一種森林火災預警系統及方法與流程
1.本發明涉及森林防火技術領域，特別是涉及一種森林火災預警系統及方法。
背景技術：
2.森林火災不僅燒死、燒傷林木，直接減少森林面積，而且嚴重破壞森林結構和森林環境，導致森林生態系統失去平衡，森林生物量下降，生產力減弱，益獸益鳥減少，甚至造成人畜傷亡。高強度的大火，能破壞土壤的化學、物理性質，降低土壤的保水性和滲透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼澤化；另外，由于土壤表面炭化增溫，還會加速火燒跡地干燥，導致陽性雜草叢生，不利森林更新或造成耐極端生態條件的低價值森林更替。
3.近年來輸配電線路故障作為火源引發的林區火災數量不斷增加，這類故障后線路跳閘重合率較低、故障時間長。為降低輸配電故障造成的損失，保障輸配電線路穩定安全運行，做好森林防滅火工作。需及時給出報警信息，精確定位故障點位，進行故障消缺和滅火工作。目前對于森林區域的輸電線路故障引起的山火并不能及時給出報警信息，從而導致了森林火災防護的嚴重滯后。
技術實現要素：
4.為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種森林火災預警系統及方法，能夠及時的對森林區域的火災進行監測和預警，從而提高了火災防護的效率。
5.為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
6.一種森林火災預警系統，包括：
7.多個智能斷路器，分別設置在待監測林區的輸電線路上，用于采集所述輸電線路的電流波形數據；
8.多個傳感單元，分別設置在所述待監測林區中，用于采集所述待監測林區的監測數據；所述監測數據包括：溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
9.中繼傳輸單元，分別與所述智能斷路器和所述傳感單元連接，用于對所述電流波形數據和所述監測數據進行打包，得到打包數據，并將打包數據進行傳輸；
10.控制器單元，與所述中繼傳輸單元連接，用于根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息；
11.云端處理器，與所述中繼傳輸單元連接，用于對所述打包數據進行邊緣計算和分析，得到第二報警信息；
12.預警無人機，分別與所述控制器單元和所述云端處理器連接，用于接收到所述第一報警信息和/或第二報警信息后，對所述待監測林區進行影像取證，得到影像資料，并將所述影像資料發送至云端處理器；所述云端處理器還用于根據所述影像資料進行人工識別，以確定火情。
13.優選地，所述傳感單元包括：溫濕度傳感器、風力傳感器、氣象傳感器、紅外圖像傳
感器和煙霧傳感器；
14.所述溫濕度傳感器、所述風力傳感器、所述氣象傳感器、所述紅外圖像傳感器和所述煙霧傳感器均與所述中繼傳輸單元連接；所述溫濕度傳感器用于采集所述溫度信息和所述濕度信息；所述風力傳感器用于采集所述風速信息和所述風向信息；所述氣象傳感器用于采集所述雨量信息；所述紅外圖像傳感器用于采集所述圖像信息；所述煙霧傳感器用于采集所述煙感信息。
15.優選地，還包括：
16.移動終端，分別與所述控制器單元和所述云端處理器連接，用于對接收所述第一報警信息和/或所述第二報警信息，并根據接受到的信息進行報警和可視化顯示。
17.優選地，所述控制器單元包括：
18.信息接收模塊，用于接收所述打包數據；
19.模型分析模塊，與所述信息接收模塊連接，用于對所述打包數據進行解析，得到解析數據，并將所述解析數據輸入至所述森林火災分析模型中進行火情分析，得到分析結果，若所述分析結果為發生火災，則產生所述第一報警信號；所述森林火災分析模型是由歷史火災數據集進行訓練得到的；所述歷史火災數據集中包括火災發生時的溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
20.信息發送模塊，與所述模型分析模塊連接，用于將所述第一報警信號進行數據傳輸。
21.優選地，還包括：
22.太陽能供電單元，設置在所述預警無人機上，用于將太陽能轉化為供電電能，并利用所述供電電能對所述預警無人機進行供電。
23.優選地，還包括：
24.音頻報警單元，設置在所述預警無人機上，用于根據所述第一報警信息和/或所述第二報警信息進行音頻報警。
25.一種森林火災預警方法，包括：
26.采集待監測林區的監測數據和所述待監測林區中輸電線路的電流波形數據；所述監測數據包括：溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
27.對所述電流波形數據和所述監測數據進行打包，得到打包數據，并將打包數據進行傳輸；
28.根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息；
29.對所述打包數據進行邊緣計算和分析，得到第二報警信息；
30.利用預警無人機接收所述第一報警信息和/或第二報警信息，并對所述待監測林區進行影像取證，得到影像資料；
31.將所述影像資料發送至云端處理器；所述云端處理器還用于根據所述影像資料進行人工識別，以確定火情。
32.優選地，所述根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息，包括：
33.對所述打包數據進行解析，得到解析數據，并將所述解析數據輸入至所述森林火
災分析模型中進行火情分析，得到分析結果，若所述分析結果為發生火災，則產生所述第一報警信號；所述森林火災分析模型是由歷史火災數據集進行訓練得到的；所述歷史火災數據集中包括火災發生時的溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
34.將所述第一報警信號進行數據傳輸。
35.根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：
36.本發明提供了一種森林火災預警系統及方法，所述系統包括：多個智能斷路器，分別設置在待監測林區的輸電線路上，用于采集所述輸電線路的電流波形數據；多個傳感單元，分別設置在所述待監測林區中，用于采集所述待監測林區的監測數據；所述監測數據包括：溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；中繼傳輸單元，分別與所述智能斷路器和所述傳感單元連接，用于對所述電流波形數據和所述監測數據進行打包，得到打包數據，并將打包數據進行傳輸；控制器單元，與所述中繼傳輸單元連接，用于根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息；云端處理器，與所述中繼傳輸單元連接，用于對所述打包數據進行邊緣計算和分析，得到第二報警信息；預警無人機，分別與所述控制器單元和所述云端處理器連接，用于接收到所述第一報警信息和/或第二報警信息后，對所述待監測林區進行影像取證，得到影像資料，并將所述影像資料發送至云端處理器；所述云端處理器還用于根據所述影像資料進行人工識別，以確定火情。本發明通過設置在待監測林區的智能斷路器和傳感單元，能夠實時獲取目標區域的火情信息，并通過森林火災分析模型對信息進行精準分析研判，并通過預警無人機進行聯動控制巡檢，對現場圖像視頻進行取證和分析回傳，從而提高了森林火災預警的自動化程度、效率和及時性。
附圖說明
37.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
38.圖1為本發明實施例提供的系統結構示意圖；
39.圖2為本發明實施例提供的方法流程圖。
40.附圖標記說明：
41.1-智能斷路器，2-輸電線路，3-待監測林區，4-傳感單元，5-中繼傳輸單元，6-控制器單元，7-云端處理器，8-預警無人機。
具體實施方式
42.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
43.在本文中提及“實施例”意味著，結合實施例描述的特定特征、結構或特性可以包
含在本技術的至少一個實施例中。在說明書中的各個位置出現該短語并不一定均是指相同的實施例，也不是與其它實施例互斥的獨立的或備選的實施例。本領域技術人員顯式地和隱式地理解的是，本文所描述的實施例可以與其它實施例相結合。
44.本技術的說明書和權利要求書及所述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于區別不同對象，而不是用于描述特定順序。此外，術語“包括”和“具有”以及它們任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟、過程、方法等沒有限定于已列出的步驟，而是可選地還包括沒有列出的步驟，或可選地還包括對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟元。
45.本發明的目的是提供一種森林火災預警系統及方法，通過設置在待監測林區的智能斷路器和傳感單元，能夠實時獲取目標區域的火情信息，并通過森林火災分析模型對信息進行精準分析研判，并通過預警無人機進行聯動控制巡檢，對現場圖像視頻進行取證和分析回傳，從而提高了森林火災預警的自動化程度、效率和及時性。
46.為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
47.圖1為本發明實施例提供的系統結構示意圖，如圖1所示，本發明提供了一種森林火災預警系統，包括：
48.多個智能斷路器1，分別設置在待監測林區3的輸電線路2上，用于采集所述輸電線路2的電流波形數據；
49.多個傳感單元4，分別設置在所述待監測林區3中，用于采集所述待監測林區3的監測數據；所述監測數據包括：溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
50.中繼傳輸單元5，分別與所述智能斷路器1和所述傳感單元4連接，用于對所述電流波形數據和所述監測數據進行打包，得到打包數據，并將打包數據進行傳輸；
51.控制器單元6，與所述中繼傳輸單元5連接，用于根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息；
52.云端處理器7，與所述中繼傳輸單元5連接，用于對所述打包數據進行邊緣計算和分析，得到第二報警信息；
53.預警無人機8，分別與所述控制器單元6和所述云端處理器7連接，用于接收到所述第一報警信息和/或第二報警信息后，對所述待監測林區3進行影像取證，得到影像資料，并將所述影像資料發送至云端處理器7；所述云端處理器7還用于根據所述影像資料進行人工識別，以確定火情。
54.具體的，所述預警無人機8中裝載有北斗高精度rtk差分定位模塊，能夠實現對預警無人機8的高精度定位導航。
55.作為一種可選的實施方式，本實施例中智能斷路器1為一二次融合智能斷路器1，能夠精確捕獲線路絕緣子放電(放電脈沖電流峰峰值大于0.8a電流)、線路遭受火災、雷擊、線路短路、線路接地等產生的行波信號，通過雙端或多端定位原理，確定放電點或火災故障點，火災故障定位可靠，自動彈出故障報告。利用故障距離與時間的線性相關性，消去行波傳輸速度與線路長度的變化對故障距離計算產生的誤差，火災故障定位精度小于300米，解決輸電線路2(含跨區域線路)絕緣薄弱點和火災故障點難于查困難的問題。
56.優選地，所述傳感單元4包括：溫濕度傳感器、風力傳感器、氣象傳感器、紅外圖像傳感器和煙霧傳感器；
57.所述溫濕度傳感器、所述風力傳感器、所述氣象傳感器、所述紅外圖像傳感器和所述煙霧傳感器均與所述中繼傳輸單元5連接；所述溫濕度傳感器用于采集所述溫度信息和所述濕度信息；所述風力傳感器用于采集所述風速信息和所述風向信息；所述氣象傳感器用于采集所述雨量信息；所述紅外圖像傳感器用于采集所述圖像信息；所述煙霧傳感器用于采集所述煙感信息。
58.具體的，所述風力傳感器通過內置的流量傳感器將風速大小轉換為電壓信號，其值與來流風速的大小成一種函數關系，再由a/d轉換芯片和運算放大器將這兩個模擬信號轉換為數字信號，由單片機為主控單元的發射機讀入并進行處理。
59.優選地，還包括：
60.移動終端，分別與所述控制器單元6和所述云端處理器7連接，用于對接收所述第一報警信息和/或所述第二報警信息，并根據接受到的信息進行報警和可視化顯示。
61.具體的，本實施例中在第一報警信息和所述第二報警信息中有其一被接受到時，即進行預警，防止某個預警回路因故障而沒有對火情進行預警的情況，且本實施例中應用移動終端，可以使得護林員等工作人員及時對火情進行查看。
62.優選地，所述控制器單元6包括：
63.信息接收模塊，用于接收所述打包數據；
64.模型分析模塊，與所述信息接收模塊連接，用于對所述打包數據進行解析，得到解析數據，并將所述解析數據輸入至所述森林火災分析模型中進行火情分析，得到分析結果，若所述分析結果為發生火災，則產生所述第一報警信號；所述森林火災分析模型是由歷史火災數據集進行訓練得到的；所述歷史火災數據集中包括火災發生時的溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
65.信息發送模塊，與所述模型分析模塊連接，用于將所述第一報警信號進行數據傳輸。
66.具體的，本實施例中控制器單元6中內置的森林火災分析模型，根據火災歷史、天氣條件(溫度、相對濕度、降水、風速等)、植被物候狀況、可燃物含水量和火源等進行森林火災預測預警。首先本實施例將進行數據的采集工作，獲取歷史上曾經發生森林火災的地區的歷史氣象數據數據，然后進行數據的清洗工作，提取出我們能夠使用的數據信息，并將數據集分為測試集、訓練集和驗證集。然后將結合現有模型及訓練集，運用ann算法和knn算法構建出多個新的森林火災預測模型，繼而使用各個模型對驗證集數據進行預測，并記錄模型準確率，選出效果最佳的模型。最后使用測試集進行模型預測，來衡量最優模型的性能。
67.可選地，本實施例中的森林火災分析模型，還包括圖像的語義分割子模型，通過對比歷史火災圖像數據，能夠精準的判斷出是否發生火情。
68.優選地，還包括：
69.太陽能供電單元，設置在所述預警無人機8上，用于將太陽能轉化為供電電能，并利用所述供電電能對所述預警無人機8進行供電。
70.優選地，還包括：
71.音頻報警單元，設置在所述預警無人機8上，用于根據所述第一報警信息和/或所
述第二報警信息進行音頻報警。
72.本實施例中，在預警無人機8接收到一報警信息和/或所述第二報警信息時，即在天空中進行音頻報警，從而使得整個目標區域都能夠得知火情的發生。
73.圖2為本發明實施例提供的方法流程圖，如圖2所示，本實施例中還提供了一種森林火災預警方法，包括：
74.步驟100：采集待監測林區的監測數據和所述待監測林區中輸電線路的電流波形數據；所述監測數據包括：溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
75.步驟200：對所述電流波形數據和所述監測數據進行打包，得到打包數據，并將打包數據進行傳輸；
76.步驟300：根據預設的森林火災分析模型對所述打包數據進行分析研判，得到第一報警信息；
77.步驟400：對所述打包數據進行邊緣計算和分析，得到第二報警信息；
78.步驟500：利用預警無人機接收所述第一報警信息和/或第二報警信息，并對所述待監測林區進行影像取證，得到影像資料；
79.步驟600：將所述影像資料發送至云端處理器；所述云端處理器還用于根據所述影像資料進行人工識別，以確定火情。
80.優選地，所述步驟300具體包括：
81.對所述打包數據進行解析，得到解析數據，并將所述解析數據輸入至所述森林火災分析模型中進行火情分析，得到分析結果，若所述分析結果為發生火災，則產生所述第一報警信號；所述森林火災分析模型是由歷史火災數據集進行訓練得到的；所述歷史火災數據集中包括火災發生時的溫度信息、濕度信息、風速信息、風向信息、雨量信息、圖像信息和煙感信息；
82.將所述第一報警信號進行數據傳輸。
83.本發明的有益效果如下：
84.本發明通過設置在待監測林區的智能斷路器和傳感單元，能夠實時獲取目標區域的火情信息，并通過森林火災分析模型對信息進行精準分析研判，并通過預警無人機進行聯動控制巡檢，對現場圖像視頻進行取證和分析回傳，從而提高了森林火災預警的自動化程度、效率和及時性。
85.本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的方法而言，由于其與實施例公開的系統相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統部分說明即可。
86.本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
