基于物联网的森林火险预警关键技术研究

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目前,由于森林火灾分布广、频率高、危害大等诸多特点,导致一旦发生森林火灾,不仅造成巨大的经济损失,而且破坏了森林资源、扰乱正常秩序、对环境造成严重的污染,世界各国政府给予森林火灾越来越多的关注。作为研究工作者,如何运用物联网、遥感等高科技手段对森林火险进行预警、对森林火灾进行监控,成为当今国内外学者共同的研究热点内容。本文在现有的森林火灾智能安防监控系统的基础上,在详尽阐述系统分析的前提下,运用物联网和计算机技术等现代高新科技为主要实现方式,研究了森林火险预警系统关键技术的实现。森林火灾智能安防监控系统是应用视频、图形图像和GIS等技术监控火灾的发生,并及时发出警报。该系统侧重于火灾发生之后的警报、决策支持等工作。森林火险预警系统则侧重于火灾发生之前的预防工作,通过实时了解森林环境中的真实数据信息(火险可燃物状态指数、气象指数、森林火险区划等级指数和可燃物类型指数)后,重点实现对森林火灾发生之前的预警,及辅助性实现发生火灾之后火灾蔓延的预测。因此,如何收集所需的数据信息;如何保障数据信息的准确性;如何实现数据传输时的可靠性、实时性;如何运用信息正确预测火险等级都是必需解决的技术难点。作为物联网中不可替代的一个重要组成部分,无线传感器网络是集计算机技术、网络通信技术、传感器技术于一体的综合性数据信息处理平台。本文采用无线传感器网络技术进行实时收集所需的数据信息,并且侧重研究了目前无线传感器网络中存在的节点定位精度不高、节点能耗高、网络生存周期短等缺点。针对无线传感器网络中的定位技术及通信组网技术进行了深入探讨,致力于克服非视距环境下的定位误差及其在无线传感器网络定位过程中的累积误差,并提供可依据具体环境,实现传感器节点的最长生存周期的路由协议算法,以便实时的、可靠的进行森林火险预警。主要工作概括如下:(一)、针对导致传统DV-Hop算法的定位精度不高的原因在于获取平均单跳距离Hospi与实际节点间每跳距离差距值较大。提出改进的DV-Hop算法主要在于改进算法中获取平均单跳距离的方式,其一:采用加权求均值的方式:以相应跳数hi为权值再运用公式求出均值;其二:采用策略缩小未知节点的估计区域范围,并且依据质心算法的原理,未知节点的坐标即为缩小之后的估计区域的质心。(二)、在改进的质心算法中,将整个网络依据该区域所覆盖的信标节点个数进行划分,进而形成闭合区域。结合未知节点所接收到的RSSI值,在闭合区域内进一步最小化未知节点的估计区域。估计区域的质心则为未知节点的估计坐标,实验表明该改进型的质心算法比传统质心算法定位精度要高,较普通改进的质心算法的精度也要高。(三)、在研究传感器网络中的数据处理问题上提出两种策略,其一:提出了一种基于局部最优的簇首转发策略;其二提出一种新型算法,该算法由簇的形成、簇首的选择、簇内数据的处理、移动代理的数据收集路线等四个步骤组成。其中采用模糊C均值聚类的方法生成簇的个数;在簇内中心部分,选择多个节点轮循作为簇首,达到均衡消耗簇首能量的目的;在簇首与数据汇聚点间的通信采用簇首与簇首间的传递的方式或运用移动代理采集的方式转输数据,这些策略的目的都是为了避免簇首与数据汇聚点间的长距离地传输导致节点的能量消耗过快。(4)构建实验系统:根据实验目标搭建仿真模拟平台,建立符合实际运用情况的仿真平台,并在此软件环境下得到相关技术的实验结果。
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