基于Zigbee的森林火灾监测模型研究

论文摘要

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。由于无线传感器网络在无人值守的环境监测、灾害扑救等特殊领域,具有传统技术无法比拟的优势,基于无线传感器网络的森林火险实时监测技术在国内外已经引起高度重视。Zigbee技术是专为低速率传感器和相应控制网络设计的标准无线网络协议栈,它具有低功耗、短时延、低成本、可靠安全等鲜明的特点,是最适合无线传感器网络的标准之一,这将在林火探测领域扮演重要角色。本文在探讨森林起火因素的基础上,构建了一种基于Zigbee无线传感器网络的森林火灾实时监测系统。主要内容和创新点如下:首先,根据林火的物理特征构建火险探测及蔓延模型;其次,依照Zigbee通信协议和探测传感器规格设计选择节点电路板并编写相应软件程序,实现重点林区的实时监测;接着,探讨了远程监测系统的实现。简要介绍系统关键部件后,重点研究了传感器中心节点和上位机通信、上位机接收并分类存储传感数据等核心内容;随后,对目标区域最佳有效覆盖以及节点节能进行了算法分析探讨;最后,对本文所建系统进行了调试仿真,验证了监测效果。论文构建的系统能够实时监测林区温湿度等相关环境参数的变化,不仅可以探测到处于萌芽期的小火火情,而且还具有低成本、低功耗、实时远程监测的效果,弥补了传统林火探测技术的不足,为有关部门采取相应的防火、灭火措施提供了决策依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统林火探测方法
• 1.2.2 地面探火和ZIGBEE 技术
• 1.3 论文主要内容
• 1.4 论文组织安排
• 第二章 地表火物理模型
• 2.1 产生林火的气象条件
• 2.2 林火蔓延的物理特征
• 2.3 林火预警模型
• 2.3.1 现有成熟模型
• 2.3.2 现有模型的局限性
• 2.3.3 改进后的模型
• 2.4 林火蔓延趋势模型
• 2.4.1 温度场梯度预警方法
• 2.4.2 火势蔓延预测算法
• 本章小结
• 第三章 基于Zigbee的林火探测系统
• 3.1 系统硬件
• 3.1.1 主控系统电路设计
• 3.1.2 传感器电路
• 3.2 系统软件
• 3.2.1 GAINSJ 集成开发环境
• 3.2.2 iSnamp-J 可视化后台
• 3.3 探测系统实现
• 3.3.1 林火探测示意图和工作流程图
• 3.3.2 核心子程序
• 3.3.3 编译结果
• 本章小结
• 第四章 远程监测系统
• 4.1 远程监测示意图
• 4.2 相关模块简介
• 4.2.1 网关组成
• 4.2.2 无线收发模块
• 4.2.3 无线上网卡
• 4.2.4 数据库存储
• 4.3 核心程序调试
• 4.3.1 汇聚节点收集并上传数据
• 4.3.2 上位机接收并分类存储数据
• 本章小结
• 第五章 系统算法设计
• 5.1 林火探测覆盖算法
• 5.1.1 覆盖定义
• 5.1.2 覆盖分类
• 5.1.3 相关定义、模型及评价指标
• 5.1.4 虚拟力算法
• 5.1.5 虚拟联通算法
• 5.1.6 改进算法
• 5.1.7 算法仿真及性能评价
• 5.2 林火探测节能算法
• 5.2.1 能耗种类
• 5.2.2 节能思路
• 5.2.3 嵌套网格算法
• 5.2.4 节能实现
• 本章小结
• 第六章 试验与调试
• 6.1 林火蔓延模型试验
• 6.1.1 试验工具
• 6.1.2 试验内容及方法
• 6.1.3 试验结果
• 6.2 林火远程监测试验
• 6.2.1 试验目的
• 6.2.2 试验环境与设备
• 6.2.3 试验步骤及结果
• 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 详细摘要