一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及NB‑IoT、无人机和物联网技术领域，具体提供了一种基于NB‑IoT和无人机的森林火灾检测系统及方法。与现有技术相比，本发明专利技术由NB‑IoT基站、火灾检测终端、无人机以及云中心组成，NB‑IoT基站用于接收数据储存到本地，以及发出火灾告警、数据的暂存、数据的上报、数据的展示和异常分析；火灾检测终端用于设定不同的上报频率，选择不同时间，定时唤醒内部的NB‑IoT通信模块和定位模块，上报给NB‑IoT基站；无人机用于对未上报数据的火灾检测终端进行有针对性的设备异常巡检或新设备投放；所述云中心用于收集来自林区基站的数据，为林区管理人员提供火灾告警、地图展示、状态监控、基站的运行管理、数据分析以及数据洞察。利用NB‑IoT与无人机和云中心结合，对森林防火及预测有良好的推广价值。

A forest fire detection system and method based on Nb IOT and UAV

The invention relates to the technical field of Nb \u2011 IOT, UAV and Internet of things, in particular to a forest fire detection system and method based on Nb \u2011 IOT and UAV. Compared with the prior art, the invention is composed of Nb \u2011 IOT base station, fire detection terminal, UAV and cloud center. The Nb \u2011 IOT base station is used for receiving data and storing it locally, sending out fire alarm, data temporary storage, data reporting, data display and exception analysis; the fire detection terminal is used for setting different reporting frequency, selecting different time and waking up the internal The Nb \u2011 IOT communication module and positioning module are reported to the Nb \u2011 IOT base station; the UAV is used to carry out targeted equipment abnormal inspection or new equipment delivery for the fire detection terminal without reported data; the cloud center is used to collect data from the forest base station, and provide the forest administrator with fire alarm, map display, status monitoring, operation management of the base station, data analysis and Data insight. The combination of Nb \u2011 IOT with UAV and cloud center has a good promotion value for forest fire prevention and prediction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统及方法
本专利技术涉及NB-IoT、无人机和物联网
，具体提供一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统及方法。
技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。随着无人机技术的发展以及关键零组件成本持续下降，大大降低了开发无人机系统的门槛，这也使得无人机得到广泛的应用，无人机的续航能力不断增强，同时，也变得更加智能，自动避障、自动跟踪目标等智能化功能都开始普及。NB-IoT(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信LPWAN技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接的特点，特别适合于大规模物联网应用的部署，通过对传输速度与传输频率进行调整，其覆盖距离可达上百公里。森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来灾难性，毁坏性的后果。森林一般处于偏僻地带，交通不便，面大林深。在日常的巡查维护中，需要耗费大量的人力物力，随着物联网技术的发展，为森林巡查监管带来了新的可能性。然而，物联网设备部署复杂，施工难度大，维护成本高，特别是在大面积森林中要解决终端供电问题。在这种情况下，如何有效实现大面积林区的地成本和高效准确的火灾检测成为亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术是针对上述现有技术的不足，提供一种设计合理，安全适用的NB-IoT、终端和无人机的火灾检测系统。本专利技术进一步的技术任务是提供一种实用性强的一种NB-IoT、终端和无人机的火灾检测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，由NB-IoT基站、火灾检测终端、无人机以及云中心组成，所述NB-IoT基站用于接收数据储存到本地，以及发出火灾告警、数据的暂存、数据的上报、数据的展示和异常分析；所述火灾检测终端用于采集实时温湿度以及气体浓度，判断是否发生火灾，并立即唤醒内部的NB-IoT通信模块和定位模块，上报给NB-IoT基站；所述无人机用于对未上报数据的火灾检测终端进行有针对性的设备异常巡检或/和新设备投放；所述云中心用于收集来自林区基站的数据，为林区管理人员提供火灾告警、地图展示、状态监控、基站的运行管理、数据分析以及数据洞察。进一步的，所述NB-IoT基站通过NB-IoT接入服务与火灾检测终端以及无人机连接，通过卫星网路与云中心连接。进一步的，所述NB-IoT基站部署火灾检测基站子系统，用于提供NB-IoT基站内附近林区人员的告警信息通知、火灾检测终端信息的展示以及进行数据备份。作为优选，所述火灾检测终端由电源、NB-IoT通信模组、温湿度传感器、定位装置、烟感探测器以及固定和防震装置组成，所述电源为NB-IoT通信模组、温湿度传感器、定位装置、烟感探测器以及固定和防震装置提供电力；所述NB-IoT通信模组用于与NB-IoT基站交互，再配合无人机来实现火灾检测终端的部署与设备异常巡检；所述温湿度传感器用于采集实时的温湿度；所述定位装置采用GPS定位装置；所述烟感探测器用于采集气体的浓度；所述固定和防震装置用于火灾检测终端的固定以及防震。作为优选，所述无人机由电源、定位装置、NB-IoT通信模组、设备投放装置、控制模块以及智能模块组成，所述电源为NB-IoT通信模组、定位装置、设备投放装置、控制模块及智能模块提供电力；所述定位装置采用GPS定位装置；所述NB-IoT通信模组用于与NB-IoT基站交互，配合火灾检测终端的部署以及与设备异常的巡检；所述设备投放装置用于投放火灾检测终端；所述控制模块及智能模块用于无人机内部信息的交互。进一步的，所述NB-IoT通信模组包含NB-IoT基站增强装置，用于增强信号覆盖范围。一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测方法，架设NB-IoT基站在森林中覆盖网络，通过无人机实现远程部署火灾检测终端，火灾检测终端检测到火灾则通过其内部的NB-IoT通信模组实现与NB-IoT基站的交互，NB-IoT基站通过卫星网络与云中心进行交互，云中心收集来自NB-IoT基站和火灾检测终端的数据为林区管理人员提供火灾告警、地图展示、状态监控、设备状况、NB-IoT基站运行状况和数据分析，林区工作人员通过移动设备接收实时告警并及时做出响应。进一步的，所述云中心根据来自气象部门的实际天气状况和收集的林区数据进行大数据分析洞察，提前预测分析火灾发生位置，进而预防火灾的发生。进一步的，所述火灾检测终端每天定时推送当天数据，所述无人机针对未上报数据的火灾检测终端进行有针对性的设备异常巡检或新设备投放。进一步的，具体的步骤如下，S1、根据森林实际状况规划部署NB-IoT基站；S2、根据NB-IoT基站分布状况及森林状况，规划所述的火灾检测终端的部署分布；S3、通过所述的无人机根据规划的位置飞到上空将其投放，利用所述火灾检测终端内固定装置将其固定到大树上；S4、所述无人机确定设备固定成功，通过无人机内部的NB-IoT通信模组向所述的NB-IoT基站发送设备安装成功消息及GPS定位数据；或是通过人工固定火灾检测终端，安装成功后，通过其移动设备向所述NB-IoT基站发送设备安装成功消息及GPS定位数据；S5、所述NB-IoT基站将安装成功的消息及相关数据通过卫星网络传送至所述的云中心；S6、所述的火灾检测终端平时NB-IoT通信模组及定位模块平时不开启，仅仅通过其温湿度传感器采集实时温湿度，通过烟感探测器采集气体浓度；S7、所述火灾检测终端根据传感数据确定发生火灾，立即唤醒NB-IoT通信模组，持续发送告警信息给所述NB-IoT基站，发送的内容包括终端ID、当前温湿度、烟雾浓度、位置定位数据；S8、所述NB-IoT基站收到告警信息，通过NB-IoT基站本地的火灾检测基站子系统以及本地网络发送告警通知给所述的林区工作人员；S9、所述NB-IoT基站同时将告警信息通过卫星通信发送至所述云中心；S10、所述云中心接受告警信息，发送给指定的林区工作人员；S11、所述指定的林区工作人员接受到告警信息，定位火灾检测终端位置，进行相关处理。本专利技术的一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统及方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：1、有效的利用NB-IoT广覆盖、低功耗、低成本、大连接的特点，架设少量基站在森林中覆盖网络，通过无人机实现远程部署大量低成本的火灾检测终端，一定程度上也降低了设备部署和设备异常巡检的成本和难度，有效实现了大面积林区低成本和高效的火灾检测。2、相比传统的网络覆盖方式及部署方式，维护成本更低，低成本的火灾检测装置可以实现大面积部署，并且火灾只有上行通道，终端检测到火灾后触发告警，唤醒NB-IoT通信模块向基站侧发送数据，一方面，单一上传信道增加基站的连接终端数量；另一方面，减少了功耗，一定程度上解决了电源供电问题。3、NB-IoT基站接收告警第一时间反馈给基站本地网络内的人员，同时通过基站卫星通信与云端通信，及时反馈火灾状况，利用卫星通信也减小了森林内核心网部署的压力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB‑IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：由NB‑IoT基站、火灾检测终端、无人机以及云中心组成，所述NB‑IoT基站用于接收数据储存到本地，以及发出火灾告警、数据的暂存、数据的上报、数据的展示和异常分析；所述火灾检测终端用于采集实时温湿度以及气体浓度，判断是否发生火灾，并立即唤醒内部的NB‑IoT通信模块和定位模块，上报给NB‑IoT基站；所述无人机用于对未上报数据的火灾检测终端进行有针对性的设备异常巡检或/和新设备投放；所述云中心用于收集来自林区基站的数据，为林区管理人员提供火灾告警、地图展示、状态监控、基站的运行管理、数据分析以及数据洞察。

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：由NB-IoT基站、火灾检测终端、无人机以及云中心组成，所述NB-IoT基站用于接收数据储存到本地，以及发出火灾告警、数据的暂存、数据的上报、数据的展示和异常分析；所述火灾检测终端用于采集实时温湿度以及气体浓度，判断是否发生火灾，并立即唤醒内部的NB-IoT通信模块和定位模块，上报给NB-IoT基站；所述无人机用于对未上报数据的火灾检测终端进行有针对性的设备异常巡检或/和新设备投放；所述云中心用于收集来自林区基站的数据，为林区管理人员提供火灾告警、地图展示、状态监控、基站的运行管理、数据分析以及数据洞察。2.根据权利要求1所述一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：所述NB-IoT基站通过NB-IoT接入服务与火灾检测终端以及无人机连接，通过卫星网路与云中心连接。3.根据权利要求1或2所述的一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：所述NB-IoT基站部署火灾检测基站子系统，用于提供NB-IoT基站内附近林区人员的告警信息通知、火灾检测终端信息的展示以及进行数据备份。4.根据权利要求3所述的一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：所述火灾检测终端由电源、NB-IoT通信模组、温湿度传感器、定位装置、烟感探测器以及固定和防震装置组成，所述电源为NB-IoT通信模组、温湿度传感器、定位装置、烟感探测器以及固定和防震装置提供电力；所述NB-IoT通信模组用于与NB-IoT基站交互，再配合无人机来实现火灾检测终端的部署与设备异常巡检；所述温湿度传感器用于采集实时的温湿度；所述定位装置采用GPS定位装置；所述烟感探测器用于采集气体的浓度；所述固定和防震装置用于火灾检测终端的固定以及防震。5.根据权利要求4所述的一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：所述无人机由电源、定位装置、NB-IoT通信模组、设备投放装置、控制模块以及智能模块组成，所述电源为NB-IoT通信模组、定位装置、设备投放装置、控制模块及智能模块提供电力；所述定位装置采用GPS定位装置；所述NB-IoT通信模组用于与NB-IoT基站交互，配合火灾检测终端的部署以及与设备异常的巡检；所述设备投放装置用于投放火灾检测终端；所述控制模块及智能模块用于无人机内部信息的交互。6.根据权利要求5所述的一种基于NB-IoT和无人机的森林火灾检测系统，其特征在于：所述NB-IoT通信模组包含NB-IoT基站增强装置，用于增强信号覆盖范围。7.一种基于NB-I...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙善宝，马辰，于玲，张桂红，
申请(专利权)人：山东浪潮人工智能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37