论文部分内容阅读
[摘 要]无线传感器网络技术最早起源于20世纪90年代，这项技术在提出之后就被成功应用到各类社会生活中，如天然气管道的泄露检测和矿井安全检测等，并取得了良好的应用成果。就目前来讲，森林火灾对生态环境和人们生活的影响是巨大的，因其具备突发性和破坏性较大的特性，一旦发生就会在林地内快速蔓延很难控制，为此，需要借助无线传感器网络技术对森林区域的实际情况进行感知，文中就对无线传感器网络技术在森林防火中的应用进行探讨，希望可以有效降低森林火灾的发生几率。
[关键词]传感器；无线网络；节点；森林防火
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0393-01
传感器网络在21世纪之后受到多个领域学者和专家的认可，因其传感器可以同时感知覆盖区域内的温度、湿度、声音、压力、物体大小速度等多种信息。在路由器的作用下，可以将传感器节点收集到的各类信息通过网络传递给用户，用户可以根据获取到的信息分析对应区域的实际情况，以便于及时采取应对措施。在森林防火中的应用也是以此种形式，通过传感器节点获取的区域环境信息，通过对信息处理的分析了解森林内的实际情况，当感知到区域内的温度过高可能引发火灾时，需要采用有效的措施进行处理，进而达到森林防火的目的。
一、无线传感器网络技术
1、无线传感器网络的组成和作用
无线网络技术是由多个无线节点组成，节点之间通过无线电波或者光波完成通信的网络。鉴于无线网络需要具备一定的网络覆盖面，并且能够完成对覆盖区域内感知对象的信息采集和处理工作，为此，需要大量智能、低损耗的传感器以某种网络协议共同组成。无线网络技术的主要作用就是将覆盖区域的感知对象的信息反馈给观察者。因其信息采集技术和处理技术相对完善在多个领域均能得到良好应用，为此受到部分人的认可，成为现阶段较为重要的技术之一。
无线传感器网络节点的通信功能、数据采集功能和处理功能可以实现对大多数目标环境的信息采集和处理，并且在各类功能的协同作用下完成通信任务。传感器节点的功能模块包括电源管理、传感器、微处理器和存储器等。其中电源管理模块的主要作用是为其他功能模块的设备提供能源支持；传感器的主要作用为对外界的信息进行感知和获取，将信号处理电路转换成数字信号，便于网络传输；微处理器担负着协调配置的作用，将传感器获取的信息处理、保存等工作进行合理配置，保证无线传感器节点的各项功能能够协调作用发挥出最佳的职能作用。
2、无线传感器网络定位技术
在传感器网络中，传感器节点自身的正确位置是提供监测事件位置信息的前提。下面将列举目前常见的定位算法和数学工具：根据定位过程中是否测量实际节点的位置，把定位算法分为：基于距离的（range-based）定位算法和距离无关的（range-free）定位算法。前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位（一般这种方法，需要使用GPS定位，对节点能量损耗比较大，并且受环境影响较大，代价昂贵），并利用节点间的时间距离来计算未知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点位置。（这种方法的缺点在于，其精度和测距的范围受到传感器节点的功率、网络密度、和环境的影响。）
3、仿真结果
仿真在matlab7.0的环境下进行，在100x100网络部署配置环境中随机选择某分布节点进行分析。APIT在已知节点少的情况下，其定位精度有明显的偏差，随着已知节点的增加，其定位精度迅速提高到较高的精度，而质心算法在已知节点少的情况下，定位效果非常差，虽然随着已知节点的增加其定位精度收敛比较慢，并没有良好的效果。
二、森林防火的重要和紧迫性
森林火灾指的是那些自然引发的，无法通过人为控制的，在林地中快速蔓延和扩展的一类自然灾害。森林火灾的发生会对林地周边的生态系统和居民带来极大的危害，严重的可能会为人们的生命财产造成影响。同时，森林火灾一旦发生很难控制，具有极大的破坏性且属于突发灾害，为救援工作带来很大难度。我国的森林火灾发生率较高，仅2014年间就发生的3000多起森林火灾，受灾面积可达1.91万hm2，为周边的居民生活带来极大影响，同时也为我国造成了大量的经济损失。在对以往发生的森林火灾进行分析之后可以发现，清明时节和南方干旱少雨的季节属于森林火灾多发的时节，南方的赣州地区就集中发生了多次森林火灾，为当地居民的正常生活带来严重影响。要想改变这种局势，降低森林火灾的危害，就需要从提升森林防火意识入手，加强对森林火灾的检测和监督工作，从根本上杜绝森林火灾的发生。
三、无线传感器网络技术在森林防火中的应用
无线传感器在森林防护中的主要作用为对森林中的环境信息进行收集，包括温度、光度以及烟雾等信息。无线传感器对上述信息进行采集之后，将获取到的信息反馈给基站，并由基站将信息传输到森林防火中心。森林防火控制中心在对传感器节点的相关信息进行分析之后找出可能产生火灾的因素，并采取有效的措施对各项引发火灾的条件进行改进，降低火灾发生的几率。除此之外，传感器的类型多样，部分还支持对温度或者相关条件进行设定，当传感器的节点实际感知的数据超出设定值时就会发出预警数据，提升森林防火控制中心提供更加可靠的信息数据。
（1）定温差动式感温无线传感器：森林火灾检测中，无线传感器感知信息的准确性与森林防火工作的质量密切相关，为了保证感知数据的准确性，我们可以采用定温差动式感温无线传感器，其中的定温元件和差动元件可以实现对温度的同时测定，通过两种温度感知方式，来提升数据的准确性，在设置温度值之后，只有两种感知元件所感知的温度同时超出设定值时才会发出报警信息，很大程度上提升了感知信息的准确性。
（2）感光无线传感器：它的主要作用是对覆盖区域的光线信息进行感知，林地中一旦发生火灾险情时，物质燃烧的过程中产生的火焰溫度可达1000℃以上，此时会形成不同波长的紫外线和可见光，届时感光无线传感器会在第一时间发现火灾区域并将具体位置信息和温度信息传输至基站，再由基站转至森林防护控制中心，让其在第一时间了解森林火情，找出最佳的灭火措施，将森林火灾的危害降至最低。
（3）差动式感温无线传感器：它在森林防火中的主要作用是在某一时间段内温度达到定值时发出预警信息，指的是在短时间内，温度提升速度过快，此时很容易引发火灾，当无线传感器发出预警信息之后，森林火灾控制中心应该及时采取措施对林地内的温度进行控制，确保不会发生森林火灾。
结语
无线传感器网络技术在森林防火中的应用有助于及时发现火灾险情，为抢险人员获取更多的抢险时间，降低森林火灾的影响。文中在对无线传感器网络技术进行分析之后，对森林防火的紧迫性和重要性进行探讨，之后对无线传感器网络技术在森林防火中的应用进行分析。实际上无线传感器可以分成多个类型，为了保证获取信息的准确性，可以选取多个传感器进行综合应用，当全部信息呈现高度一致性则代表感知信息准确，森林防火控制中心需要对感知信息进行实时观测，争取在发现火情的第一时间做出应急反应，给出救助方案。
参考文献
[1] 赵华哲.应用于森林防火监测无线传感网络信息融合方法研究[D].南昌航空大学，2013.
[2] 田仲富，王述洋，黄英来.基于无线传感器的嵌入式森林防火智能监测系统[J].智能系统学报，2014（6）；
[3] 陈静.面向森林火灾监测的无线传感器网络定位算法的研究[D].北京邮电大学，2015.
[关键词]传感器；无线网络；节点；森林防火
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0393-01
传感器网络在21世纪之后受到多个领域学者和专家的认可，因其传感器可以同时感知覆盖区域内的温度、湿度、声音、压力、物体大小速度等多种信息。在路由器的作用下，可以将传感器节点收集到的各类信息通过网络传递给用户，用户可以根据获取到的信息分析对应区域的实际情况，以便于及时采取应对措施。在森林防火中的应用也是以此种形式，通过传感器节点获取的区域环境信息，通过对信息处理的分析了解森林内的实际情况，当感知到区域内的温度过高可能引发火灾时，需要采用有效的措施进行处理，进而达到森林防火的目的。
一、无线传感器网络技术
1、无线传感器网络的组成和作用
无线网络技术是由多个无线节点组成，节点之间通过无线电波或者光波完成通信的网络。鉴于无线网络需要具备一定的网络覆盖面，并且能够完成对覆盖区域内感知对象的信息采集和处理工作，为此，需要大量智能、低损耗的传感器以某种网络协议共同组成。无线网络技术的主要作用就是将覆盖区域的感知对象的信息反馈给观察者。因其信息采集技术和处理技术相对完善在多个领域均能得到良好应用，为此受到部分人的认可，成为现阶段较为重要的技术之一。
无线传感器网络节点的通信功能、数据采集功能和处理功能可以实现对大多数目标环境的信息采集和处理，并且在各类功能的协同作用下完成通信任务。传感器节点的功能模块包括电源管理、传感器、微处理器和存储器等。其中电源管理模块的主要作用是为其他功能模块的设备提供能源支持；传感器的主要作用为对外界的信息进行感知和获取，将信号处理电路转换成数字信号，便于网络传输；微处理器担负着协调配置的作用，将传感器获取的信息处理、保存等工作进行合理配置，保证无线传感器节点的各项功能能够协调作用发挥出最佳的职能作用。
2、无线传感器网络定位技术
在传感器网络中，传感器节点自身的正确位置是提供监测事件位置信息的前提。下面将列举目前常见的定位算法和数学工具：根据定位过程中是否测量实际节点的位置，把定位算法分为：基于距离的（range-based）定位算法和距离无关的（range-free）定位算法。前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位（一般这种方法，需要使用GPS定位，对节点能量损耗比较大，并且受环境影响较大，代价昂贵），并利用节点间的时间距离来计算未知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而是利用节点间的估计距离计算节点位置。（这种方法的缺点在于，其精度和测距的范围受到传感器节点的功率、网络密度、和环境的影响。）
3、仿真结果
仿真在matlab7.0的环境下进行，在100x100网络部署配置环境中随机选择某分布节点进行分析。APIT在已知节点少的情况下，其定位精度有明显的偏差，随着已知节点的增加，其定位精度迅速提高到较高的精度，而质心算法在已知节点少的情况下，定位效果非常差，虽然随着已知节点的增加其定位精度收敛比较慢，并没有良好的效果。
二、森林防火的重要和紧迫性
森林火灾指的是那些自然引发的，无法通过人为控制的，在林地中快速蔓延和扩展的一类自然灾害。森林火灾的发生会对林地周边的生态系统和居民带来极大的危害，严重的可能会为人们的生命财产造成影响。同时，森林火灾一旦发生很难控制，具有极大的破坏性且属于突发灾害，为救援工作带来很大难度。我国的森林火灾发生率较高，仅2014年间就发生的3000多起森林火灾，受灾面积可达1.91万hm2，为周边的居民生活带来极大影响，同时也为我国造成了大量的经济损失。在对以往发生的森林火灾进行分析之后可以发现，清明时节和南方干旱少雨的季节属于森林火灾多发的时节，南方的赣州地区就集中发生了多次森林火灾，为当地居民的正常生活带来严重影响。要想改变这种局势，降低森林火灾的危害，就需要从提升森林防火意识入手，加强对森林火灾的检测和监督工作，从根本上杜绝森林火灾的发生。
三、无线传感器网络技术在森林防火中的应用
无线传感器在森林防护中的主要作用为对森林中的环境信息进行收集，包括温度、光度以及烟雾等信息。无线传感器对上述信息进行采集之后，将获取到的信息反馈给基站，并由基站将信息传输到森林防火中心。森林防火控制中心在对传感器节点的相关信息进行分析之后找出可能产生火灾的因素，并采取有效的措施对各项引发火灾的条件进行改进，降低火灾发生的几率。除此之外，传感器的类型多样，部分还支持对温度或者相关条件进行设定，当传感器的节点实际感知的数据超出设定值时就会发出预警数据，提升森林防火控制中心提供更加可靠的信息数据。
（1）定温差动式感温无线传感器：森林火灾检测中，无线传感器感知信息的准确性与森林防火工作的质量密切相关，为了保证感知数据的准确性，我们可以采用定温差动式感温无线传感器，其中的定温元件和差动元件可以实现对温度的同时测定，通过两种温度感知方式，来提升数据的准确性，在设置温度值之后，只有两种感知元件所感知的温度同时超出设定值时才会发出报警信息，很大程度上提升了感知信息的准确性。
（2）感光无线传感器：它的主要作用是对覆盖区域的光线信息进行感知，林地中一旦发生火灾险情时，物质燃烧的过程中产生的火焰溫度可达1000℃以上，此时会形成不同波长的紫外线和可见光，届时感光无线传感器会在第一时间发现火灾区域并将具体位置信息和温度信息传输至基站，再由基站转至森林防护控制中心，让其在第一时间了解森林火情，找出最佳的灭火措施，将森林火灾的危害降至最低。
（3）差动式感温无线传感器：它在森林防火中的主要作用是在某一时间段内温度达到定值时发出预警信息，指的是在短时间内，温度提升速度过快，此时很容易引发火灾，当无线传感器发出预警信息之后，森林火灾控制中心应该及时采取措施对林地内的温度进行控制，确保不会发生森林火灾。
结语
无线传感器网络技术在森林防火中的应用有助于及时发现火灾险情，为抢险人员获取更多的抢险时间，降低森林火灾的影响。文中在对无线传感器网络技术进行分析之后，对森林防火的紧迫性和重要性进行探讨，之后对无线传感器网络技术在森林防火中的应用进行分析。实际上无线传感器可以分成多个类型，为了保证获取信息的准确性，可以选取多个传感器进行综合应用，当全部信息呈现高度一致性则代表感知信息准确，森林防火控制中心需要对感知信息进行实时观测，争取在发现火情的第一时间做出应急反应，给出救助方案。
参考文献
[1] 赵华哲.应用于森林防火监测无线传感网络信息融合方法研究[D].南昌航空大学，2013.
[2] 田仲富，王述洋，黄英来.基于无线传感器的嵌入式森林防火智能监测系统[J].智能系统学报，2014（6）；
[3] 陈静.面向森林火灾监测的无线传感器网络定位算法的研究[D].北京邮电大学，2015.