基于无线传感器网络定位技术的森林火灾监测研究

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森林是人类生存和可持续发展的宝贵资源,往往由于人为因素或自然因素的影响,而饱受森林火灾的致命侵害,严重威胁和损害森林生态和人类生命财产安全。森林防火是一项长期的、艰巨的工作。由于无线传感器网络在无人值守的环境监测、灾害扑救等特殊领域,具有传统技术无可比拟的优势,基于无线传感器网络的森林火险实时监测预警技术在国外已经引起高度重视,并进行了研究应用。然而,我国在这方面的报道尚未见到,利用无线传感器网络进行森林火险监测具有很大的研究潜力和广阔的应用前景。   分析了各种森林火灾监测方法存在的一些不足,以传感器网络体系结构以及各种支撑技术为基础,提出了基于无线传感器网络定位技术的森林火灾监测方案,该方案中,由传感器节点来实现森林火点监测的功能,重点分析了火点定位的问题,并提出了一种新的无线传感器节点定位算法,该算法假设在被监测森林边缘布置一个移动锚节点,且锚节点可沿赢线轨迹来回移动,通过该锚节点实现森林区域内布置的传感器节点定位。在定位过程中,引入“唤醒时间预测”概念,通过预测唤醒时间的休眠/唤醒方式,使定位期间的节点按需要进入休眠或活跃状态,减少活跃节点数目,达到降低网络节点定位总功耗的目的。该算法的定位精度与网络的连通性、节点密度、节点无线通信范围无关,避免了各种客观条件的制约;由于采用非测距的方式,网络中的传感器节点无需配备额外的定位硬件,节点成本低;定位算法简单,节点定位时间短,充分利用锚节点的信息,实现传感器节点高精度定位。   理论分析和仿真实验表明,相对于DV-Hop、Centroid两种典型非测距的定位算法,该算法平均定位误差小、能耗低,且定位误差不受传感器通信范围、节点密度、监测区域大小等因素的影响,是一种低成本、应用范围广且复杂度低的WSN定位新技术,适用于森林火灾的监测。将WSN应用到森林火灾监测中,可提高森林火灾预测的可靠性、火灾扑救的科学性和高效性以及灾后评估的快速性与准确性。
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