窄带物联网技术在森林防火中的应用

余淑婷 黄倩文 谢秀齐

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。在森林火灾发生后，对火情的掌控成为扑灭林火的重要一环。本文将窄带物联网技术与无人机和火情检测传感器等相结合，构建森林火灾监察与防控系统。

森林资源属于人类共同财产的一部分，不仅能为国家建设和人们日常活动供应原木以及相应的林副产品，同时有着净化污水、降低噪音、防止水土流失、净化空气和气候调节等多种责任，一旦发生森林火灾，如果不及时控制火情，就会导致大量森林资源的浪费，因此，开展对森林火灾的监察尤为重要。窄带物联网作为万物联网的一个重要分支，具有覆盖广、支撑连接能力强以及低功耗等特点，目前在各个领域都有广泛的应用。本文提出将窄带物联网技术与无人机和火情检测传感器相结合，以达到对森林火灾监察与防控的目的。

窄带物联网技术

随着物联网的兴起，各种智能化设备、人物感应技术等逐渐普及到社会各个领域。互联网经过多年的发展以及智能化应用设施的大量应用，为物联网的发展打下了坚实的基础。窄带物联网（NB-IoT）是IoT领域基于蜂窝的一种新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网。

窄带物联网有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少和架构优等特点，使用窄带物联网通信技术可以极大地降低数据传输延时，缩短传感器检测数据传输的时间，提高了数据的时效性，有利于地面人员更好地分析火情火势。窄带物联网的带宽和功耗较低，意味着终端模块的结构简单，模块的使用和维护成本都相对比较低。

防火监测系统实行方案

系统采用地面和空中双联动，地面由救援人员、5G基站以及接收5G回传数据的终端服务器组成，空中由无人机以及无人机搭载多个传感器的设备组成。

系统总体可分为三大模块：数据获取、数据处理和数据显示，空中方面负责数据获取，地面方面负责数据处理及显示。其工作流程如下：无人机起飞后，救援人员通过地面控制系统操纵无人机起飞降落和检测功能；无人机获取指令后，调用搭载的传感器，将气象数据、火势、火势集中点和火势蔓延度等数据发送给地面的5 G基站；5 G基站接受到数据以后，将数据中转给服务器，经过服务器的数据处理以后，将数据通过可视化的方式在前端实时显示。

窄帶物联网在无人机森林防火中的应用

传统的森林防火多数采用瞭望塔，通过瞭望塔建立视频监控系统进行防范，效率低、成本高，而采用窄带物联网通信技术可以较好地解决以上问题。窄带物联网通信技术在物联网应用中的优势显著，是传统蜂窝网技术、蓝牙和WiFi等短距离传输技术无法比拟的，与无人机和火情监测系统结合，简化火情检测数据通过窄带物联网传输到地面站的繁琐过程。

系统结构上设备运用分距离控制面和数据面，把控制信息都集中于控制器中，降低数据面因需要兼顾控制信息而产生的超负荷延时。软件设计上根据不同延时需求，针对不同业务实现对不同超时进行控制，提高设备的可延伸性。网络架构运用数据与检测分离技术大大缩短数据整合时间。

本文以基于窄带物联网技术在森林防火中的应用展开论述。通过窄带物联网接收传感器传递的数据向无人机发送指令，将无人机、检测器与地面系统连接起来，降低了数据传输延时，提高数据监测传递速度，方便地面人员掌握火情，进行及时扑灭。

基金项目：2020年国家级大学生创新创业训练计划项目（202013720001）；2019年广东理工学院大学生创新创业扶持基金项目（01）；广东理工学院在线开放课程应用（ZXKCYY2019012）