火災(zāi)是森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的最大威脅之一，與其他特定環(huán)境的火災(zāi)相比較，森林火災(zāi)在燃燒過程中具有偶然性強(qiáng)、受自然環(huán)境因素影響大、破壞程度大、比較難發(fā)現(xiàn)和撲救工作不易實(shí)施等顯著特征。除了對(duì)森林植被帶來的損害和破壞之外，森林火災(zāi)的頻發(fā)還會(huì)產(chǎn)生以下危害：
1）對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。森林中孕育著豐富多彩的動(dòng)植物、昆蟲和微生物，森林火災(zāi)不僅會(huì)對(duì)森林植被和結(jié)構(gòu)造成直接的破壞，同時(shí)，還會(huì)間接影響全球生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。森林火災(zāi)使森林對(duì)地球氣候的調(diào)節(jié)作用減弱，會(huì)導(dǎo)致森林退化、水±流失、山洪、泥石流和山體滑坡等自然災(zāi)害的頻發(fā)。
2）對(duì)稀有物種產(chǎn)生危害。森林中生長(zhǎng)著大量的稀有植物和珍貴動(dòng)物，火災(zāi)在毀壞森林植被的同時(shí)也會(huì)給這些珍稀的動(dòng)物造成傷害，破壞它們的生長(zhǎng)環(huán)境和棲息地，甚至是造成稀有物種的滅絕。
3）森林火災(zāi)對(duì)人類生產(chǎn)生活的危害。森林一旦失火，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)難以控制，火勢(shì)肆意蔓延，會(huì)給生活在林區(qū)附近的人們帶來生命危險(xiǎn)或?qū)λ麄兊纳a(chǎn)生活帶來危害?；馂?zāi)的發(fā)生直接威脅到林區(qū)人民的安定生活，給社會(huì)帶來更多的不安定因素。
隨著我國(guó)造林事業(yè)的不斷發(fā)展，防火防災(zāi)工作成為首要任務(wù)。森林防火貫徹“預(yù)防為主、積極撲救”的方針，真正做到早發(fā)現(xiàn)，早解決。我國(guó)的森林防火技術(shù)還處于快速發(fā)展階段，目前比較成熟的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方法主要有以下5種：
1）地面巡護(hù)。地面巡護(hù)屬于較為傳統(tǒng)的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方式，主要通過人工作業(yè)來完成對(duì)森林環(huán)境的巡查。依靠這種巡護(hù)方式達(dá)到森林防火。該方法執(zhí)行過程簡(jiǎn)單，不會(huì)涉及到其他高科技的技術(shù)及產(chǎn)品，但是整體效果較差、耗費(fèi)大量人力且不能全天候監(jiān)控。另外考慮到森林的實(shí)際情況、肉眼的可見性以及天氣情況等諸多因素的影響，都限制了地面巡護(hù)的效率和成果。
2）瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)。瞭望臺(tái)監(jiān)測(cè)和地面巡護(hù)相比，在覆蓋范圍上有所擴(kuò)大，同時(shí)減少了人工作業(yè)。但是，由于瞭望臺(tái)位置較為固定，所以會(huì)存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)或不利于觀察到地下火與余火的現(xiàn)象。一般情況下，瞭望臺(tái)都是建造在山尖等高處，遇到雷電天氣會(huì)很不安全，存在隱患。
3）航空巡護(hù)。航空巡護(hù)（無人機(jī)巡護(hù)）主要在地形復(fù)雜、人不易深入的森林地區(qū)使用。航空巡護(hù)方式簡(jiǎn)單、巡查地點(diǎn)靈活、效率高，但它存在如何降低成本和延長(zhǎng)飛機(jī)續(xù)航時(shí)間的問題。
4）利用紅外線及衛(wèi)星遙感等“3S”探測(cè)技術(shù)進(jìn)行火情的監(jiān)測(cè)。僅使用紅外線的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)極易受到陽(yáng)光和地面物體的干擾，易造成信息誤報(bào)。理論上利用“3S”技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)控森林火災(zāi)情況，采集環(huán)境參數(shù)并處理，可以較為方便地判斷火情是否發(fā)生，對(duì)早期的火情進(jìn)行預(yù)警，判斷火災(zāi)的發(fā)展趨勢(shì)并對(duì)可能受害的人群進(jìn)行疏散，對(duì)滅火決策提供數(shù)據(jù)支撐，但是這種方式仍然存在以下不足：比如，數(shù)據(jù)的精度是長(zhǎng)期困擾通過GIS技術(shù)解決火情監(jiān)測(cè)問題的一個(gè)難題，掃描時(shí)間長(zhǎng)、分辨率低、圖像像素點(diǎn)的飽和以及火災(zāi)參數(shù)很難實(shí)時(shí)量化，衛(wèi)星遙感圖像實(shí)時(shí)性不高，不能全天候不間斷地監(jiān)控某一地區(qū)，在云層較厚等天氣情況下確定的著火點(diǎn)位置精度較差，而衛(wèi)星在偏軌現(xiàn)象的情況下確定的火情發(fā)生地點(diǎn)精度也存在同樣的問題，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)漏判或者誤判的情況。
5）利用視頻CCD攝像頭監(jiān)控的方式進(jìn)行監(jiān)控。視頻的方式可以對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)控，但是攝像頭存在一個(gè)監(jiān)控角度的問題，超出監(jiān)控范圍角度的部分無法進(jìn)行有效監(jiān)控，同時(shí)由于野外林區(qū)樹木和灌木叢眾多，相互遮擋嚴(yán)重，降低了視頻監(jiān)控的縱深距離，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的工作。視頻監(jiān)控也同樣存在著容易受氣象條件影響的情況，大霧天氣、陰霾天氣和逆光條件下的天氣都會(huì)對(duì)監(jiān)控產(chǎn)生干擾，影響監(jiān)控，使監(jiān)控效果大打折扣，同時(shí)，視頻監(jiān)控的電能也是一大命門，因?yàn)閿z像頭處于24小時(shí)不間斷工作的狀態(tài)，能耗非常之高，而攝像頭必須設(shè)置在人煙稀少的林區(qū)，需要布設(shè)電線，供電成本高。此外，偏遠(yuǎn)林區(qū)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全，通信質(zhì)量差，信號(hào)在傳輸過程中受到干擾大，這也限制了視頻監(jiān)控在森林防火中的應(yīng)用。
隨著新興技術(shù)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的崛起，除了上述傳統(tǒng)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方法外，希望應(yīng)用前沿科技手段發(fā)展技防裝備，更好地補(bǔ)充火災(zāi)人防功能，以便及時(shí)探測(cè)森林火情，做好林火發(fā)生前的預(yù)防監(jiān)測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)在火災(zāi)初期發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，降低森林火災(zāi)帶來的危害。
基于WSN的森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于當(dāng)前主流技術(shù)——無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)的一類先進(jìn)技防裝備，下圖1是該類系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。
圖1 基于WSN的森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理組成圖
其中：傳感器節(jié)點(diǎn)主要通過傳感器模塊對(duì)森林環(huán)境參數(shù)進(jìn)行感知和采集，對(duì)森林火情進(jìn)行識(shí)別；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是部署在待測(cè)地域，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)最終通過匯聚節(jié)點(diǎn)，與互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星進(jìn)行通信，最終數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心服務(wù)器。
目前，實(shí)現(xiàn)該類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)有：GPRS/3G/4G、ZigBee、LoRa等。其中，GPRS/3G/4G技術(shù)的應(yīng)用收到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的限制，Zigbee的鏈接數(shù)量有限，LoRa需要大量部署固定基站，這些都限制了WSN技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用。
當(dāng)前，森林防火普遍面臨以下挑戰(zhàn)：
l 資源分布存在“點(diǎn)多、面廣、戰(zhàn)線長(zhǎng)”；
l 防火期長(zhǎng)，高火險(xiǎn)天氣多，防火手段落后，護(hù)林防火基礎(chǔ)設(shè)施不夠健全；
l 信息化水平嚴(yán)重不足，防火力量地域分布很不平衡；
l 面對(duì)撲救大型大火和應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)性事件時(shí)，指揮調(diào)度方面能力不強(qiáng)；
l 瞭望塔數(shù)量少，遇到火災(zāi)時(shí)，通訊不暢；
l 現(xiàn)場(chǎng)情況看不到，指揮工作強(qiáng)度大，效率差。
對(duì)森林防火監(jiān)測(cè)的技防系統(tǒng)來說，其基本需求主要有：
1）具備非常高的報(bào)警率和非常低的誤報(bào)率；
2）適應(yīng)人煙稀少的林區(qū)，無法布設(shè)電線、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、通信質(zhì)量不佳等現(xiàn)實(shí)性問題；
l 森林面積大，傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本要低；
l 森林地形和環(huán)境比較復(fù)雜，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有一定的靈活性和自組網(wǎng)能力；
l 森林屬于野外環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)一旦布設(shè)，傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要處于長(zhǎng)期服役狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有功耗低、有休眠模式等特點(diǎn)。
3）應(yīng)是智能設(shè)備，具有通信、采集、處理、決策、運(yùn)維等能力。
WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)是劃時(shí)代的創(chuàng)新技術(shù)，其內(nèi)核是唐芯系列物聯(lián)網(wǎng)芯片，是一種國(guó)內(nèi)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，可以同時(shí)承載射頻識(shí)別、實(shí)時(shí)定位、無線傳感和智慧照明等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，能夠在“純物聯(lián)”層面實(shí)現(xiàn)無線通信、網(wǎng)格化組網(wǎng)、采集、通信、控制、計(jì)算、處理與執(zhí)行等功能，可以為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、中高速、免付費(fèi)、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
表1 WF-IoT的核心技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 | 指標(biāo) | 備注 |
核心芯片 | Tangsic系列物聯(lián)網(wǎng)核心芯片 | 具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 |
工作頻段 | 2.45GHz、780MHz | 符合RFID（GB/T 28925）、RTLS（GB/T 30996.2）、WSN（GB/T 30269）、C-WSN等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 |
通信協(xié)議 | WF-IoF協(xié)議 | 具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 |
通信速率 | 250kbps、2Mbps | 擴(kuò)頻模式（250kbps），高速模式（2Mbps）。 |
節(jié)點(diǎn)間通信距離 | ≥80m（2.45GHz） ≥300m（780MHz） | 無遮擋，無增益、無PA。 |
最大峰值功率 | ≤1mW | 采取單芯片集成和低功耗技術(shù)，節(jié)點(diǎn)搭載輕量級(jí)、低功耗系統(tǒng)，支持休眠和喚醒，節(jié)點(diǎn)正常工作一般為微瓦級(jí)，節(jié)點(diǎn)設(shè)備節(jié)能、可靠，壽命更長(zhǎng)。 |
并發(fā)信道 | 可多達(dá)3000 | 采用頻分×碼分方式實(shí)現(xiàn)，可以避免出現(xiàn)有限空間內(nèi)部署較多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生通信擁堵而引起掉線的問題。 |
子網(wǎng)規(guī)模 | 64K（65535）個(gè)節(jié)點(diǎn) | 支持單點(diǎn)級(jí)測(cè)控。 |
分組規(guī)模 | 256個(gè)分組 | 支持256個(gè)分組測(cè)控。 |
場(chǎng)景規(guī)模 | 64個(gè) | 支持64個(gè)內(nèi)置語(yǔ)境式場(chǎng)景。 |
組網(wǎng)方式 | 無中心、自組網(wǎng)，網(wǎng)格式組網(wǎng) | 局部故障不影響整體通信。 |
節(jié)點(diǎn)計(jì)算 | 內(nèi)置霧計(jì)算 | 支持軟件定義（SDX），能靈活改變節(jié)點(diǎn)的屬性和節(jié)點(diǎn)間的相互關(guān)系。 |
網(wǎng)關(guān)計(jì)算 | 內(nèi)置霾計(jì)算 | 霾計(jì)算與云計(jì)算結(jié)合，極大壓縮通信量。 |
嵌入式邊緣服務(wù)器能力 | 基于嵌入式操作系統(tǒng)、支持IP網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換、具備管理物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)功能的WEB服務(wù)軟件。 | |
對(duì)外接口 | 標(biāo)準(zhǔn)的API或Web Servers接口 | 為上層應(yīng)用提供可以互聯(lián)互操作的接口。 |
基于WF-IoT的森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其整體框圖見下圖1所示。
圖1 基于WF-IoT森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體框圖
基于WF-IoT的森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、客戶端和監(jiān)測(cè)中心等四部分組成。其中：
1）林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由WF-IoT節(jié)點(diǎn)和WF-IoT網(wǎng)關(guān)，在森林林區(qū)構(gòu)建由WF-IoT監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)純物聯(lián)的無線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，采集處理林區(qū)的溫度、濕度、煙霧及火焰數(shù)據(jù)，并保證上述數(shù)據(jù)精確；上述數(shù)據(jù)及位置信息均通過WF-IoT網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上報(bào)至移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。
2）通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。主要由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)組成，主要是實(shí)現(xiàn)林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上報(bào)以及系統(tǒng)運(yùn)維管理信息的傳輸；
3）客戶端。智能手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)等各類客戶端可以通過移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)獲得林區(qū)各個(gè)被監(jiān)測(cè)位置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；
4）監(jiān)測(cè)中心?？梢詫?duì)林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)數(shù)據(jù)及位置信息進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、處理、分析和決策，還可以通過通信傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)維管理。
由于森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是面向監(jiān)測(cè)人員設(shè)計(jì)的，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵從以下原則：
1）便捷易用。在操作過程中易于理解，便于使用，且維護(hù)簡(jiǎn)單。
2）穩(wěn)定實(shí)用。在實(shí)施過程中應(yīng)該能夠保證各功能模塊可以順暢運(yùn)行，且各功能模塊都可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，是監(jiān)測(cè)中心分析和決策的基本數(shù)據(jù)來源。
圖2 WF-IoT監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的原理組成框圖
WF-IoT節(jié)點(diǎn)的硬件電路主要由采集模塊、核心控制模塊（含微控制器芯片）、無線通信模塊和電源管理模塊等構(gòu)成。其中：
l 采集模塊可以外接環(huán)境溫濕度傳感器、煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞯龋?/span>
l 電源管理模塊可以對(duì)太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行管理切換；
l WF-IoT節(jié)點(diǎn)輸出的開關(guān)量信號(hào)可以通過攝像機(jī)的報(bào)警輸入接口（I/O端口）去聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控輸出的開關(guān)量信號(hào)也可以通過報(bào)警輸出接口（I/O端口）去聯(lián)動(dòng)WF-IoT節(jié)點(diǎn)，必要時(shí)WF-IoT節(jié)點(diǎn)也可以和視頻監(jiān)控的COM端口進(jìn)行通信，以相互交換數(shù)據(jù)信息。
WF-IoT監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要具有以下功能：
l 支持與其他WF-IoT節(jié)點(diǎn)靈活組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無線通信；
l 支持溫度、濕度、煙霧和火焰等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集上報(bào)；
l 支持本地多種數(shù)據(jù)的閾值比較、融合判斷等計(jì)算功能，可以在本地給出防火報(bào)警并上報(bào)，必要時(shí)可以自主引爆或者遠(yuǎn)程引爆物聯(lián)網(wǎng)智能消防滅活雷，自動(dòng)撲滅附近山火；
l 支持與視頻監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)，提高防火報(bào)警的準(zhǔn)確性；
l 支持節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程重啟和節(jié)點(diǎn)程序的遠(yuǎn)程升級(jí)；
l 支持本地防盜報(bào)警，并上報(bào)盜竊事件；
l 支持風(fēng)光互補(bǔ)供電或太陽(yáng)能/風(fēng)能獨(dú)立供電，電池狀態(tài)可上報(bào)。
WF-IoT網(wǎng)關(guān)既是林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，又是IP網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換橋梁，更是一個(gè)有嵌入式操作系統(tǒng)的邊緣服務(wù)器。
圖3 WF-IoT網(wǎng)關(guān)的原理組成框圖
WF-IoT網(wǎng)關(guān)的硬件電路主要由WF-IoT節(jié)點(diǎn)、ARM處理器及存儲(chǔ)器、移動(dòng)通信模塊和電源管理模塊等構(gòu)成。其中：
l WF-IoT節(jié)點(diǎn)支持WF-IoT網(wǎng)關(guān)在林區(qū)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)通信；
l 移動(dòng)通信模塊支持在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)絡(luò)）的通信；
l 電源管理模塊可以對(duì)太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行管理切換；
l ARM處理器及存儲(chǔ)器，提供IP網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和對(duì)所在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)全部WF-IoT節(jié)點(diǎn)的運(yùn)維管理。
WF-IoT網(wǎng)關(guān)主要具有以下功能：
l 支持與其他WF-IoT節(jié)點(diǎn)靈活組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無線通信；
l 支持與IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)；
l 支持對(duì)所在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)全部WF-IoT節(jié)點(diǎn)的運(yùn)維管理。
客戶端和監(jiān)測(cè)中心的運(yùn)行均依賴于防火預(yù)警監(jiān)測(cè)軟件。
圖4 WF-IoT防火預(yù)警監(jiān)測(cè)軟件的功能組成框圖
WF-IoT防火預(yù)警監(jiān)測(cè)軟件的功能主要有采集、顯示、分析、運(yùn)維和擴(kuò)展等五部分功能。
1）采集。主要是對(duì)森林林區(qū)環(huán)境溫濕度、煙霧、火焰等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)。
2）顯示。借助GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GIS態(tài)勢(shì)的全局展現(xiàn)和細(xì)化展現(xiàn)；提供對(duì)指定位置或區(qū)域進(jìn)行查詢的顯示；提供聯(lián)動(dòng)距離最近的視頻進(jìn)行顯示。
3）分析。主要是運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火源分析、煙火蔓延分析預(yù)測(cè)、滅火路徑分析等分析功能。
4）運(yùn)維。主要提供兩類運(yùn)維功能：
l 設(shè)備配置維護(hù)。通過軟件工具，可以對(duì)所有WF-IoT節(jié)點(diǎn)的屬性和節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系進(jìn)行編輯或調(diào)整，同時(shí)支持遠(yuǎn)程升級(jí)和重啟；
l 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過軟件工具，可以在線監(jiān)測(cè)WF-IoT節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)及工作狀態(tài)，以便保障人員及時(shí)準(zhǔn)確地實(shí)施技術(shù)保障。
5）擴(kuò)展。系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性：
l 系統(tǒng)同時(shí)支持無線傳感、射頻識(shí)別、實(shí)時(shí)定位、智能照明等標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，規(guī)模擴(kuò)展和功能擴(kuò)展極為簡(jiǎn)單方便；比如，巡視人員佩帶電子標(biāo)簽，即可實(shí)現(xiàn)巡視人員的定位。
l 上層業(yè)務(wù)應(yīng)用可以通過標(biāo)準(zhǔn)的API接口或Web service接口將本系統(tǒng)無縫集成。
目前，森林防火監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有移動(dòng)通信、NB-IoT、ZigBee、LoRa等。除移動(dòng)通信以外，WF-IoT與其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概略性能比較見表2。
表2 國(guó)內(nèi)主要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概略比較表
技術(shù)名稱 項(xiàng)目 | NB-IoT | LoRa | ZigBee | WF-IoT |
技術(shù)屬性 | 源于國(guó)外 中國(guó)引領(lǐng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) | 源于國(guó)外 尚未形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) | 源于國(guó)外 尚未形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) | 源于國(guó)內(nèi) 完全自主可控 |
網(wǎng)絡(luò)類型 | 授權(quán)網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商收費(fèi) | 非授權(quán)網(wǎng)，免費(fèi) | 非授權(quán)網(wǎng)，免費(fèi) | 非授權(quán)網(wǎng)，免費(fèi) |
協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) | GSM (國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)) | LoRaWAN協(xié)議 (LoRa聯(lián)盟推出) | IEEE802.15.4 ZIGBEE | WF-IoT協(xié)議 |
工作頻率 | B5頻段和B8頻段 （850MHz，900MHz） | 470MHz～510MHz （國(guó)內(nèi)） | 2.45GHz/868MHz/915MHz | 780MHz，2.45GHz （國(guó)標(biāo)規(guī)定的頻段） |
通信速率 | Max＜40kbps | 0.3kbps～50kbps | ＜250kbps | 250kbps（擴(kuò)頻模式） 2Mbps（高速模式） |
通信距離 | 15km （終端到基站） | 2km(城區(qū)) 20km(郊區(qū)) （終端到基站） | 2 km（終端到基站） | 80m～300m(終端到終端) ≥20km（終端到基站） |
通信方式 | 點(diǎn)播 | 點(diǎn)播 | 點(diǎn)播 | 點(diǎn)播、組播、廣播 |
并發(fā)信道 | 12個(gè) | 8個(gè) （芯片不同略有差異） | 1個(gè)（868MHz） 10個(gè)（915MHz） 16個(gè)（2.45GHz） | ≥20個(gè) （頻分×碼分） |
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span> | 星形拓?fù)?/span> | 星形拓?fù)?/span> | 網(wǎng)格拓?fù)?/span> | 網(wǎng)格拓?fù)?/span> |
節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力 | 不具備，依賴于上位機(jī) | 不具備，依賴于上位機(jī) | 不具備，依賴于上位機(jī) | 霾計(jì)算能力 |
網(wǎng)絡(luò)容量 | 64K /基站（路由） | 64K/基站（路由） | 50/基站（路由） | 64K /子網(wǎng) |
功耗等級(jí) | 低功耗 | 超低功耗 | 超低功耗 | 超低功耗 |
應(yīng)用場(chǎng)景 | 小數(shù)據(jù)量、時(shí)延不敏感 | 小數(shù)據(jù)量、時(shí)延不敏感 | 智能家居、小型應(yīng)用 | 大數(shù)據(jù)量、時(shí)延敏感 |
方案適應(yīng)性 | 不適應(yīng) 秦嶺中部署困難 | 不適應(yīng) 需要部署大量基站 | 不適應(yīng) 只支持小范圍、小數(shù)量 | 非常適應(yīng) 自組織、大范圍、大數(shù)量 |
基于WF-IoT方案形成的森林防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有以下特色：
1）全無線設(shè)計(jì)，組網(wǎng)靈活，部署方便。
2）當(dāng)節(jié)點(diǎn)端不帶風(fēng)能發(fā)電和視頻監(jiān)控等設(shè)備時(shí)，節(jié)點(diǎn)端設(shè)備小巧，安裝靈活。
3）支持海量部署和網(wǎng)格化組網(wǎng)。WF-IoT節(jié)點(diǎn)具有低成本、低功耗、高可靠、大容量等特點(diǎn)，可以在林區(qū)進(jìn)行大量部署；節(jié)點(diǎn)之間為網(wǎng)格化組網(wǎng)，即使部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障也不會(huì)影響整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的通信。
4）節(jié)點(diǎn)端支持防火預(yù)警的計(jì)算與處理。WF-IoT節(jié)點(diǎn)可以通過傳感器實(shí)時(shí)采集林區(qū)環(huán)境的溫度、濕度、煙霧及火焰等數(shù)據(jù)，由于WF-IoT節(jié)點(diǎn)具有霾計(jì)算能力，能對(duì)幾種不同監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合處理，可以在上報(bào)的同時(shí)，直接在節(jié)點(diǎn)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警。
5）節(jié)點(diǎn)端支持與視頻監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)。WF-IoT節(jié)點(diǎn)可以與“遠(yuǎn)距離透霧攝像+遠(yuǎn)紅外熱成像”的視頻監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，克服傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的盲區(qū)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)，也可以在節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行相互的比對(duì)，進(jìn)一步確認(rèn)報(bào)警的真實(shí)性，提高防火預(yù)警準(zhǔn)確性。
6）支持節(jié)點(diǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)，可以遠(yuǎn)程對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或重啟操作。
7）風(fēng)光互補(bǔ)供電。利用太陽(yáng)能電池板供電，當(dāng)無光照條件時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為風(fēng)力供電。
8）防盜報(bào)警。在節(jié)點(diǎn)設(shè)備上配置防盜報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)有入侵目標(biāo)觸發(fā)報(bào)警，在上報(bào)監(jiān)測(cè)中心的同時(shí)，還通過播報(bào)預(yù)置語(yǔ)音和開啟警告燈閃爍予以威懾驅(qū)離。
9）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)設(shè)備按照軍工級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品內(nèi)部采用恒溫設(shè)計(jì)，采用整體IP67防護(hù)等級(jí)，安裝簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、密封防塵、防火、抗腐蝕等特點(diǎn)，更能適應(yīng)室外，野外惡劣、低溫的工作環(huán)境。
10）模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，維護(hù)方便。節(jié)點(diǎn)設(shè)備集成度高、模塊化設(shè)計(jì)，一旦出了故障，只需更換故障器件，設(shè)備維護(hù)方便。
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