本發(fā)明涉及山林火災監(jiān)測，特別是涉及一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統和方法。

背景技術：

1、頻發(fā)的山火給世界人民帶來了深重的苦難，山火帶來的危害是多方面的，主要表現在：1.山火帶來嚴重的生命財產損失2.山火對生態(tài)環(huán)境的破壞十分嚴重3.山火對野生動植物的生存環(huán)境造成威脅，影響生物多樣性和生態(tài)系統的穩(wěn)定。

2、但是經過調研發(fā)現，若在山火發(fā)生早期及時預警處置，可以極大降低其危害性，越早發(fā)現火情，及時干預，火災帶來的損失越小。山火監(jiān)測是重要的防災減災工作，國內外采用了多種方式進行山火監(jiān)測，如衛(wèi)星遙感監(jiān)測、無人機遙感監(jiān)測、地面監(jiān)測站點監(jiān)測以及無線傳感網絡監(jiān)測，然而，山林面積大，地形變化較大，垂直面上構成復雜，遠離檢測塔的區(qū)域難以被全面檢查，目前森林的火情報警系統需要大量的人力物力財力的支撐，且可能存在由于人為疏忽大意等因素導致發(fā)現不及時的情況。因此，設計一款便于實時、大范圍監(jiān)測的火情報警系統是十分必要的。

技術實現思路

1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統和方法。

2、一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統，所述系統包括多個母站、每一母站對應的若干子站以及監(jiān)測臺；每一母站和子站根據預先設置的子母站布局方式放置在山林對應位置；所述布局方式是通過山林的歷史火災數據仿真得到的；

3、每一子站包括感應觸發(fā)單元和信號傳輸單元；所述感應觸發(fā)單元包括熱電材料、蓄電池以及定溫爆破開關，用于在臨界溫度時利用熱電材料發(fā)電，并觸發(fā)定溫爆破開關導通電路將火情報警指令輸出至信號傳輸單元；所述信號傳輸單元用于根據火情報警指令生成對應的火情報警信號并通過無線傳輸方式發(fā)送至所屬母站的信號處理單元；所述火情報警信號包括子站位置和火情感知時間；

4、每一母站包括電源和信號處理單元；所述信號處理單元包括無線信號接收模塊和衛(wèi)星通信模塊，用于接收各子站發(fā)送的火情報警信號并通過衛(wèi)星或基站發(fā)送至監(jiān)測臺；

5、所述監(jiān)測臺包括指示單元，用于接收衛(wèi)星或基站發(fā)送的火情報警信號，并解析火情報警信號輔助指揮人員執(zhí)行救火決策。

6、在其中一個實施例中，還包括：獲取山林地形信息，根據山林地形信息以及母站監(jiān)管范圍計算得到滿足最小化母站數量以及最大化山林覆蓋率的母站布局方案；獲取山林歷史火災數據，根據歷史火災數據建立火災蔓延速度模型；初始化每一母站監(jiān)管范圍內的各個子站的布局，得到各個子站的位置；根據所述火災蔓延速度模型和每一母站監(jiān)管范圍內各子站位置計算得到滿足最小化通信距離的子站布局方案；根據母站布局方案和每一母站對應的子站布局方案得到子母站布局方式。

7、在其中一個實施例中，還包括：所述火災蔓延速度模型為：

8、v＝vmax*(1-e-r*t)+vnoise

9、其中，v為火災蔓延速度，vmax為最大蔓延速度，r為蔓延速度常數，t為時間，vnoise為噪聲擾動。

10、在其中一個實施例中，所述熱電材料在向陽面和背陽面有溫差的情況下發(fā)電，并存儲至所述蓄電池中。

11、在其中一個實施例中，所述定溫爆破開關在溫度達到臨界溫度時解除開關約束，導通電路。

12、在其中一個實施例中，所述信號傳輸單元包括單片機和無線信號發(fā)射模塊；所述單片機用于接收所述感應觸發(fā)單元發(fā)送的火情報警指令，根據火情報警指令執(zhí)行火情報警操作；所述火情報警操作包括根據當前時間戳信息以及子站位置信息生成火情報警信號，將所述火情報警信號發(fā)送至所述無線信號發(fā)射模塊；所述無線信號發(fā)射模塊用于向所屬母站發(fā)送所述火情報警信號。

13、在其中一個實施例中，還包括：解析接收到的火情報警信號，得到時間戳信息以及子站位置信息；根據最早時間戳信息向對應子站位置執(zhí)行救火任務。

14、一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知方法，所述方法包括：

15、根據預先設置的子母站布局方式將每一母站和子站放置在山林對應位置；所述布局方式是通過山林的歷史火災數據仿真得到的；

16、在臨界溫度時每一子站的熱電材料發(fā)電，并觸發(fā)定溫爆破開關導通電路輸出火情報警指令，根據火情報警指令生成對應的火情報警信號并通過無線傳輸方式發(fā)送至所屬母站；所述火情報警信號包括子站位置和火情感知時間；

17、每一母站接收各子站發(fā)送的火情報警信號并通過衛(wèi)星或基站發(fā)送至監(jiān)測臺；

18、監(jiān)測臺接收衛(wèi)星或基站發(fā)送的火情報警信號，并解析火情報警信號輔助指揮人員執(zhí)行救火決策。

19、在其中一個實施例中，還包括：獲取山林地形信息，根據山林地形信息以及母站監(jiān)管范圍計算得到滿足最小化母站數量以及最大化山林覆蓋率的母站布局方案；獲取山林歷史火災數據，根據歷史火災數據建立火災蔓延速度模型；初始化每一母站監(jiān)管范圍內的各個子站的布局，得到各個子站的位置；根據所述火災蔓延速度模型和每一母站監(jiān)管范圍內各子站位置計算得到滿足最小化通信距離的子站布局方案；根據母站布局方案和每一母站對應的子站布局方案得到子母站布局方式。

20、在其中一個實施例中，還包括：所述火災蔓延速度模型為：

21、v＝vmax*(1-e-r*t)+vnoise

22、其中，v為火災蔓延速度，vmax為最大蔓延速度，r為蔓延速度常數，t為時間，vnoise為噪聲擾動。一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知裝置，所述裝置包括：

23、上述基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統和方法，通過預先設置的子母站布局方式進行子母站布局能夠根據山林特點實現高效的火情感知，且布局子母站后無需其他資源輸入，能有效減少人力物力的開支，子站的熱電材料和定溫爆破開關提供雙重火情保險，大大降低了錯誤警報的發(fā)生概率，子母站間通過無線方式傳輸信號，每一母站為覆蓋范圍內的子站和監(jiān)測臺提供信息傳輸的橋梁，縮短了信號傳輸時間，能夠及時將發(fā)生火情的子站的位置信息和火情發(fā)生時間傳輸至監(jiān)測臺。本發(fā)明實施例，能夠及時發(fā)射預警信號，有效在火勢擴大前實現預警。

技術特征：

1.一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統，其特征在于，所述系統包括多個母站、每一母站對應的若干子站以及監(jiān)測臺；每一母站和子站根據預先設置的子母站布局方式放置在山林對應位置；所述布局方式是通過山林的歷史火災數據仿真得到的；

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，設置子母站布局方式的步驟包括：

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述火災蔓延速度模型為：

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述熱電材料在向陽面和背陽面有溫差的情況下發(fā)電，并存儲至所述蓄電池中。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述定溫爆破開關在溫度達到臨界溫度時解除開關約束，導通電路。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述信號傳輸單元包括單片機和無線信號發(fā)射模塊；

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，解析火情報警信號輔助指揮人員執(zhí)行救火決策包括：

8.一種實施于權利要求1所述系統的基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，設置子母站布局方式的步驟包括：

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述火災蔓延速度模型為：

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于熱電轉化的被動子母式山火態(tài)勢感知系統和方法。系統包括多個母站、每一母站對應的若干子站以及監(jiān)測臺；每一子站用于在臨界溫度時利用熱電材料發(fā)電，并觸發(fā)定溫爆破開關導通電路將火情報警指令輸出至信號傳輸單元；信號傳輸單元根據火情報警指令生成對應的火情報警信號并通過無線傳輸方式發(fā)送至所屬母站的信號處理單元；火情報警信號包括子站位置和火情感知時間；每一母站用于接收各子站發(fā)送的火情報警信號并通過衛(wèi)星或基站發(fā)送至監(jiān)測臺；監(jiān)測臺用于接收衛(wèi)星或基站發(fā)送的火情報警信號，并解析火情報警信號輔助指揮人員執(zhí)行救火決策。采用本系統能夠及時發(fā)射預警信號，有效在火勢擴大前實現預警。

技術研發(fā)人員：羅世進,胥睿,劉瑞康,陳斌斌,李家順,饒?zhí)斐?謝亦宸,雷長江
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2