物联网工程工程实践方案--森林消防监控管理系统_V10【王海春】.doc

森林消防监控管理系统 一、项目目标 背景：森林火情风险信息的全面采集，火险的准确预警，以及火灾状态和发展趋势的准确监控和预测，对于降低森林火灾造成的损失、智能化调度森林防火相关资源，都具有重要意义。随着科技的发展，火灾预警的手段不断丰富，却仍然存在很多问题。同时物联网技术的发展，为森林火灾预警的智能化控制注入了新的活力。 要求：《基于物联网技术的森林消防监控管理系统》是一个历时5个学期的工程实践项目，学生在分阶段的工程实践项目中，根据实施项目的技术需求，带着问题一边学习相关理论课程，一边构思、设计和实现相关分阶段的工程项目模块。学生在相对比较真实的环境中，通过团组活动，参加工程项目的构思、设计、开发与测试的全过程。项目要求学生综合物联网标识技术、嵌入式系统开发、无线网络技术、网络编程、WEB应用开发、数据库等课程知识，并通过团队协作的方式完成各学期的开发任务。 项目设计内容：学生在对物联网相关技术进行了深入学习基础上，提出基于物联网技术的面向森林防火领域的火情预警监控系统总体技术架构。在该总体架构基础之上，设计了一站式监控系统的系统功能方案，该方案涵盖了信息采集、信息处理、火警发现、预警分析、火情蔓延分析、信息发布等全生命周期完整流程。并对监控系统中的综合监测网关集成架构、火险预警分析机制、火情蔓延趋势分析机制等关键点进行了研究和设计。最后对系统的具体技术细节进行了详细设计，并研制实现了森林火情预警监控系统。 实施项目的目的：通过上述工程实践项目，学生在相对比较真实的环境中，通过团组活动，参加工程项目的构思、设计、开发与测试的全过程，以进一步提高学生运用所学理论知识，解决工程实际问题的能力，并在此基础上，增强学生的团队协作意识和人际沟通能力，激发学生的学习兴趣。 二、系统描述 《基于物联网技术的森林消防监控管理系统》系统总体组成结构如图1所示。系统分为如下分层结构。 感知层：由若干消防传感器和无线节点组成，感知层组成ZigBee无线网络。 网络传输层：网络传输层分为两种架构，一种是森林区有Internet网络，网络传输层采用计算机为网关节点，感知层的信号通过TCP/IP协议，将信号传输到云服务器端（Web服务器）。另一种是森林区没有Internet网络，网络传输层采用嵌入式网关计节点，感知层的信号通过GPRS模块，将信号传输到云服务器端（Web服务器）。 应用层：应用层由云服务器、移动客户机、手机等组成。移动客户机、手机随时访问服务器上的数据。 1、系统主要功能 系统要求实现如下主要功能： 森林火情风险信息的全面采集和感知。 利用红外传感器，提前感知森林区域的火光信号，利用温度传感器，感知森林区域的温度门限信号，利用火焰传感器，感知森林区域的突发性火灾情况。利用气体传感器，感知森林区域的可燃气体门限信号，提前实现提前预警功能。 感知层节点组网和程序设计 感知层的节点组建无线ZigBee网络，并通过程序设计实现传感器信息向协调器节点的有效传输。 网关节点通信程序编程 网络传输层分为两种架构，一种是森林区有Internet网络，网络传输层采用计算机为网关节点，信号通过TCP/IP协议，可采用Java、C#、C++编写网络通信传输软件，实现信号到服务器的有效传输。 另一种是森林区没有Internet网络，网络传输层采用嵌入式网关节点，感知层的信号通过GPRS模块，将信号传输到云服务器端（Web服务器）。可在网关上编写基于GPRS的嵌入式程序（一般分为C51和ARM两种），将信号传输到云服务器端（Web服务器）。 火灾信息的存储、分析与管理 在云服务器端配置网络数据库（SQL Server、MYSQL），对推送到服务器上的数据进行分布式或集中式存储。并提供数据管理、分析功能。涵盖了信息采集、信息处理、火警发现、预警分析、火情蔓延分析、信息发布等全生命周期完整流程。 信息查询 对云服务器进行配置和程序设计，使用户可以分别在PC端和移动端（基于IOS和Android）安全登录，并查询系统发布的多种形式（图、表）的数据。监控中心包含WEB服务器与DB服务器，WEB服务器除部署系统管理页面外，还需向手持机提供WebService接口； 系统安全管理 在感知层，为了保证无线数据的安全可靠，可对传感层数据采用AES加密。在云服务器端，可采用用户动态授权、提供系统操作日志、数据库防SQL注入等技术，增强系统的安全性。 图 1森林消防监控系统总体结构图 2、系统设计与实现所需知识与能力 要达到系统的设计与实现的要求，学生应该具有如下的知识与能力： C语言知识和能力 数据库知识与能力，对应网关和云端数据的存取 C++或Java或C#能力，对应网关程序编写 Web基本知识和网页设计能力（JSP或ASP），对