一种森林火灾预警系统及方法与流程

1.本发明涉及森林防火技术领域，特别是涉及一种森林火灾预警系统及方法。


背景技术：

2.森林火灾不仅烧死、烧伤林木，直接减少森林面积，而且严重破坏森林结构和森林环境，导致森林生态系统失去平衡，森林生物量下降，生产力减弱，益兽益鸟减少，甚至造成人畜伤亡。高强度的大火，能破坏土壤的化学、物理性质，降低土壤的保水性和渗透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼泽化；另外，由于土壤表面炭化增温，还会加速火烧迹地干燥，导致阳性杂草丛生，不利森林更新或造成耐极端生态条件的低价值森林更替。
3.近年来输配电线路故障作为火源引发的林区火灾数量不断增加，这类故障后线路跳闸重合率较低、故障时间长。为降低输配电故障造成的损失，保障输配电线路稳定安全运行，做好森林防灭火工作。需及时给出报警信息，精确定位故障点位，进行故障消缺和灭火工作。目前对于森林区域的输电线路故障引起的山火并不能及时给出报警信息，从而导致了森林火灾防护的严重滞后。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种森林火灾预警系统及方法，能够及时的对森林区域的火灾进行监测和预警，从而提高了火灾防护的效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种森林火灾预警系统，包括：
7.多个智能断路器，分别设置在待监测林区的输电线路上，用于采集所述输电线路的电流波形数据；
8.多个传感单元，分别设置在所述待监测林区中，用于采集所述待监测林区的监测数据；所述监测数据包括：温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
9.中继传输单元，分别与所述智能断路器和所述传感单元连接，用于对所述电流波形数据和所述监测数据进行打包，得到打包数据，并将打包数据进行传输；
10.控制器单元，与所述中继传输单元连接，用于根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息；
11.云端处理器，与所述中继传输单元连接，用于对所述打包数据进行边缘计算和分析，得到第二报警信息；
12.预警无人机，分别与所述控制器单元和所述云端处理器连接，用于接收到所述第一报警信息和/或第二报警信息后，对所述待监测林区进行影像取证，得到影像资料，并将所述影像资料发送至云端处理器；所述云端处理器还用于根据所述影像资料进行人工识别，以确定火情。
13.优选地，所述传感单元包括：温湿度传感器、风力传感器、气象传感器、红外图像传
感器和烟雾传感器；
14.所述温湿度传感器、所述风力传感器、所述气象传感器、所述红外图像传感器和所述烟雾传感器均与所述中继传输单元连接；所述温湿度传感器用于采集所述温度信息和所述湿度信息；所述风力传感器用于采集所述风速信息和所述风向信息；所述气象传感器用于采集所述雨量信息；所述红外图像传感器用于采集所述图像信息；所述烟雾传感器用于采集所述烟感信息。
15.优选地，还包括：
16.移动终端，分别与所述控制器单元和所述云端处理器连接，用于对接收所述第一报警信息和/或所述第二报警信息，并根据接受到的信息进行报警和可视化显示。
17.优选地，所述控制器单元包括：
18.信息接收模块，用于接收所述打包数据；
19.模型分析模块，与所述信息接收模块连接，用于对所述打包数据进行解析，得到解析数据，并将所述解析数据输入至所述森林火灾分析模型中进行火情分析，得到分析结果，若所述分析结果为发生火灾，则产生所述第一报警信号；所述森林火灾分析模型是由历史火灾数据集进行训练得到的；所述历史火灾数据集中包括火灾发生时的温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
20.信息发送模块，与所述模型分析模块连接，用于将所述第一报警信号进行数据传输。
21.优选地，还包括：
22.太阳能供电单元，设置在所述预警无人机上，用于将太阳能转化为供电电能，并利用所述供电电能对所述预警无人机进行供电。
23.优选地，还包括：
24.音频报警单元，设置在所述预警无人机上，用于根据所述第一报警信息和/或所述第二报警信息进行音频报警。
25.一种森林火灾预警方法，包括：
26.采集待监测林区的监测数据和所述待监测林区中输电线路的电流波形数据；所述监测数据包括：温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
27.对所述电流波形数据和所述监测数据进行打包，得到打包数据，并将打包数据进行传输；
28.根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息；
29.对所述打包数据进行边缘计算和分析，得到第二报警信息；
30.利用预警无人机接收所述第一报警信息和/或第二报警信息，并对所述待监测林区进行影像取证，得到影像资料；
31.将所述影像资料发送至云端处理器；所述云端处理器还用于根据所述影像资料进行人工识别，以确定火情。
32.优选地，所述根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息，包括：
33.对所述打包数据进行解析，得到解析数据，并将所述解析数据输入至所述森林火
灾分析模型中进行火情分析，得到分析结果，若所述分析结果为发生火灾，则产生所述第一报警信号；所述森林火灾分析模型是由历史火灾数据集进行训练得到的；所述历史火灾数据集中包括火灾发生时的温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
34.将所述第一报警信号进行数据传输。
35.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
36.本发明提供了一种森林火灾预警系统及方法，所述系统包括：多个智能断路器，分别设置在待监测林区的输电线路上，用于采集所述输电线路的电流波形数据；多个传感单元，分别设置在所述待监测林区中，用于采集所述待监测林区的监测数据；所述监测数据包括：温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；中继传输单元，分别与所述智能断路器和所述传感单元连接，用于对所述电流波形数据和所述监测数据进行打包，得到打包数据，并将打包数据进行传输；控制器单元，与所述中继传输单元连接，用于根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息；云端处理器，与所述中继传输单元连接，用于对所述打包数据进行边缘计算和分析，得到第二报警信息；预警无人机，分别与所述控制器单元和所述云端处理器连接，用于接收到所述第一报警信息和/或第二报警信息后，对所述待监测林区进行影像取证，得到影像资料，并将所述影像资料发送至云端处理器；所述云端处理器还用于根据所述影像资料进行人工识别，以确定火情。本发明通过设置在待监测林区的智能断路器和传感单元，能够实时获取目标区域的火情信息，并通过森林火灾分析模型对信息进行精准分析研判，并通过预警无人机进行联动控制巡检，对现场图像视频进行取证和分析回传，从而提高了森林火灾预警的自动化程度、效率和及时性。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的系统结构示意图；
39.图2为本发明实施例提供的方法流程图。
40.附图标记说明：
41.1-智能断路器，2-输电线路，3-待监测林区，4-传感单元，5-中继传输单元，6-控制器单元，7-云端处理器，8-预警无人机。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包
含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
44.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
45.本发明的目的是提供一种森林火灾预警系统及方法，通过设置在待监测林区的智能断路器和传感单元，能够实时获取目标区域的火情信息，并通过森林火灾分析模型对信息进行精准分析研判，并通过预警无人机进行联动控制巡检，对现场图像视频进行取证和分析回传，从而提高了森林火灾预警的自动化程度、效率和及时性。
46.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
47.图1为本发明实施例提供的系统结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种森林火灾预警系统，包括：
48.多个智能断路器1，分别设置在待监测林区3的输电线路2上，用于采集所述输电线路2的电流波形数据；
49.多个传感单元4，分别设置在所述待监测林区3中，用于采集所述待监测林区3的监测数据；所述监测数据包括：温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
50.中继传输单元5，分别与所述智能断路器1和所述传感单元4连接，用于对所述电流波形数据和所述监测数据进行打包，得到打包数据，并将打包数据进行传输；
51.控制器单元6，与所述中继传输单元5连接，用于根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息；
52.云端处理器7，与所述中继传输单元5连接，用于对所述打包数据进行边缘计算和分析，得到第二报警信息；
53.预警无人机8，分别与所述控制器单元6和所述云端处理器7连接，用于接收到所述第一报警信息和/或第二报警信息后，对所述待监测林区3进行影像取证，得到影像资料，并将所述影像资料发送至云端处理器7；所述云端处理器7还用于根据所述影像资料进行人工识别，以确定火情。
54.具体的，所述预警无人机8中装载有北斗高精度rtk差分定位模块，能够实现对预警无人机8的高精度定位导航。
55.作为一种可选的实施方式，本实施例中智能断路器1为一二次融合智能断路器1，能够精确捕获线路绝缘子放电(放电脉冲电流峰峰值大于0.8a电流)、线路遭受火灾、雷击、线路短路、线路接地等产生的行波信号，通过双端或多端定位原理，确定放电点或火灾故障点，火灾故障定位可靠，自动弹出故障报告。利用故障距离与时间的线性相关性，消去行波传输速度与线路长度的变化对故障距离计算产生的误差，火灾故障定位精度小于300米，解决输电线路2(含跨区域线路)绝缘薄弱点和火灾故障点难于查找困难的问题。
56.优选地，所述传感单元4包括：温湿度传感器、风力传感器、气象传感器、红外图像传感器和烟雾传感器；
57.所述温湿度传感器、所述风力传感器、所述气象传感器、所述红外图像传感器和所述烟雾传感器均与所述中继传输单元5连接；所述温湿度传感器用于采集所述温度信息和所述湿度信息；所述风力传感器用于采集所述风速信息和所述风向信息；所述气象传感器用于采集所述雨量信息；所述红外图像传感器用于采集所述图像信息；所述烟雾传感器用于采集所述烟感信息。
58.具体的，所述风力传感器通过内置的流量传感器将风速大小转换为电压信号，其值与来流风速的大小成一种函数关系，再由a/d转换芯片和运算放大器将这两个模拟信号转换为数字信号，由单片机为主控单元的发射机读入并进行处理。
59.优选地，还包括：
60.移动终端，分别与所述控制器单元6和所述云端处理器7连接，用于对接收所述第一报警信息和/或所述第二报警信息，并根据接受到的信息进行报警和可视化显示。
61.具体的，本实施例中在第一报警信息和所述第二报警信息中有其一被接受到时，即进行预警，防止某个预警回路因故障而没有对火情进行预警的情况，且本实施例中应用移动终端，可以使得护林员等工作人员及时对火情进行查看。
62.优选地，所述控制器单元6包括：
63.信息接收模块，用于接收所述打包数据；
64.模型分析模块，与所述信息接收模块连接，用于对所述打包数据进行解析，得到解析数据，并将所述解析数据输入至所述森林火灾分析模型中进行火情分析，得到分析结果，若所述分析结果为发生火灾，则产生所述第一报警信号；所述森林火灾分析模型是由历史火灾数据集进行训练得到的；所述历史火灾数据集中包括火灾发生时的温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
65.信息发送模块，与所述模型分析模块连接，用于将所述第一报警信号进行数据传输。
66.具体的，本实施例中控制器单元6中内置的森林火灾分析模型，根据火灾历史、天气条件(温度、相对湿度、降水、风速等)、植被物候状况、可燃物含水量和火源等进行森林火灾预测预警。首先本实施例将进行数据的采集工作，获取历史上曾经发生森林火灾的地区的历史气象数据数据，然后进行数据的清洗工作，提取出我们能够使用的数据信息，并将数据集分为测试集、训练集和验证集。然后将结合现有模型及训练集，运用ann算法和knn算法构建出多个新的森林火灾预测模型，继而使用各个模型对验证集数据进行预测，并记录模型准确率，选出效果最佳的模型。最后使用测试集进行模型预测，来衡量最优模型的性能。
67.可选地，本实施例中的森林火灾分析模型，还包括图像的语义分割子模型，通过对比历史火灾图像数据，能够精准的判断出是否发生火情。
68.优选地，还包括：
69.太阳能供电单元，设置在所述预警无人机8上，用于将太阳能转化为供电电能，并利用所述供电电能对所述预警无人机8进行供电。
70.优选地，还包括：
71.音频报警单元，设置在所述预警无人机8上，用于根据所述第一报警信息和/或所
述第二报警信息进行音频报警。
72.本实施例中，在预警无人机8接收到一报警信息和/或所述第二报警信息时，即在天空中进行音频报警，从而使得整个目标区域都能够得知火情的发生。
73.图2为本发明实施例提供的方法流程图，如图2所示，本实施例中还提供了一种森林火灾预警方法，包括：
74.步骤100：采集待监测林区的监测数据和所述待监测林区中输电线路的电流波形数据；所述监测数据包括：温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
75.步骤200：对所述电流波形数据和所述监测数据进行打包，得到打包数据，并将打包数据进行传输；
76.步骤300：根据预设的森林火灾分析模型对所述打包数据进行分析研判，得到第一报警信息；
77.步骤400：对所述打包数据进行边缘计算和分析，得到第二报警信息；
78.步骤500：利用预警无人机接收所述第一报警信息和/或第二报警信息，并对所述待监测林区进行影像取证，得到影像资料；
79.步骤600：将所述影像资料发送至云端处理器；所述云端处理器还用于根据所述影像资料进行人工识别，以确定火情。
80.优选地，所述步骤300具体包括：
81.对所述打包数据进行解析，得到解析数据，并将所述解析数据输入至所述森林火灾分析模型中进行火情分析，得到分析结果，若所述分析结果为发生火灾，则产生所述第一报警信号；所述森林火灾分析模型是由历史火灾数据集进行训练得到的；所述历史火灾数据集中包括火灾发生时的温度信息、湿度信息、风速信息、风向信息、雨量信息、图像信息和烟感信息；
82.将所述第一报警信号进行数据传输。
83.本发明的有益效果如下：
84.本发明通过设置在待监测林区的智能断路器和传感单元，能够实时获取目标区域的火情信息，并通过森林火灾分析模型对信息进行精准分析研判，并通过预警无人机进行联动控制巡检，对现场图像视频进行取证和分析回传，从而提高了森林火灾预警的自动化程度、效率和及时性。
85.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
86.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。