一种基于物联网的森林防火报警装置管理系统与方法

本发明涉及森林防火领域，具体表现为一种基于物联网的森林防火报警装置管理系统与方法。

背景技术：

1、物联网是指通过各种装置与技术，实时采集需要监控、连接和互动的物体或者过程，采集各种信息，通过网络接入，实现泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，物联网是一个基于互联网和电信网的信息承载体，连接所有能被独立寻址的普通物理对象，形成互联互通的网络。

2、森林起火事件频繁发生，通常燃烧规模大，燃烧时间长，易造成大量的财产和人员伤亡，为预防事故的发生，现有的报警装置通过监测森林的烟雾和温度，或者采集森林的图像，来分析森林中是否有燃烧火焰，第一时间发出警报；现有报警装置能够检测森林火灾的发生，但是装置失效情况多，信号传输易被干扰，导致火灾扑救错过最佳时间。

3、现提出一种基于物联网的森林防火报警装置管理系统和方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于物联网的森林防火报警装置管理系统和方法，来解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的森林防火报警装置管理系统和方法，其特征在于：该报警装置管理系统包括区域管理模块、装置管理模块和报警管理模块；

3、所述区域管理模块用于定位当前区域，结合区域特征，结合历史火情、气温和环境情况，进行报警装置的安装和排布；

4、使得报警器按照区域特征分类别安装，对不同情况下的第一火灾威胁针对性监测报警，对火灾高发区域严密监管；

5、所述装置管理模块用于对安装运行的报警装置进行管理，对每个装置的装置信息、运行状态和故障处理进行管理；

6、使得实时获得报警装置的运行状况，对故障异常报警装置进行报修检查，避免因为报警装置异常导致的火情未能及时发现；

7、所述报警管理模块用于对发出报警信号的装置进行管理，捕捉警报信号，传输现场信息，并结合其他报警器，结合火情信息，给出火情预测，加强信号传输；

8、使得警报信息被实时传输，及时到达消防人员，捕捉火场信息，计算火势蔓延速度和方向，利于消防人员展开扑救，实时追踪火情现场情况；通过周边警报装置传递信号，加强信号传输，避免浓烟等引起的信号传输失败；

9、根据上述技术方案，所述区域管理模块包括位置单元、森林信息单元、历史信息单元和综合单元；

10、所述位置单元用来精准定位当前森林区域的经纬度，海拔高度和地况地貌；

11、所述森林信息单元用来记录当前森林区域内树木的种类，所在位置和数量，当前所在森林区域的气温、湿度、天气状况、风力风向和降水量；

12、所述历史信息单元记录了当前森林区域的历史火情情况和历史天气情况；

13、所述综合单元综合了所有区域信息来进行报警装置的排布和优化；

14、根据上述技术方案，所述装置管理模块包括装置信息单元、装置运行单元和装置检修单元；

15、所述装置信息单元用来管理当前装置的相关信息，包括装置id、装置型号和装置位置；

16、所述装置运行单元用来管理装置的运行情况，包括装置对森林区域温度、湿度、风向和热成像图的捕捉，实现基于物联网的实时传输；

17、所述装置检修单元用来对异常损坏的装置进行上报检修管理；

18、根据上述技术方案，所述报警管理模块包括警报单元、信号加强单元和火情信息单元；

19、所述警报单元用于传输报警信号，与消防系统直连，实现警报的最快传输；

20、所述信号加强单元利用发出报警信号周围的报警装置来实现信号的加强，避免因为火灾现场浓烟造成的信号传输失败；

21、所述火情信息单元用于上传火灾现场的位置，环境，火焰燃烧趋势和预计燃烧范围信息，做出火灾扑救预案，利于消防人员展开扑救；

22、一种基于物联网的森林防火报警装置管理方法，该方法包括以下步骤：

23、s1、利用区域管理模块管理森林区域信息，根据实地情况排布报警装置；

24、s2、利用装置管理模块管理现有报警装置，监测运行状态，故障报修；

25、s3、利用警报单元和信号加强单元管理警情，加强信号强度，传输报警信息：

26、s4、利用火情信息单元获取火灾现场情报，做出救灾预案，实时追踪火情现场；

27、根据上述技术方案，在s1中，所述区域管理模块用于定位当前森林区域，收集地理位置和信息，排布报警装置；在位置单元中，使用gps定位系统获取当前森林区域的经纬度，精度达到小数点后5位，获取海拔高度和地况地貌信息；在森林信息单元中，通过航拍图像或遥感图像，获取森林区域内树木的种类、位置和数量信息，这种方法避免使用了人工巡查，提高了信息收集的速度和精度，通过天气系统获取当前所在森林区域的气温、湿度、天气状况、风力风向和降水量；在历史信息单元中，查找存储历史火情数据和一年内不同季节的天气状况；在综合单元中，综合所有信息，进行报警装置的排布和优化，在生产活动和观光旅游频繁的森林区域，设置语音报警装置，在历史火灾高发区域和阳光直射区域，设置温度报警器和湿度报警器，在易燃植被多的区域，安装红外传感报警器，监测异常，捕捉高温着火点。

28、根据上述技术方案，在s2中，所述装置管理模块用于对安装运行的报警装置进行管理，监管每个装置的运行情况，对故障装置进行报修；在装置信息单元中，每个报警装置有唯一的装置id，根据每个装置的id，可以得到装置的种类、型号和位置信息；在装置运行单元中，管理装置的运行情况，基于物联网的万物互联，实时传输功能，装置实时收集森林区域内温度、湿度和风向信息，并实时传输到系统，红外传感报警器实时捕捉热量，生成热成像图并上传；在装置检修单元中，监管异常装置，监测装置的实时信息流，每隔n秒进行一次连接建立的确认，步骤如下：

29、s201：报警装置ci将标志位syn置为1，装置位置为i，随机赋值seq，使得seq＝j，将该数据包发送给系统s，装置进入发送状态，等待系统s确认；

30、s202：系统s收到数据包后遍览，通过标志位syn＝1和装置位i，得知装置ci请求建立连接，系统s将标志位syn置为1，ack置为1，ack置为j+1,随机赋值seq＝k，将该数据包发送给ci，确认连接请求，系统s进入接收状态；

31、s203：报警装置ci收到确认后，检查ack是否为j+1,ack是否为1，正确则将标志位ack置为1，ack＝k+1，并将该数据包发送给系统s，系统s检查ack是否为k+1，ack是否为1，全部正确则表明连接建立成功，系统s和报警装置ci进入完成状态；

32、对于连接建立成功的报警装置，确认为正常状态，对一次连接失败的报警装置进行重连尝试，第二次仍然失败则将其上报检修。

33、根据上述技术方案，在s3中，警报单元用于实现无干扰传输，通过专有的信号频道，与消防系统直连，实现信号的独占，保证警报信息不被干扰，实现警报信息最快传输；在火灾现场浓烟情况下，信号传输受到影响，传输效果不佳，影响信息的传递，本方法旨在通过信号加强单元来加强火场内报警设备的信号传输，将有效信息传达，使用mdc1200信令来传输信号，mdc1200信令是高速数字信令集，有极强的检错纠错功能，在信号收到严重干扰时仍然能工作，通讯半径通常为十几至及时公里，现将每台报警设备作为中继台，自火灾现场的设备ci信号传输断续时，邻近报警设备cj自动接收传输信号，在信号传输过程中，ci传向系统s信号因为火灾现场烟雾影响，信号出现丢失，邻近设备cj接收ci传输信号，在传输数据包中，前置n位关键码sky，编码当前设备、时间和信息序号，定位每个信息编码，数据报格式为n位sky关键码和m位信息码，在ci进行传输时，进行短数据报传输，每次只传输含一个关键码sky的信息，每次传输n+m位的短数据报，向最近设备cj和系统s同时发出短数据报，若火势蔓延至cj所在区域，信号传输断续，则cj向火灾外邻近警报设备ck传输，所有报警设备将接收到的信息上传至系统s，系统比较关键sky码，即可捕获其他设备接收到的但系统s为接收到的信息，获取报警设备传输的所有信息；

34、根据上述技术方案，在s4中，基于短数据报传输机制，火灾现场及周围的信息得到了有效传输，现预测火情的蔓延方向和速度，判断火情扑灭所需的时间，引入rothermel火灾蔓延模型，其中林火蔓延速度其中ir为火焰反应强度，δ为林火蔓延率，α1为风速修正系数，α2为坡度修正系数，ρ为可燃物的密度，μ为有效热系数，γi为点燃单位质量的可燃物所需的热量，α1和α2为常参数，通过历史火情燃烧数据得到，通过该模型可以预测蔓延的速度，通过风向预测蔓延的方向，判断扑灭火情所需的时间，构建防火带。

35、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

36、1、本发明优化了报警装置的排布方式和位置，使得报警设备针对性捕捉第一起火原因，同时本发明优化了对报警装置的管理，实现了对报警装置实时监控，保证了报警装置的正常运行。

37、2、本发明优化了警报信号传输机制，实现了警报信号的稳定快速传输，避免了因为地域火情原因导致的信息传输失败。

38、3、本发明引入了林火蔓延速度模型，根据实时数据，可以得到火灾蔓延速度，给消防人员提供了扑救情报，节省了预案时间。