森林防火智能解决方案

云南省森林火灾在空间上分布很不均勾,主要集中在东部和中北部,西北部受灾较为严重,尤其是香格里拉、丽江、永胜等县

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一、需求分析

1.1气候变化以及火灾特点

近50年(60年代到2000年)云南气候温度逐年上升,变化显著,平均相对湿度下降趋势明显,降雨也有减少的趋势,这说明全省气候总体上向着暖干化的趋势发展。从60年代到2000年代,年均气温增加的速率随年代逐渐增加,西南和东部增温幅度较大,气温分别上升1.35℃、1.25℃、1.05℃;东南区、中部区增温幅度较小,气温分别上升了0.7℃、0.5℃。全省年降水有缓慢的增加趋势,但各地区降水变化不显著。近50年全省平均相对湿度整体呈显著下降趋势,下降幅度为3.45%,其中,西南部和东部下降幅度较大,下降幅度分别为5.85%、6.05%。全省平均风速年际变化波动较大,变化趋势不明显,各地区平均风速的变化呈现非同步性。东部和西北部有增加的趋势,尤其西北部地区较为明显,上升幅度为0.4m/s;其它地区有下降的趋势,其中,东南区和东北区下降显著,下降幅度分别为0.2m/s、0.4m/s。

云南省森林火灾在空间上分布很不均勾,主要集中在东部和中北部,西北部受灾较为严重,尤其是香格里拉、丽江、永胜等县,为全省的森林火灾高发区;东北部及东南部火灾较少,受灾较轻。森林火灾发生次数在空间分布上由东向西呈线性增加趋势,由北向南呈减少趋势。森林受害面积由西向东呈减弱趋势,在韩度方向上从中部地区向南北方向均呈增加趋势。

云南省森林火灾的发生具有很强的季节性规律,火灾的发生主要集中在春季,3、4、5月份是火灾发生的高峰期,2、6、7月是火灾发生较多的月份,12、1月份火灾发生较少,8、9、10、11月份几乎没有火灾发生。

1.2森林防火的现状以及意义

现阶段,虽然我国森林防火工作已取得了很大成绩,但由于资金缺乏,高科技含量相对较低,面对诸多复杂的影响因素,以往的防治方法难以胜任,将新出现的高新技术引入防火工作中势必成为一种趋势。

森林资源的信息化,是我国林业现代化的必然要求和重要支撑。随着我国物联网战略性新兴产业的兴起,国家林业局先后颁布了《关于进一步加快林业信息化发展的指导意见》、《中国智慧林业发展指导意见》和《中国林业物联网发展行动计划( 2013—2020年)》,吹响了物联网技术助推智慧林业发展的号角,为加快推进我国数字林业向智慧林业跨越式发展绘制了顶层设计的蓝图。

1.3需求细化

随着物联网技术的持续发展,用先进的技术手段解决森林防火的难题变的成为现实。森林防火的需求细化如下:

(1)对空气温度、湿度、风力、烟雾等与森林防火相关的信息进行实时的收集。

(2)系统定位,确保发生火险能够准确定位火源。

(3)构建完备的信号传输系统。

(4)云系统,用于数据的存储、信息的溯源。

(5)终端显示系统,能够准确实时、方便快捷的进行信息的显示。

本方案以《中国林业物联网发展行动计划( 2013—2020年)》为蓝图,以物联网、云计算、大数据分析结合互联网技术等新一代信息技术为支撑,参考图1,利用独特低功耗无线组网、智能传感等核心技术,提供了一种适用于森林防火、环境监测的无线传感网络应用解决方案,可在高火险、高价值林区构建林火监测、环境监测系统,结合智能化的云技术,构建了全新的森林预警监测系统。


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图 1方案示意图


二、整体方案

2.1系统方案概述

参考图2,系统可实现对森林温湿度、光照等自然特性的实时采集、对火险的预警、以及火险位置确认等功能。

在需要监控的森林区域,可呈任意拓扑结构安装部署探测节点,形成密集阵实时参数监测传感网,向智慧林业物联网平台上报温度、湿度、气压、光照等各类监控数据。一方面可以为森林火情监控提供技术依托,另一方面可以为森林生长研究提供可靠的数据源。

具体来说,系统的整体功能划分如下:

(一)森林环境监测

◇空气温度

◇空气湿度

◇土壤温度

◇土壤湿度

◇光照

◇烟雾

◇风力

◇地理位置

(二)远程数据的传输

◇内置LoRaWAN 协议

◇单网关支持256个节点

◇支持网关切换替代

◇支持GPRS或WIFI上下行

◇并支持IntoYun云平台

(三)数据的云查看与备份

◇基于网页的数据监测和数据导出功能

◇丰富的图表功能

◇所采集数据的存储备份

(四)手持终端、远程大屏幕显示

◇数据的多样化显示

◇专用APP,用于支持安卓和IOS操作系统的终端显示

◇报警机制,多渠道、多方式的报警

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图 2系统总体方案图示

从总体上来看,该系统包括信号节点子系统、信息传输子系统、云系统、终端子系统。

系统名称

功能

内容

目的

 

 

 

 

节点子系统

空气温度

实时监测空气温度信息

实时监测空气温度、湿度(可选的监测其他空气成分,如二氧化碳、光合有效辐射等),监测土壤的温度、湿度(可选的监测土壤的其他信息,如pH值、盐分、紧实度等),监控风力、烟雾等信息,同时提供地理位置信息。一旦发生火情,就能够准确的定位信息。

空气湿度

实时监测空气温度信息

土壤温度

实时监测土壤温度信息

土壤湿度

实时监测土壤湿度信息

光照

实时监测光照信息

烟雾

实时监测烟雾信息

风力

实时监测风力信息

地理位置

记录当前节点的地理位置信息

信息传输系统

节点到网关之间

可选的使用多种信息传输协议进行节点与网关之间的信道互联,包括WIFI、GPRS、LoRa、蓝牙、ZigBee

按照既定的协议进行信息的传输、加密等操作

网关与网关之间

可选的使用多种信息传输协议进行网关与网关之间的信道互联,包括WIFI、GPRS、LoRa、蓝牙、ZigBee

网关与云之间

可选的使用多种信息传输协议进行网关与云之间的信道互联,包括WIFI、GPRS、LoRa、蓝牙、ZigBee

云系统

区块管理

省、市、县(区)行政划分,或者按照森立的分布进行区块划分,地图可快速定位某一站点。通过节点的地理位置信心,快速定位某一个节点的具体位置。

系统化、智能化、数字化管理与分析

信息交互

曲线图、饼形图、柱形图,实现数据的可视化

统计分析功能

按照时间设置所要查询的时间段,建立大数据,为防火减灾提供数据支持

运维能力

系统维护,节点或者通信网络出错之后,能够标注位置,提升修复效率

权限管理功能

分级管理,分权查看

专家指导

导入专业知识库,专家在线答疑解惑

终端预警显示系统

PC端

在PC端实现与管理软件的交互,智能化的显示各种数据。同时,发生火情之后能够有效的发出警报

多渠道,分层次,多样化的预警与显示系统

移动端

在移动端,包括各类型的手机和平板,实现与管理软件的交互,智能化的显示各种数据。同时,发生火情之后能够有效的发出警报

集成指挥中心

构建集成指挥中心,实现与管理软件的交互,智能化的显示各种数据,可定制化的大屏显示系统。同时,发生火情之后能够有效的发出警报