塔101、基站室102、安装架103、集成塔104、气象雷达105、空中监控系统20、预灾无人机201、无人机服务站202、热成像仪203、固定监控系统30、探测器301、分析终端4、报警电话5、防灾指挥终端6。

具体实施方式

下面将结合附说明书附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”“上、下、左、右”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

本发明通过改进在此提供森林火灾地空一体监控预警系统，如说明书附图1-3所示，可以按照如下方式予以实施；

包括陆基监控系统10、陆基监控系统10由基站塔101、基站室102、安装架103、集成塔104和气象雷达105构成，其中基站塔101和安装架103安装于基站室102顶部，气象雷达105安装于安装架103顶部的中心位置，集成塔104呈环状分布安装于气象雷达105的侧面；

空中监控系统20、空中监控系统20由预灾无人机201、无人机服务站202、热成像仪203构成，其中热成像仪203吊挂安装于预灾无人机201底部；

固定监控系统30、主要包括多个探测器301；

分析终端4、报警电话5及防灾指挥终端6，防灾指挥终端6将陆基监控系统10、空中监控系统20和固定监控系统30发出的信号进行接收，并通过无线电发送至分析终端4，报警电话5通过防灾指挥终端6发出的指令进行驱动。

更具体而言，集成塔104呈圆拱状，且在其侧面安装有矩阵式分布的光学气体成像仪和红外火焰探测器，通过设置的集成塔104在特定的基站塔101高度以圆周扩散式进行探测，科学研究发现，森林火灾的燃烧条件与供氧条件、时间情况有关，火灾烟气中含有燃烧和热分解所生成的气体如一氧化碳、二氧化碳、氯化氢、硫化氢、氰化氢、乙醛、苯、甲苯、光气、氯气、氨、丙醛等、悬浮在空气中的液态颗粒蒸气冷凝而成的均匀分散的焦油类粒子和高沸点物质的凝缩液滴等和固态颗粒燃料充分燃烧后残留下来的灰烬和碳黑固体粒子，特别是在火灾刚开始的初级阶段，这些高热气体和水蒸气产生的温度经过光学气体成像仪进行采集和捕捉；此外在火灾开始时产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见或不可见的光辐射，红外火焰探测器，则通过采集物质燃烧时光辐射波长进行识别分析进而达到识别的目的，更重要的是，光学气体成像仪和红外火焰探测器均为高倍透镜并且为矩阵式分布，从而使监控效率和预警效率大大提高。

更具体而言，探测器301集成有高透镜红外火焰探测器和烟雾探测器，探测器301中的高透镜红外火焰探测器和烟雾探测器进入第二监控区中执行监控预警任务时，能够有效对所属区域的森林进行烟雾识别和明火分析，由于预灾无人机201的活动范围大，有效取代了人力巡检或有限距离的所能监控的范围。

更具体而言，热成像仪203通过预灾无人机201内部的无线传输模块将采集的成像信息传输至防灾指挥终端6，防灾指挥终端6为常设单位，能够分别将收集的信息统筹，从而便于后续消防计划的制定，此外防灾指挥终端6经过判断后第一时间将报警电话5进行驱动，并将可能存在火势的坐标一起提交，从而大大提高了出警效率。

实施例二：

森林火灾地空一体监控预警系统的预警方法，包括如下步骤：

s1、将探测器301以基站塔101为中心进行放射状的轨迹以及一些监测死角、森林恶劣位置进行安装，同时探测器301内置有定位模块，并采用外部光伏系统供电，使其组成的探测器301能够探测的范围为第一监控区，并将实时监测信息通过无线传输模块传输至防灾指挥终端6；探测器301还可以安装于每个区域覆盖不到的地方，可将其分散安装于基站塔101的周围，用来代替人力巡检，从而有效缩减人工成本，此外探测器301能够实现全天候、无死角监控。

s2、以空中监控系统20中预灾无人机201的极限活动距离为半径，将无人机放飞，其活动面积减去第一监控区面积得到的范围为第二监控区，并通过无人机底部安装的热成像仪203将成像画面通过无线传输模块传输至防灾指挥终端6；预灾无人机201通过无人机服务站202进行维护和充电，同时热成像仪203，预灾无人机201本身还安装有摄像机和传输模块，以无人机服务站202为中心，让预灾无人机201进行活动以实现进一步的全覆盖式监控。

s3、以气象雷达105发射的电磁波可对林间上升的高温气流进行快速探测，同时集成塔104上安装有矩阵式分布的高倍透镜光学气体成像仪和红外火焰探测器，即陆基控制系统的探测范围为较远的第三监控区，集成塔104上采集的光学信号、气象雷达105捕获的雷达信号通过无线传输模块传输至防灾指挥终端6；集成塔104中具有的高倍透镜光学气体成像仪和红外火焰探测器呈矩阵式形成“蝇眼”效果，使探测距离和效率大大提高，其探测有效范围为20-40km，而气象雷达105的探测距离更远，能够在100km以外，天气雷达105探测的介质为电磁波，林火产生并有一定规模的时候受高温的影响会有烟柱往空中上升，上升的气流带有浓烟、小树枝、树叶等，更重要的是会产生气流的翻滚，这会导致一些轻带到空中的小东西和翻滚的气流都会对雷达的电磁波产生反射，这样一来信号室102根据雷达的反射信息进行分析，从而达到对大范围林火预警的作用；这样一来，陆基监控系统10、空中监控系统20和固定监控系统30便能够组成有效的地空一体的立体式监控预警。

s4、防灾指挥终端6将第一监控区、第二监控区和第三监控区采集的信号进行处理，如果存在火势威胁则驱动报警电话5进行报警，同时分析终端4会对火势的成因、大小、走向结合天气和地形进行分析，最后帮助防灾指挥终端6制定后续火灾防控计划，以提高下次防控重点方向。

实施例三：

与实施例二不同的是：

如图4所示，第一监控区、第二监控区和第三监控区可进行分段执行，可有效针对我国的森林覆盖面积进行安装和配套，大范围的园林可进行全监控区安装，也可通过多个系统之间也可进行覆盖，小范围的森林面积则通过第一监控区和第二监控区的有效监控范围进行选用安装，从而有效降低了造价成本。

综上所述；本发明所述森林火灾地空一体监控预警系统及预警方法，与现有森林火灾监控预警系统及预警方法相比，能够有效针对森林的覆盖面进行全方位覆盖监控，尤其是对于死角位置能够进行有效的监控，同时能够有效对潜在的小火苗和烟雾进行快速分析和预警并进行报警，从而提高救援速度和效率

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。