胡霞 刘文军 邹欣欣 费鹏

摘要：森林防火工作是国家公共应急体系建设的重要内容，与人民群众生命财产安全休戚相关，也是生态建设的重中之重。自新中国成立以来，森林火灾多次导致了人员的伤亡以及财产的损失，破坏了生态环境，成为林业最可怕的灾害。除了强化管理，加强森林巡查工作，还可以借助于物联网实施森林远程监测，建立森林火灾预警管理系统，便于森林管理人员能在手机、电脑等终端及时发现火灾态势，实时向救援人员提供灾情预警信息，减少了人力物力以及森林资源的损失。该文结合互联网技术，使用湿度传感器、烟雾浓度等设备通过4G网络完成数据采集工作，构建了一个基于Vue.JS的森林火灾监测预警系统，为森林安全智能化监控提供了科学的技术手段。

关键词：森林火灾;物联网;数据可视化

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）36-0162-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

森林生态安全和林业生态建设对于加快我国国土绿化进程、推进林业现代化建设具有重要的现实意义和深远的历史意义。而近年来随着地球温度持续升温，森林火灾事件频繁发生，严重破坏了生态环境平衡，造成了不可挽回的人力物力财力的损失。针对不同的地域情况和时空特点，建设科学、有效的林火监测体系是科学预防森林火灾的重点。物联网的快速发展为森林火灾监测预警管理提出了一种新的解决方案，可以對森林环境进行智能化监控管理，可以快速监测到森林安全隐患，及时发出报警，快速救援，将隐患扼杀在摇篮里。本文拟探讨基于物联网技术，构建森林火灾监测预警系统，及时地将监测到的森林数据以大屏的方式进行可视化呈现，直观地展现了站点分布、监控视频嵌入、站点报警信息播报、网络摄像头能耗情况等内容。本课题通过可视化呈现的方式直观地监控到森林设置站点周边环境信息情况，监测效率大大提高，最大限度地减少了森林火灾事件的发生，有效地保护我国森林资源以及生态环境。

2 技术概述

森林火灾监测预警系统要解决的核心问题有两个方面，一方面是需要完成森林监测点的数据采集，另一方面需要将监测的数据以用户友好的可视化的方式呈现。本课题使用物联网技术完成数据采集，使用Vue.JS框架技术来实现可视化呈现。

（1）物联网技术

物联网技术将各种传感器设备通过制定各种特定的协议，将各种需要的事务连接起来通过网络进行事物间的信息交换，最终达成信息网络的智能化。本系统设计底层采用物联网技术，周期性地对森林覆盖范围内会导致火灾发生的参数信息通过传感器设备进行采集，通过约定的通信协议以及自组网络的多跳转模式将相关数据参数发送至远程数据监控管理平台，数据采集流程图如图1所示。本系统结合物联网技术采用ZigBee网关无线传感器网络，实现了森林火灾实时监控预警系统的目标，有效地预防森林火灾发生。

（2）Vue.js技术

Vue.js是一套构建用户界面的渐进式框架。区别于其他重量级框架的是Vue 采用设计是自底向上增量开发的模式。Vue主要关注视图层，也就是将数据用可视化方式呈现到页面。Vue生态系统支持数据驱动加上组件的前端开发模式。在数据可视化大屏界面上，结合echars.js技术将数据可视化呈现出来，方便管理员对监控平台采集到的信息进行监测。

3 系统分析

3.1 用户角色

本系统主要角色有二类：普通用户和超级管理员。

（1）普通用户：由管理人员添加，用户验证后登录系统，实时查看可视化大屏数据。

（2）超级管理员：可以登录系统进行站点管理、人员管理、设备管理、执勤管理、监控系统实时数据查询及系统大屏显示。

3.2 系统架构

（1）硬件数据采集

数据为核心，建立森林防灭火基础数据库是森林防灭火智能监测系统的前提。本系统安装温度传感器、湿度传感器、烟雾浓雾传感器、风速仪、网络摄像头、Zigbee网关等设备，模拟森林场景设置站点，测量站点方圆五十米温度、湿度、烟雾浓度等参数，通过Zigbee网关节点，使用4G网络将采集数据上传到云服务器。如图2所示。

（2）软件系统实现

硬件系统采集的数据通过云服务器，到达PC端和手机端的数据管理平台，软件系统数据管理平台完成数据的整理，并以可视化的方式呈现出来。用户可操作的软件平台主要需具备用户管理、设备管理、数据管理、成员管理、站点管理等功能，系统结构图如图3所示。

4 系统设计

4.1 硬件设计

4.1.1 数据采集节点硬件

（1）温度传感层

温度传感器能够感受温度并转换成可用输出信号，本系统中选择pt100温度传感器CWF4收集站点覆盖森林的温度参数数据，通过网关上传数据到管理平台，速度快、精度高、抗干扰能力强，适用于森林特殊环境。

（2）湿度传感层

本课题使用的湿度传感器型号是HTF3223，其属于频率输出式湿度传感器，线性度好、具有较强的抗干扰能力、接口简单，其利用温度信号输出端和负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感，适用于本系统环境。

（3）烟雾浓度传感层

MQ-2烟雾浓度传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2），使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该烟雾传感器气体浓度相对应的输出信号，用于本系统中进行烟雾气体浓度的采集，烟雾或气体浓度超出设置安全范围，就会向平台发出警报。

（4）风速层

风速层采用TM816风速仪测量站点风速风向等信息数据。风速仪是利用超声波时差法来进行风速的测量。

（5）网络摄像头

网络摄像头用于监控站点与火灾密切相关因素包括天灾人祸。周期性地将视频传送到数据可视化大屏供相关人员监控森林。

4.1.2 数据接收节点硬件

（1）Zigbee网关节点层

Zigbee低功耗、低成本、近距离、短延迟、高容量高，可以满足森林恶劣的地方，应用于森林防火监控系统中，作为传感器与通信网络之间的桥梁。

（2）通信协议层

Zigbee无线通信通过约定的通信协议与站点底层设置的无线传感器进行连接，无线传感器设备利用通信协议通道将采集森林站点环境数据参数上传至数据监控平台进行数据处理分析显示。

4.2 软件设计

本系统采用Vue.JS前端框架完成界面设计，同时结合echars.js技术实现数据可视化呈现，方便管理员对监控平台采集到的信息进行监测，主要功能如下。

（1）用户管理

本系统使用shiro安全权限管理框架实现了对不同权限用户操作权限管理，同时为了便于用户二次登錄，在客户端存储用户输入信息，提供了友好的用户交互设计。

（2）设备管理

本系统需要对所使用到的设备的编号、类型、名称、状态、能耗情况进行常规维护，超级管理员具有对设备进行添加、查询、删除、修改等相关操作的权限。

（3）站点管理

森林火灾监测预警系统测试时在不同地方设置一个总站及十个分站点，分别安装传感器设备负责实时采集森林环境参数数据，将数据写入数据库中，同时对超级管理员开放对站点设置、修改、统计等功能。

（4）报警管理

报警管理模块可以查看各个站点的即时信息的查看，同时对管理员开放按时间区间进行历史报警数据的查询。

（5）执勤管理

该模块主要用于站点管理人员在巡逻过程中，对站点设备完成周期性的检查后，完成信息的录入与管理。

（6）监控平台可视化大屏

数据可视化技术主要通过图形化手段对需要的数据进行处理，展示出直观、鲜明、分而有类的数据。本系统需要监测的部分主要包括站点采集的网络摄像头嵌入显示、摄像头电量监测、报警数据实时监测 、设备站点分布展示，具体实现如图4所示。

5 结束语

物联网技术的快速发展使森林火灾防控越来越智能化，利用传感器设备进行森林温度、湿度、烟浓度、风速监测，并通过各种特定的协议，完成数据信息交换，同时以可视化的方式实时向救援人员提供火灾信息以便有效地提供救援，在一定程度上减少了人力物力以及森林资源的损失。

参考文献：

[1] 赵云华，乔新，朱丰杰.测绘地理信息智能化监测在森林防灭火工作中的应用[J].测绘通报，2021（7）：126-130.

[2] 贾斌英.辽宁省林火监测体系构建与发展研究[J].农业科技与装备，2021（3）：78-79.

[3] 徐晓峰，张皓琳，孙志超.天地一体化森林防火监测体系建设[J].林业资源管理，2019（5）：121-129.

[4] 陆志平，秦会斌，王春芳.无线传感器网络在森林火灾监测中的应用[J].杭州电子科技大学学报，2006，26（5）：48-51.

[5] 杨朝辉，张联超，杨长业.温度、湿度自动控制系统设计方案[J].气象水文海洋仪器，2005，22（2）：51-55.

[6] 杨易辰.基于无线传感器网络的智能老年公寓火灾监测系统的研究与实现[D].沈阳：辽宁大学，2020.

[7] 李春成，杨云，陈亮，等.自供电低功耗森林火灾无线监测系统[J].电子器件，2021，44（3）：707-712.

[8] 余健豪.可视化技术在景区大数据平台中的应用[J].电子科技，2018，31（9）：77-79.

[9] 薛晓宇，张万舜.基于Python的数据可视化大屏的设计与实现[J].计算机产品与流通，2020（7）：91-92.

[10] 章全.高校大数据应用与平台设计[J].科技广场，2017（7）：44-48.

【通联编辑：代影】