[发明专利]基于无线传感器网络的森林防火监控系统

权利要求书

1.基于无线传感器网络的森林防火监控系统，其特征是，包括监测模块、监控中心；监测模块用于采集森林防火监测区域内的环境监测数据，监测模块包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的森林防火监测区域的中心位置，四个中继节点设置于森林防火监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述森林防火监测区域内；传感器节点负责采集环境监测数据并将环境监测数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的环境监测数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所接收的环境监测数据，并发送至所述监控中心；完成传感器节点部署后，将设定的森林防火监测区域随机划分为C个虚拟网格区域，且使得各中继节点在不同的虚拟网格区域内；在不包含中继节点的虚拟网格区域中选取簇头；簇头负责收集所在虚拟网格区域内的各传感器节点采集的环境监测数据，每个簇头将收集的环境监测数据发送至距离最近的中继节点；在包含中继节点的虚拟网格区域中，各传感器节点将所采集的环境监测数据通过直接发送或者多跳发送的形式发送至对应的中继节点；在不包含中继节点的虚拟网格区域中选取簇头，包括：

(1)计算虚拟网格区域的重心位置：

式中，U_b表示虚拟网格区域b的重心位置，x(d)表示所述虚拟网格区域b中第d个传感器节点所在位置的横坐标，y(d)为所述第d个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，n_b为所述虚拟网格区域b具有的传感器节点个数；

(2)计算虚拟网格区域内各传感器节点担任簇头的概率，并选择概率最大的传感器节点作为该虚拟网格区域的簇头：

式中，H_bd为虚拟网格区域b中第d个传感器节点担任簇头的概率，为所述第d个传感器节点与重心位置U_b的距离，为虚拟网格区域b中第w个传感器节点与重心位置U_b的距离；为所述第d个传感器节点与中继节点的最小距离，为所述第w个传感器节点与中继节点的最小距离，r₁、r₂为设定的权重系数且r₁r₂。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的森林防火监控系统，其特征是，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括以下传感器的一种或多种：

风向传感器，用于采集森林防火区域的风向信息；

视频摄像传感器，用于采集森林防火区域的视频信息；

烟雾传感器，用于采集森林防火区域环境中的烟雾浓度信息；

温湿度传感器，用于采集森林防火区域的环境温度和湿度信息。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的森林防火监控系统，其特征是，所述监控中心负责接收监测模块传输过来的数据，实时获取森林防火监控区域的环境信息及位置信息，当烟雾浓度及温湿度超过设定值时发出报警，监控中心便立即做出相应的应对措施。

4.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的森林防火监控系统，其特征是，所述监控中心包括用于存储环境监测数据的存储单元、用于显示环境监测数据的显示单元，以及用于分析环境监测数据是否超出对应的设定阈值的分析单元；所述监控中心还包括自动预警单元，用于在环境监测数据超出对应的设定阈值时发出报警。

5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的森林防火监控系统，其特征是，将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述森林防火监测区域内后，将森林防火监测区域平均划分为多个方形的网格区域，按照监测需求强度为每个网格区域分配监测重要等级，所述的监测重要等级包括低级重要、中级重要和高级重要，设置低级重要对应的理论覆盖密度为0.8，中级重要对应的理论覆盖密度为1.0，高级重要对应的理论覆盖密度为1.2，计算每个网格区域为满足理论覆盖密度而需要部署的传感器节点数量，设T_i表示第i个网格区域为满足理论覆盖密度而需要部署的传感器节点数量，所述第i个网格区域中实际已部署的传感器节点数量为T_i0，若T_i0T_i，则在所述第i个网格区域中添加部署T_i-T_i0个传感器节点。