基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置

文档序号:1847871 发布日期:2021-11-16 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置 (Forest fire monitoring and early warning system and device based on Beidou satellite and image recognition ) 是由 徐俊 胡浩威 栾云路 魏晓莉 于 2021-08-27 设计创作,主要内容包括:本发明公开了基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置,属于火灾预警处理技术领域;基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,其特征在于,包括有森林火灾监测预警系统,森林火灾监测预警系统上链接有数据采集子系统,数据采集子系统与森林火险天气指标子系统相链接,森林火险天气指标子系统上链接有控制中心子系统和应急响应子系统;还提出了与森林火灾监测预警系统相匹配的火灾监测预警装置,能够及时、准确对森林中的各种环境数据信息进行监测,为森林火灾监测预警系统通过有效的数据来源,同时也能及时对火灾位置、信息、火情大小等进行上传,以便及时作出应对。(The invention discloses a forest fire monitoring and early warning system and device based on Beidou satellite and image recognition, belonging to the technical field of fire early warning processing; the system is characterized by comprising a forest fire monitoring and early warning system, wherein the forest fire monitoring and early warning system is linked with a data acquisition subsystem, the data acquisition subsystem is linked with a forest fire danger weather index subsystem, and the forest fire danger weather index subsystem is linked with a control center subsystem and an emergency response subsystem; the fire monitoring and early warning device matched with the forest fire monitoring and early warning system is further provided, various environmental data information in forest can be monitored timely and accurately, and the forest fire monitoring and early warning system can upload fire positions, information, fire conditions and the like timely through effective data sources so as to respond timely.)

基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置

技术领域

本发明涉及火灾预警处理技术领域,特别是涉及基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置。

背景技术

由于经济发展,全球温度上升,使得森林环境问题日益突出,不仅影响到了人们的生命安全,森林火灾还会影响自然环境,森林一旦遭受火灾,不仅烧伤林木,对环境也带来巨大威胁;森林火灾可以说是森林最危险的敌人,极具毁灭性的后果;火灾的发生可能引起土壤的贫瘠,甚至会导致生态环境失去平衡;森林是生长周期较长的再生资源,遭受火灾后,其恢复需要很长的时间;如果反复多次遭到火灾危害,还会成为为荒草地,因此,为了积极响应国家号召,贯彻森林防火是重中之重理念。

森林火灾的发现比扑灭更有意义,森林火灾危害大,扑灭困难,于是在火灾发生之前或者是火灾还在萌芽状态立即扑灭就显得尤为重要,因此一旦有火警发生,就必须以极快的速度采取补救措施,补救是否及时,决策是否得当,最重要的就是取决于林火行为发现是否及时,分析是否准确合理,传统的火灾报警系统一般基于红外传感器和烟雾报警器,也是探测火灾发生时生成的烟、温度、和光等参量,经信号处理、比较、判断后发出的火灾报警信号,现有技术确实可以在火灾发生时起到监控和报警的作用,但是并无法有效阻止森林火灾的发生,同时由于局限于传统的传输和监测技术,对于火情的汇报和上传可能会存在一定的延迟,从而易导致无法及时对火灾进行扑灭或者其他应对措施,鉴于此,我们提出了基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确监测森林火灾情况、及时传输数据、定位火点且能够有效预测预防火灾发生的北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统以及与该系统相匹配的北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置。

为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:

基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,包括有森林火灾监测预警系统,所述森林火灾监测预警系统上链接有数据采集子系统,所述数据采集子系统与森林火险天气指标子系统相链接,所述森林火险天气指标子系统上链接有控制中心子系统和应急响应子系统;

所述数据采集子系统,与外置森林火灾监测预警装置内的传感器模块相匹配,通过无线传感器网络采集环境温度、湿度、大气压力、烟雾、光亮度等重要数据,进行预处理以后,与节点位置、时间等信息实时传输到控制中心服务器,帮助防火部门有效地确定方案,快速的监测到潜在的风险;

森林火险天气指标子系统,结合数据采集子系统现场监测采集到的观测数据,对其进行数理统计分析,综合考虑天气、可燃物含水量、火行为等因素,建立经验曲线并制表,同时结合WSN与“3S”技术,构建火险蔓延预测模型,用于及时对森林火险进行预警;

控制中心子系统,处理来自森林火险天气指标子系统的所有信息,首先,结合GIS系统,确定传感器节点与火险的位置、地形以及森林资源的各种属性,对异常情况报警;然后,完成林火行为分析,预测火灾蔓延方向;最后,实时显示火情监测信息,并将所有信息置于web服务器;所述GIS系统与北斗卫星系统和图像识别技术相结合,可实现精准的位置定位和信息获取;

应急响应子系统,保证远程用户包括管理部门能够通过web浏览器实时掌握控制中心的火线监测信息,根据检测信息制定相应的扑救措施。

优选地,所述数据采集子系统上链接有环境数据传感器采集模块、定位模块和火点监测模块,所述环境数据传感器采集模块上包括有温度传感器单元、湿度传感器单元、烟雾传感器单元和大气压力传感器单元;所述定位模块包括有位置传感器单元和时间监测单元。

优选地,所述森林火险天气指标子系统上链接有最初蔓延指标模块、落叶层湿度码模块和细小可燃物湿度码模块,所述最初蔓延指标模块上链接有第一风速监测单元;所述落叶层湿度码模块上链接有下层落叶层湿度码子模块和干旱码子模块,所述下层落叶层湿度码子模块上链接有第一降雨量监测单元、第一湿度监测单元和第一温度监测单元;所述干旱码子模块上链接有第二降雨量监测单元和第二温度监测单元;所述细小可燃物湿度码模块上链接有第三降雨量监测单元、第二湿度监测单元、第二风速监测单元和第三温度监测单元。

优选地,所述控制中心子系统上链接有数据处理与分析模块、火险预报模块、火灾蔓延预测模块和火情监测模块。

优选地,所述应急响应子系统上链接有火情信息实时传输与展示模块和应急方案制定模块。

基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置,包括有安装壳体,所述安装壳体采用弧形前板设计,所述弧形前板上侧固定连接有透明保护罩,所述弧形前板下侧开设有透气孔,所述安装壳体的内部集成安装有蓄电池、控制板、摄像头以及传感器模组;所述安装壳体的两侧均固定连接有安装块,一侧所述安装块之间固定连接有连接杆,所述连接杆上固定连接有尼龙绑带,另一侧所述安装块处安装有绑带松紧调节机构;所述安装壳体的背部设置有橡胶弧形板,所述橡胶弧形板的内壁上固定连接有弹簧,所述弹簧远离橡胶弧形板一端与安装壳体固定连接,所述橡胶弧形板与安装壳体之间还设置有压力传感器,所述压力传感器固定连接在安装壳体的外壁面上。

优选地,所述绑带松紧调节机构包括有伺服电机和驱动杆,所述伺服电机固定安装在安装壳体内部,所述驱动杆转动连接在安装壳体内部,所述伺服电机的输出轴上固定连接有蜗杆,所述驱动杆的中间位置处固定连接有蜗轮,所述蜗杆与蜗轮啮合连接。

优选地,所述绑带松紧调节机构还包括有驱动辊和从动辊,所述驱动辊转动连接在安装壳体上,所述从动辊转动连接在安装块之间,所述驱动杆的上下两端固定连接有主动链条盘,所述驱动辊的上下两端固定连接有从动链条盘,所述主动链条盘和从动链条盘之间环绕连接有联动链条;所述驱动辊的顶端和底端还固定连接有驱动齿轮,所述从动辊的顶端和底端固定连接有从动齿轮,所述驱动齿轮与从动齿轮啮合连接,所述驱动辊和从动辊的表面均固定连接有防滑凸起。

优选地,所述传感器模组包括有温度传感器、湿度传感器、GPS定位传感器、延误烟雾传感器、风速传感器、大气压力传感器和雨量传感器。

与现有技术相比,本发明提供了基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统及装置,具备以下有益效果:

(1)本发明提出了一种基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,采用了模块化的设计,通过对北斗卫星系统以及图像识别技术的应用,是否发生火灾,北斗精准定位发生火灾的地点提供给消防人员,同时后台根据风向、地理位置等信息为消防员提供必要的救火和逃生路线。基于北斗卫星和图像识别的森林防火预警监测系统能够实现无人值守不间断工作,自动对视频图像信息进行分析判断,及时发现监控区域内的异常烟雾和火势面头,以最快、最佳的方式进行火灾告警和火势分析,能有效的协助消防人员处理火灾危机,并最大限度的降低误报和漏报现象,同时还可查看现场实时图像,根据直观的画面直接指挥调度救火工作;同时还能对所监测的环境信息进行分析,构建火险蔓延预测模型,有效的对可能发生火险位置进行预测,同时对已发生火灾区域的火情蔓延进行预测。

(2)本发明还提出了一种与森林火灾监测预警系统相匹配的森林火灾监测预警装置,本装置在安装壳体内部安装有摄像头以及传感模组,能够及时、准确对森林中的各种环境数据信息进行监测,为森林火灾监测预警系统通过有效的数据来源,同时也能及时对火灾位置、信息、火情大小等进行上传,以便及时作出应对;除此之外,本装置通过尼龙绑带以及绑带松紧调节机构固定在监测点的树木上,使用时,将尼龙绑带环绕在树干上,末端穿过绑带松紧调节机构的驱动辊和从动辊,启动伺服电机,带动蜗杆旋转,蜗杆旋转时带动与之啮合连接的蜗轮以及驱动杆旋转,驱动杆顶端的主动链条盘通过联动链条带动从动链条盘以及驱动辊旋转,而驱动辊通过两端的驱动齿轮联立带动从动齿轮和从动辊发生反向旋转,从而可以带动尼龙绑带收缩,直至装置本体稳定固定在树干上;更进一步的,本装置在安装壳体的背部通过弹簧连接有橡胶弧形板,同时在橡胶弧形板与安装壳体之间安装有压力传感器,在装置本体服役监测过程中,树干必然会逐渐生长变粗,会挤压橡胶弧形板,使其对压力传感器的压力变大,当压力达到设定的阈值时,自动启动伺服电机反向旋转,放松尼龙绑带,采用此设计,能够有效防止装置本体对树木生长的影响,减小对树木的损伤,同时由于本装置采用的蜗轮蜗杆的设计具有自锁性质,进而可以保证装置本体可以稳定的安装固定在树干上。

附图说明

图1为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统的框架结构示意图;

图2为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统的数据采集子系统组成结构示意图;

图3为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统的森林火险天气指标子系统组成结构示意图;

图4为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统的控制中心子系统组成结构示意图;

图5为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统的应急响应子系统组成结构示意图;

图6为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置的结构示意图;

图7为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置的背部结构示意图;

图8为本发明提出的基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置的绑带松紧调节机构的结构示意图。

图中标号说明:

1、安装壳体;2、透明保护罩;3、透气孔;4、安装块;5、尼龙绑带;6、绑带松紧调节机构;601、伺服电机;602、驱动杆;603、蜗杆;604、蜗轮;605、驱动辊;606、从动辊;607、主动链条盘;608、从动链条盘;609、联动链条;610、驱动齿轮;611、从动齿轮;7、橡胶弧形板;8、弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。

实施例1:

请参阅图1-5,基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,包括有森林火灾监测预警系统,森林火灾监测预警系统上链接有数据采集子系统,数据采集子系统与森林火险天气指标子系统相链接,森林火险天气指标子系统上链接有控制中心子系统和应急响应子系统;

数据采集子系统,与外置森林火灾监测预警装置内的传感器模块相匹配,通过无线传感器网络采集环境温度、湿度、大气压力、烟雾、光亮度等重要数据,进行预处理以后,与节点位置、时间等信息实时传输到控制中心服务器,帮助防火部门有效地确定方案,快速的监测到潜在的风险;

森林火险天气指标子系统,结合数据采集子系统现场监测采集到的观测数据,对其进行数理统计分析,综合考虑天气、可燃物含水量、火行为等因素,建立经验曲线并制表,同时结合WSN与“3S”技术,构建火险蔓延预测模型,用于及时对森林火险进行预警;

控制中心子系统,处理来自森林火险天气指标子系统的所有信息,首先,结合GIS系统,确定传感器节点与火险的位置、地形以及森林资源的各种属性,对异常情况报警;然后,完成林火行为分析,预测火灾蔓延方向;最后,实时显示火情监测信息,并将所有信息置于web服务器;GIS系统与北斗卫星系统和图像识别技术相结合,可实现精准的位置定位和信息获取;

应急响应子系统,保证远程用户包括管理部门能够通过web浏览器实时掌握控制中心的火线监测信息,根据检测信息制定相应的扑救措施。

数据采集子系统上链接有环境数据传感器采集模块、定位模块和火点监测模块,环境数据传感器采集模块上包括有温度传感器单元、湿度传感器单元、烟雾传感器单元和大气压力传感器单元;定位模块包括有位置传感器单元和时间监测单元。

森林火险天气指标子系统上链接有最初蔓延指标模块、落叶层湿度码模块和细小可燃物湿度码模块,最初蔓延指标模块上链接有第一风速监测单元;落叶层湿度码模块上链接有下层落叶层湿度码子模块和干旱码子模块,下层落叶层湿度码子模块上链接有第一降雨量监测单元、第一湿度监测单元和第一温度监测单元;干旱码子模块上链接有第二降雨量监测单元和第二温度监测单元;细小可燃物湿度码模块上链接有第三降雨量监测单元、第二湿度监测单元、第二风速监测单元和第三温度监测单元。

控制中心子系统上链接有数据处理与分析模块、火险预报模块、火灾蔓延预测模块和火情监测模块。

应急响应子系统上链接有火情信息实时传输与展示模块和应急方案制定模块。

本发明提出了一种基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警系统,采用了模块化的设计,通过对北斗卫星系统以及图像识别技术的应用,是否发生火灾,北斗精准定位发生火灾的地点提供给消防人员,同时后台根据风向、地理位置等信息为消防员提供必要的救火和逃生路线。基于北斗卫星和图像识别的森林防火预警监测系统能够实现无人值守不间断工作,自动对视频图像信息进行分析判断,及时发现监控区域内的异常烟雾和火势面头,以最快、最佳的方式进行火灾告警和火势分析,能有效的协助消防人员处理火灾危机,并最大限度的降低误报和漏报现象,同时还可查看现场实时图像,根据直观的画面直接指挥调度救火工作;同时还能对所监测的环境信息进行分析,构建火险蔓延预测模型,有效的对可能发生火险位置进行预测,同时对已发生火灾区域的火情蔓延进行预测。

实施例2:

请参阅图6-8,基于实施例1但有所不同之处在于,

基于北斗卫星和图像识别的森林火灾监测预警装置,包括有安装壳体1,安装壳体1采用弧形前板设计,弧形前板上侧固定连接有透明保护罩2,弧形前板下侧开设有透气孔3,安装壳体1的内部集成安装有蓄电池、控制板、摄像头以及传感器模组;安装壳体1的两侧均固定连接有安装块4,一侧安装块4之间固定连接有连接杆,连接杆上固定连接有尼龙绑带5,另一侧安装块4处安装有绑带松紧调节机构6;安装壳体1的背部设置有橡胶弧形板7,橡胶弧形板7的内壁上固定连接有弹簧8,弹簧8远离橡胶弧形板7一端与安装壳体1固定连接,橡胶弧形板7与安装壳体1之间还设置有压力传感器,压力传感器固定连接在安装壳体1的外壁面上。

绑带松紧调节机构6包括有伺服电机601和驱动杆602,伺服电机601固定安装在安装壳体1内部,驱动杆602转动连接在安装壳体1内部,伺服电机601的输出轴上固定连接有蜗杆603,驱动杆602的中间位置处固定连接有蜗轮604,蜗杆603与蜗轮604啮合连接。

绑带松紧调节机构6还包括有驱动辊605和从动辊606,驱动辊605转动连接在安装壳体1上,从动辊606转动连接在安装块4之间,驱动杆602的上下两端固定连接有主动链条盘607,驱动辊605的上下两端固定连接有从动链条盘608,主动链条盘607和从动链条盘608之间环绕连接有联动链条609;驱动辊605的顶端和底端还固定连接有驱动齿轮610,从动辊606的顶端和底端固定连接有从动齿轮611,驱动齿轮610与从动齿轮611啮合连接,驱动辊605和从动辊606的表面均固定连接有防滑凸起。

传感器模组包括有温度传感器、湿度传感器、GPS定位传感器、延误烟雾传感器、风速传感器、大气压力传感器和雨量传感器。

本发明提出了一种与森林火灾监测预警系统相匹配的森林火灾监测预警装置,本装置在安装壳体1内部安装有摄像头以及传感模组,能够及时、准确对森林中的各种环境数据信息进行监测,为森林火灾监测预警系统通过有效的数据来源,同时也能及时对火灾位置、信息、火情大小等进行上传,以便及时作出应对;除此之外,本装置通过尼龙绑带5以及绑带松紧调节机构6固定在监测点的树木上,使用时,将尼龙绑带5环绕在树干上,末端穿过绑带松紧调节机构6的驱动辊605和从动辊606,启动伺服电机601,带动蜗杆603旋转,蜗杆603旋转时带动与之啮合连接的蜗轮604以及驱动杆602旋转,驱动杆602顶端的主动链条盘607通过联动链条609带动从动链条盘608以及驱动辊605旋转,而驱动辊605通过两端的驱动齿轮610联立带动从动齿轮611和从动辊606发生反向旋转,从而可以带动尼龙绑带5收缩,直至装置本体稳定固定在树干上;更进一步的,本装置在安装壳体1的背部通过弹簧8连接有橡胶弧形板7,同时在橡胶弧形板7与安装壳体1之间安装有压力传感器,在装置本体服役监测过程中,树干必然会逐渐生长变粗,会挤压橡胶弧形板7,使其对压力传感器的压力变大,当压力达到设定的阈值时,自动启动伺服电机601反向旋转,放松尼龙绑带5,采用此设计,能够有效防止装置本体对树木生长的影响,减小对树木的损伤,同时由于本装置采用的蜗轮604蜗杆603的设计具有自锁性质,进而可以保证装置本体可以稳定的安装固定在树干上。

以上,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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