基于ZigBee的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

摘要：為了監(jiān)測(cè)森林火險(xiǎn)因于和著火點(diǎn)，并及時(shí)預(yù)防和消滅火災(zāi)，提出了基于ZigBee的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由信息采集、無(wú)線(xiàn)收發(fā)、火災(zāi)監(jiān)控功能模塊組成。系統(tǒng)采用煙霧傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)力傳感器采集各林區(qū)的環(huán)境參數(shù)信息，基于JN5139無(wú)線(xiàn)微控制器實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信功能，并對(duì)傳感器采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，監(jiān)控中心根據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)、火情監(jiān)測(cè)、應(yīng)急預(yù)案功能。基于ZigBee的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)林區(qū)環(huán)境參數(shù)信息，從而及時(shí)地預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生或高效地實(shí)施火災(zāi)救援工作。
關(guān)鍵詞：Zigbee；森林火災(zāi)；傳感器；JN513

森林是林木、伴生植物、動(dòng)物及其與環(huán)境的綜合體。它是地球上的凈化庫(kù)、基因庫(kù)、碳貯庫(kù)、蓄水庫(kù)和能源庫(kù)，對(duì)維系整個(gè)地球的生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的資源和環(huán)境，具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)三大效益。但是由于異常自然或非法人為因素，森林會(huì)發(fā)生一些火災(zāi)，森林火災(zāi)是一種突發(fā)性強(qiáng)，破壞性大，處置救助較為困難的自然災(zāi)害，如果森林發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)對(duì)林木、生命財(cái)產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)造成嚴(yán)重的危害。森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)是森林防火的重要基礎(chǔ)。目前，我國(guó)森林防火主要采用人工巡邏的方式，由于森林面積大，及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火源存在一定的難度。
針對(duì)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的重要性和不足之處，本文提出基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集林區(qū)的相關(guān)環(huán)境參數(shù)，為相關(guān)部門(mén)預(yù)警和滅火提供重要的決策依據(jù)。

1 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中，林中空氣的溫度和濕度會(huì)影響可燃物物理性質(zhì)，它們是森林火險(xiǎn)變化的重要指標(biāo)，是火災(zāi)監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)。當(dāng)有林火發(fā)生時(shí)，林中的煙霧濃度和風(fēng)向是火災(zāi)蔓延的重要因素。因此，溫度、濕度、風(fēng)向與風(fēng)速、煙霧濃度是森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)，森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集森林中各個(gè)位置的這些環(huán)境參數(shù)，并將這些參數(shù)值傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行處理，就可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)易發(fā)或已發(fā)區(qū)域，從而及時(shí)地消滅火災(zāi)。森林是一個(gè)高密度樹(shù)木區(qū)域，樹(shù)木的分布具有距離短、面積廣、隨機(jī)的特性，本文提出采用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控。ZigBee是一種低成本，低功耗、近距離、低復(fù)雜度、自組織的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有的有線(xiàn)系統(tǒng)相比，ZigBee無(wú)線(xiàn)解決方案的優(yōu)勢(shì)在于靈活的安裝布置、低廉的安裝費(fèi)用、耗能低、可靠性高，因此基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于森林火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
1．1 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，需要進(jìn)行信息采集、處理、傳輸，控制結(jié)果輸出執(zhí)行等操作。傳感器節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的基本要素，具有信息采集、信息處理和無(wú)線(xiàn)通信功能，它們既是數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌l(fā)起者，也是數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)者。傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)、密集地布設(shè)在森林中，各林區(qū)的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織成簇，傳感器節(jié)點(diǎn)為簇成員，負(fù)責(zé)林區(qū)環(huán)境信息的采集。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)采集簇內(nèi)信息采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)融合，然后傳送給匯聚點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)以多跳的方式與各簇首節(jié)點(diǎn)通信，收集各林區(qū)環(huán)境信息，將數(shù)據(jù)送到控制中心，控制中心進(jìn)行綜合處理，監(jiān)測(cè)各林區(qū)火險(xiǎn)情況。森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。