基于物联网的森林消防车微环境实时监测系统设计开发
发布时间：2020-12-31 14:54
随着我国社会的全面发展,人们对于生态环境的关注程度也随之提高,而对森林资源的保护是其中的重要一环。本文针对森林火险预测预报及林火扑救辅助指挥,设计了一套森林消防车车载微环境实时监测系统。实现了消防车周边风速风向、空气温度、空气湿度、CO2浓度、CO浓度、烟雾浓度、大气压力等微环境参数及地理信息的实时监测。采用北斗卫星通信技术实现了车辆周边微环境信息的无死角实时联网。并将接收的数据进行挖掘,建立了火灾识别的简易模型。本系统能够提高森林巡检的效率,同时装有本系统的消防车对于偏远林区火灾以及小规模火灾也具有相当的使用价值。本文主要完成的工作如下:（1）在充分分析目前国内外森林防火监测手段、监测通信、火灾指挥通信以及森林消防车等领域现状的基础上,提出了一套基于卫星通信技术的森林消防车车载微环境实时监测系统的设计。（2）采用我国自主研发的北斗卫星定位系统来实现本系统的定位以及信息传输,利用两组风速风向测量传感器及车速传感器,建立了车辆空间三维姿态校正模型,设计了 一套在任何角度条件下都可以测量水平风速风向测量的系统。（3）对系统进行硬件设计以及相关的软件设计。硬件设计主要包括各模块的电路原理图设...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｙｓｔｅｍ??
颗卫星。地面段的主要作用是负贵控制导航任务的正常运转，主要包含建设在地??表上的主控站、注入站、监测站等。用户段是指所有形式的北斗用户端设备，以??及所有与其它导航系统相兼容的用户端设备。（周露等，２００４）??现提供定位服务的北斗二代系统的定位原理与ＧＰＳ卫星导航系统的定位原??理一致。由于目前卫星数量的差距，北斗的精度与ＧＰＳ相比还存在一定的差距，??但是在个远的将来北斗一定能够追赶上甚至超越ＧＰＳ?（刘传润，２０１５；）。??同时北斗对用户提供了短报文通信服务，用户终端可以通过北斗卫星导航??系统进行短报文的双向接发，单次最大发送长度为１２０个字节的文本信息。该功??能可以满足本文系统的通信需求，为本系统的数据上传提供了卫星通信渠道。??根据三个卫星系统的不同特点，本文森林消防车微环境实时监测系统采用北??斗卫星定位系统来实现定位、测速以及数据传输的功能。??本文中卫星定位以及通信采用的北斗风ＧＹＴ２０１５Ｃ型数传终端。其基本参??数如下：短报文发射频率为１６１５．６８ＭＨｚ，接受频率为２４９１．７５ＭＨｚ，水平定位偏??差５ｍ?（ｌｄ），垂直定位偏差１０ｍ?（ｌａ），速度偏差Ｓ０．２ｍ／ｓ。输出为ＲＳ４８５串口??信号。北斗卫星通信一次性最大传输数据量为１２０个字节，数据传输需要两个北??斗设备，发送端将数据发送至卫星，卫星将数据进行转发到指定的北斗设备中。??
同时测量消防车所在姿态的欧拉角Ｚ〇／〇、ｒ（０）、Ｘ〇），即可用坐标转换的方式??得到东北天坐标系（ｘ，ｙ，ｚ）中自然风的三维向量（ａ，?ｂ，?ｃ），从而得到自然风??的水平分量。坐标关系如图２－４所示。??牟??ｚ?ｙ，??、、一一一一－，Ｎ??图２－４坐标轴的欧拉转换示意图??Ｆｉｇ．２－４?Ａｎ?Ｅｕｌｅｒｉａｎ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ａｘｉｓ??计算公式如下：??｛ａ＇?—?—ｖ１?ｓｉｎ?ｄ１??ｂ＇?＝?ｖ１?ｃｏｓ?６１?＋?ｖ３?（２－７）??ｃ＇?—?—ｖ２?ｃｏｓ?ｄ２??叫?『ａ－??ｂｆ?＝?Ｒ?ｂ?（２－８）??ｃｒ＼??ｃｏｓｘｐｃｏｓｃｐ?—?ｓｉｎ?ｉｐ?ｓｉｎ?ｃｐｃｏｓＯ?ｓｉｍ／＾ｃｏｓＳ?＋?ｃｏｓ?ｉｐ?ｓｉｎ?ｃｐｃｏｓｄ?ｓ＼ｎ（ｐｓ＼ｎ６＇??Ｒ?＝?—ｃｏｓｉｐｓｉｎｃｐ?—?ｓｉｎ?ｘｐ?ｃｏｓ?ｃｐｃｏｓＯ?—ｓｉｒｎ／；ｃｏｓｉ／；?＋?ｃｏｓｘｐｃｏｓＯ?ｃｏｓｃｐｓｉｎＯ??ｓｉｎｘｐｓｉｎｄ?—ｃｏｓｉ／；ｓｉｎ０?ｃｏｓ９??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]森林消防车微环境实时监测系统设计与开发[J]. 李成豪,梁超,赵燕东,于文华. 林业机械与木工设备. 2018(03)
[2]湖南省森林防火应急通信系统建设探讨[J]. 周根苗. 内蒙古林业科技. 2017(04)
[3]数据挖掘中的分类算法综述[J]. 魏茂胜. 网络安全技术与应用. 2017(06)
[4]基于铱星通信技术的地面森林管护系统研究[J]. 赵燕东,黄欢,颜小飞,于文华. 农业机械学报. 2016(01)
[5]森林火灾扑救消防车装备的种类及使用技术[J]. 高仲亮,王秋华,舒立福,张明远. 林业机械与木工设备. 2014(08)
[6]增量和减量式标准支持向量机的分析[J]. 顾彬,郑关胜,王建东. 软件学报. 2013(07)
[7]基于改进GA-BP神经网络的湿度传感器的温度补偿[J]. 彭基伟,吕文华,行鸿彦,武向娟. 仪器仪表学报. 2013(01)
[8]试析森林消防装备的种类及使用技术[J]. 杜建华. 森林防火. 2012(01)
[9]如何搞好森林防火应急通信保障[J]. 张伟,赵建伟,崔晓菲. 森林防火. 2011(01)
[10]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]基于信息融合与铱星通信技术的林火监测系统研究与设计[D]. 赖小龙.北京林业大学 2015
[2]基于水下滑翔机的铱星通讯系统研究与设计[D]. 刘亮.中国海洋大学 2014
[3]基于环境减灾小卫星数据的森林火灾灾情监测方法研究[D]. 朱曦.中国林业科学研究院 2013
[4]基于神经网络的多传感器数据融合火灾预警系统研究[D]. 周晓琳.长春理工大学 2012
[5]基于DM642和图像分析的林火烟雾检测系统研究[D]. 闫建强.杭州电子科技大学 2011
[6]基于STM32的风速风向测试系统设计[D]. 吕敏.西南交通大学 2011
本文编号：2949813
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｙｓｔｅｍ??
颗卫星。地面段的主要作用是负贵控制导航任务的正常运转，主要包含建设在地??表上的主控站、注入站、监测站等。用户段是指所有形式的北斗用户端设备，以??及所有与其它导航系统相兼容的用户端设备。（周露等，２００４）??现提供定位服务的北斗二代系统的定位原理与ＧＰＳ卫星导航系统的定位原??理一致。由于目前卫星数量的差距，北斗的精度与ＧＰＳ相比还存在一定的差距，??但是在个远的将来北斗一定能够追赶上甚至超越ＧＰＳ?（刘传润，２０１５；）。??同时北斗对用户提供了短报文通信服务，用户终端可以通过北斗卫星导航??系统进行短报文的双向接发，单次最大发送长度为１２０个字节的文本信息。该功??能可以满足本文系统的通信需求，为本系统的数据上传提供了卫星通信渠道。??根据三个卫星系统的不同特点，本文森林消防车微环境实时监测系统采用北??斗卫星定位系统来实现定位、测速以及数据传输的功能。??本文中卫星定位以及通信采用的北斗风ＧＹＴ２０１５Ｃ型数传终端。其基本参??数如下：短报文发射频率为１６１５．６８ＭＨｚ，接受频率为２４９１．７５ＭＨｚ，水平定位偏??差５ｍ?（ｌｄ），垂直定位偏差１０ｍ?（ｌａ），速度偏差Ｓ０．２ｍ／ｓ。输出为ＲＳ４８５串口??信号。北斗卫星通信一次性最大传输数据量为１２０个字节，数据传输需要两个北??斗设备，发送端将数据发送至卫星，卫星将数据进行转发到指定的北斗设备中。??
同时测量消防车所在姿态的欧拉角Ｚ〇／〇、ｒ（０）、Ｘ〇），即可用坐标转换的方式??得到东北天坐标系（ｘ，ｙ，ｚ）中自然风的三维向量（ａ，?ｂ，?ｃ），从而得到自然风??的水平分量。坐标关系如图２－４所示。??牟??ｚ?ｙ，??、、一一一一－，Ｎ??图２－４坐标轴的欧拉转换示意图??Ｆｉｇ．２－４?Ａｎ?Ｅｕｌｅｒｉａｎ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ａｘｉｓ??计算公式如下：??｛ａ＇?—?—ｖ１?ｓｉｎ?ｄ１??ｂ＇?＝?ｖ１?ｃｏｓ?６１?＋?ｖ３?（２－７）??ｃ＇?—?—ｖ２?ｃｏｓ?ｄ２??叫?『ａ－??ｂｆ?＝?Ｒ?ｂ?（２－８）??ｃｒ＼??ｃｏｓｘｐｃｏｓｃｐ?—?ｓｉｎ?ｉｐ?ｓｉｎ?ｃｐｃｏｓＯ?ｓｉｍ／＾ｃｏｓＳ?＋?ｃｏｓ?ｉｐ?ｓｉｎ?ｃｐｃｏｓｄ?ｓ＼ｎ（ｐｓ＼ｎ６＇??Ｒ?＝?—ｃｏｓｉｐｓｉｎｃｐ?—?ｓｉｎ?ｘｐ?ｃｏｓ?ｃｐｃｏｓＯ?—ｓｉｒｎ／；ｃｏｓｉ／；?＋?ｃｏｓｘｐｃｏｓＯ?ｃｏｓｃｐｓｉｎＯ??ｓｉｎｘｐｓｉｎｄ?—ｃｏｓｉ／；ｓｉｎ０?ｃｏｓ９??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]森林消防车微环境实时监测系统设计与开发[J]. 李成豪,梁超,赵燕东,于文华. 林业机械与木工设备. 2018(03)
[2]湖南省森林防火应急通信系统建设探讨[J]. 周根苗. 内蒙古林业科技. 2017(04)
[3]数据挖掘中的分类算法综述[J]. 魏茂胜. 网络安全技术与应用. 2017(06)
[4]基于铱星通信技术的地面森林管护系统研究[J]. 赵燕东,黄欢,颜小飞,于文华. 农业机械学报. 2016(01)
[5]森林火灾扑救消防车装备的种类及使用技术[J]. 高仲亮,王秋华,舒立福,张明远. 林业机械与木工设备. 2014(08)
[6]增量和减量式标准支持向量机的分析[J]. 顾彬,郑关胜,王建东. 软件学报. 2013(07)
[7]基于改进GA-BP神经网络的湿度传感器的温度补偿[J]. 彭基伟,吕文华,行鸿彦,武向娟. 仪器仪表学报. 2013(01)
[8]试析森林消防装备的种类及使用技术[J]. 杜建华. 森林防火. 2012(01)
[9]如何搞好森林防火应急通信保障[J]. 张伟,赵建伟,崔晓菲. 森林防火. 2011(01)
[10]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]基于信息融合与铱星通信技术的林火监测系统研究与设计[D]. 赖小龙.北京林业大学 2015
[2]基于水下滑翔机的铱星通讯系统研究与设计[D]. 刘亮.中国海洋大学 2014
[3]基于环境减灾小卫星数据的森林火灾灾情监测方法研究[D]. 朱曦.中国林业科学研究院 2013
[4]基于神经网络的多传感器数据融合火灾预警系统研究[D]. 周晓琳.长春理工大学 2012
[5]基于DM642和图像分析的林火烟雾检测系统研究[D]. 闫建强.杭州电子科技大学 2011
[6]基于STM32的风速风向测试系统设计[D]. 吕敏.西南交通大学 2011
本文编号：2949813
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