NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)分析

田洋

摘要：基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IOT技術(shù)原理，聯(lián)合煙霧傳感器、紅外傳感器制作一個在火災(zāi)發(fā)生時能及時檢測到火災(zāi)的探測報(bào)警裝置，可完全避免復(fù)雜的安裝天線，還擁有超高密集的連接數(shù)，即使同時接入數(shù)萬臺設(shè)備，也能安全穩(wěn)定的工作。借助NB-IOT無線網(wǎng)絡(luò)的超強(qiáng)的信號覆蓋范圍，可以有效避免森林中沒有信號的情況。接下來，文章重點(diǎn)對NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)展開分析。

關(guān)鍵詞：NB-IOT物聯(lián)網(wǎng);森林;安防系統(tǒng)

火災(zāi)給人類帶來災(zāi)難，給國家和人民造成損失。而森林火災(zāi)每年全世界每年平均發(fā)生20多萬次，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的1%以上。中國每年平均發(fā)生森林火災(zāi)約1萬多次，燒毀森林幾十萬至上百萬公頃，約占全國森林面積的5～8%。森林火災(zāi)不僅燒死、燒傷林木，直接減少森林面積，而且嚴(yán)重破壞森林結(jié)構(gòu)和森林環(huán)境，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，森林生物量下降，生產(chǎn)力減弱，益獸益鳥減少，甚至造成人畜傷亡。就例如2019年3月30日年的四川森林火災(zāi)，除去物力財(cái)力的損失，因?yàn)閾浠鸲鵂奚木然鹑藛T就有30個，年紀(jì)最小的才有19歲;2020年3月30日西昌市瀘山發(fā)生森林火災(zāi)，又犧牲了19名人員。高強(qiáng)度的大火，能破壞土壤的化學(xué)、物理性質(zhì)，降低土壤的保水性和滲透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼澤化。而且每年因?yàn)閾錅缟稚交鸲紩邢廊藛T的犧牲，造成人力物力上不可挽回的后果。

森林山火造成的損失，不僅僅是因?yàn)樯掷锎蟛糠治镔|(zhì)容易引燃，更多的是著火時沒有及時的發(fā)現(xiàn)，等到發(fā)現(xiàn)火情時，火勢已經(jīng)失去了控制，造成的損失也就非常的大，想撲滅也非常的困難。如果我們能在火災(zāi)出現(xiàn)時就及時發(fā)現(xiàn)并且在沒有大范圍著火時將其撲滅，可有效減少火災(zāi)引發(fā)的損失和傷亡。所以，有必要分析并設(shè)計(jì)NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)，以在發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情時可第一時間發(fā)現(xiàn)并處置。

一、NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)原理

我們在研究森林火災(zāi)時發(fā)現(xiàn)，森林火災(zāi)有兩大特點(diǎn)，一是會產(chǎn)生濃煙，二是會使環(huán)境溫度升高，我們的報(bào)警器就是通過檢測濃煙和溫度來報(bào)警的。將報(bào)警裝置提前放置在森林里，以區(qū)域式展開，按照每隔2.5平方公里的范圍安裝一個報(bào)警器，從而組成一張網(wǎng)來實(shí)時檢測森林情況，每一個報(bào)警器都有一個固定位置。煙霧傳感器內(nèi)部的反射管與接收管內(nèi)置于光學(xué)迷宮中以屏蔽外界干擾，當(dāng)發(fā)生火情有煙霧進(jìn)入時，接收管接受信號減弱，一但煙霧達(dá)到濃度閾值，探測器觸發(fā)報(bào)警，指示燈閃爍蜂鳴器發(fā)出報(bào)警并上傳報(bào)警信號;另外，紅外溫度傳感器檢測到溫度異常時也會將報(bào)警信息通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)信號發(fā)送到遠(yuǎn)處的基站，兩個傳感器同時存在可以準(zhǔn)確高效的檢測出森林中的火災(zāi)，然后再將數(shù)據(jù)（報(bào)警位置，報(bào)警時間）通過微信、短信和電話發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人，由負(fù)責(zé)人通知相關(guān)消防部門前去指定位置滅火，從而達(dá)到早發(fā)現(xiàn)，著火點(diǎn)準(zhǔn)確，快速滅火，減少損失的目的。

二、系統(tǒng)硬件構(gòu)成

NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)硬件，分別是紅外溫度傳感器、煙霧傳感器、CO傳感器和太陽能電視電源系統(tǒng)。主控芯片為MCU處理器，其功耗低，性能比較穩(wěn)定，且具有較高可靠性，工作頻率可高至72MHz。存儲器選擇Flash 32-512 KB以及SRAM 6-64 KB，數(shù)據(jù)傳輸、待機(jī)停機(jī)以及圖像采集等能力優(yōu)越[1]。紅外溫度傳感器選擇A2TPMI的傳感器，內(nèi)置TPS334L5.5熱點(diǎn)堆傳感器及相關(guān)電路，并繼承了硅透鏡，i2C接口，視窗角度5度，TO39封裝。煙霧傳感器選擇MQ-2，基于煙霧會對帶電粒子運(yùn)動產(chǎn)生干擾的特性，在電離室內(nèi)安裝放射源镅241，在監(jiān)測電離室電壓、電流改變基礎(chǔ)上獲得煙霧情況。NB-IOT模塊選擇BC-95模塊，并選擇內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和IPV4/IPV6協(xié)議棧，其功耗偏低，尺寸較為緊湊，體重輕，僅有1.6g，可靠性較高[2]。

三、系統(tǒng)軟件構(gòu)成

系統(tǒng)選擇HTML5開發(fā)應(yīng)用軟件，可經(jīng)PC瀏覽器以及手機(jī)APP展開實(shí)時監(jiān)測，對前端數(shù)據(jù)加以訪問，并可發(fā)出控制指令?；贖TML5實(shí)現(xiàn)APP應(yīng)用開發(fā)，用戶無需下載應(yīng)用即可使用軟件。用戶端通過手機(jī)、平板或PC均可經(jīng)HTML5相關(guān)應(yīng)用軟件對系統(tǒng)展開監(jiān)視及控制?？蛻舳塑浖饕O(shè)計(jì)3種功能，即主動查詢、定期自檢、自動預(yù)警，系統(tǒng)和前端傳感器當(dāng)中各項(xiàng)功能終端點(diǎn)能夠展開信息交互[3]。前端傳感器主要分布有CO傳感器、煙霧傳感器和紅外溫度傳感器，利用主控芯片對各種所需環(huán)境數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行采集，并對所采集信息展開分析和計(jì)算，一旦發(fā)現(xiàn)不正?？傻谝粫r間經(jīng)NB-IOT模塊向指揮中心傳輸異常信號，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，工作人員在接收相關(guān)信息后及時對前端情況做出檢查。

四、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試

完成NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作后，要進(jìn)行設(shè)備組裝工作，并展開現(xiàn)場模擬測試。首先在實(shí)驗(yàn)室建立虛擬化的森林現(xiàn)場，各項(xiàng)條件參數(shù)都和森林條件一致，由現(xiàn)場傳感器對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括CO濃度、煙霧度、溫度，之后相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)云平臺傳遞至客戶端。之后人為調(diào)整實(shí)驗(yàn)室條件，包括CO濃度、煙霧度、溫度，此時客戶端中呈現(xiàn)出的系統(tǒng)各項(xiàng)監(jiān)測參數(shù)也在同步改變。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到所設(shè)閾值后，警報(bào)系統(tǒng)自動觸發(fā)，客戶端發(fā)出警報(bào)聲，頁面同步呈現(xiàn)出前端監(jiān)視畫面。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)符合預(yù)期效果。

五、結(jié)束語

森林是大自然的組成部分，是陸地上最大的碳儲庫，哪里有森林，哪里就有生命。我國平均森林覆蓋率為21.63%，森林能夠調(diào)節(jié)氣候變化，也極大的豐富了生態(tài)多樣性。但是森林火災(zāi)嚴(yán)重影響森林生態(tài)功能的發(fā)揮，還會對森林資源及土壤資源產(chǎn)生極大浪費(fèi)和危害，甚至危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)。為最大程度降低森林火災(zāi)危害性，需要深度研究并設(shè)計(jì)NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)森林安防系統(tǒng)，關(guān)注系統(tǒng)優(yōu)化與創(chuàng)新，利用技術(shù)優(yōu)勢及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情，并同步扼殺危險(xiǎn)源。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洋.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)探究[J].中國新通信，2020，22（23）：51-52.

[2]韓振，潘磊.一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化消防安全管理平臺設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2021，{4}（13）：78-79.

[3]張佰國. 面向智慧林業(yè)的智能視頻分析儀軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].北京工業(yè)大學(xué)，2020.