窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用

余淑婷 黃倩文 謝秀齊

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。在森林火災(zāi)發(fā)生后，對(duì)火情的掌控成為撲滅林火的重要一環(huán)。本文將窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無人機(jī)和火情檢測(cè)傳感器等相結(jié)合，構(gòu)建森林火災(zāi)監(jiān)察與防控系統(tǒng)。

森林資源屬于人類共同財(cái)產(chǎn)的一部分，不僅能為國家建設(shè)和人們?nèi)粘；顒?dòng)供應(yīng)原木以及相應(yīng)的林副產(chǎn)品，同時(shí)有著凈化污水、降低噪音、防止水土流失、凈化空氣和氣候調(diào)節(jié)等多種責(zé)任，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，如果不及時(shí)控制火情，就會(huì)導(dǎo)致大量森林資源的浪費(fèi)，因此，開展對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)察尤為重要。窄帶物聯(lián)網(wǎng)作為萬物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要分支，具有覆蓋廣、支撐連接能力強(qiáng)以及低功耗等特點(diǎn)，目前在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本文提出將窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無人機(jī)和火情檢測(cè)傳感器相結(jié)合，以達(dá)到對(duì)森林火災(zāi)監(jiān)察與防控的目的。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，各種智能化設(shè)備、人物感應(yīng)技術(shù)等逐漸普及到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域?；ヂ?lián)網(wǎng)經(jīng)過多年的發(fā)展以及智能化應(yīng)用設(shè)施的大量應(yīng)用，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）是IoT領(lǐng)域基于蜂窩的一種新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少和架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)，使用窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以極大地降低數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，縮短傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間，提高了數(shù)據(jù)的時(shí)效性，有利于地面人員更好地分析火情火勢(shì)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的帶寬和功耗較低，意味著終端模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊的使用和維護(hù)成本都相對(duì)比較低。

防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)行方案

系統(tǒng)采用地面和空中雙聯(lián)動(dòng)，地面由救援人員、5G基站以及接收5G回傳數(shù)據(jù)的終端服務(wù)器組成，空中由無人機(jī)以及無人機(jī)搭載多個(gè)傳感器的設(shè)備組成。

系統(tǒng)總體可分為三大模塊：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示，空中方面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)獲取，地面方面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理及顯示。其工作流程如下：無人機(jī)起飛后，救援人員通過地面控制系統(tǒng)操縱無人機(jī)起飛降落和檢測(cè)功能；無人機(jī)獲取指令后，調(diào)用搭載的傳感器，將氣象數(shù)據(jù)、火勢(shì)、火勢(shì)集中點(diǎn)和火勢(shì)蔓延度等數(shù)據(jù)發(fā)送給地面的5 G基站；5 G基站接受到數(shù)據(jù)以后，將數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)給服務(wù)器，經(jīng)過服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理以后，將數(shù)據(jù)通過可視化的方式在前端實(shí)時(shí)顯示。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)在無人機(jī)森林防火中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的森林防火多數(shù)采用瞭望塔，通過瞭望塔建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行防范，效率低、成本高，而采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以較好地解決以上問題。窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)顯著，是傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙和WiFi等短距離傳輸技術(shù)無法比擬的，與無人機(jī)和火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，簡(jiǎn)化火情檢測(cè)數(shù)據(jù)通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬲镜姆爆嵾^程。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上設(shè)備運(yùn)用分距離控制面和數(shù)據(jù)面，把控制信息都集中于控制器中，降低數(shù)據(jù)面因需要兼顧控制信息而產(chǎn)生的超負(fù)荷延時(shí)。軟件設(shè)計(jì)上根據(jù)不同延時(shí)需求，針對(duì)不同業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同超時(shí)進(jìn)行控制，提高設(shè)備的可延伸性。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用數(shù)據(jù)與檢測(cè)分離技術(shù)大大縮短數(shù)據(jù)整合時(shí)間。

本文以基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用展開論述。通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)接收傳感器傳遞的數(shù)據(jù)向無人機(jī)發(fā)送指令，將無人機(jī)、檢測(cè)器與地面系統(tǒng)連接起來，降低了數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，提高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳遞速度，方便地面人員掌握火情，進(jìn)行及時(shí)撲滅。

基金項(xiàng)目：2020年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202013720001）；2019年廣東理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)扶持基金項(xiàng)目（01）；廣東理工學(xué)院在線開放課程應(yīng)用（ZXKCYY2019012）