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摘 要 ：茶园是我国重要的农业资源之一,其安全生产一直备受关注。如何突破传统的火灾预警的局限性以及提高预警茶 园火灾的精准度是目前主要研究的方向。本文将以北斗导航技术应用于智能火灾预警系统,以获得更高的监测精度,对茶园火 灾预警有着更为直观的预警能力,在一定程度上规避了火灾风险,减少了茶园受损面积的下降率与人员伤亡。
关键词 ：北斗导航 ；火灾预警 ；5G 通信
Design of Intelligent Fire Warning System for Lixian Tea Garden Based on Beidou Navigation
CHEN Zhongyu, ZHANG Li, ZHANG Chen, CHEN Jianjie, JIANG Yao, GAN Ziyan
(Hunan Applied Technology University, Changde Hunan 415000)
【Abstract】：Tea gardens are one of the important agricultural resources in China, and their safety production has always been a concern. How to break through the limitations of traditional fire warning and improve the accuracy of warning tea garden fires is currently the main research direction. This article will apply Beidou navigation technology to an intelligent fire warning system to achieve higher monitoring accuracy and more intuitive warning capabilities for tea garden fire warning. To a certain extent, it avoids fire risks, reduces the decline rate of damaged tea garden areas and personnel casualties.
【Key words】：Beidou navigation;fire warning;5G communication
火灾损失是一种常见的灾害类别, 是在人为的经济活 动和自然环境因素的作用下,造成的火源。在实现“生态 建园,高效茶业”理念的同时也要防范茶园火灾的出现。
1 国内外火灾预警系统研究现状
随着自动驾驶、移动物联网、5G 等技术的发展, 智能时代已经来临,人类对于精准时空信息的需求愈发 强烈,卫星导航系统作为最重要的时空基础设施,可为 各类智能应用场景广泛赋能。目前,各大卫星导航系统 在轨运行卫星数量已达 140 余颗,相互并存也相互竞 争,通过时空基准、信号体制的创新设计,实现了不同 系统的兼容互操作和融合处理,共同为人类提供更加优 质的 PNT 服务。
1.1 国内现状分析
国内智能火灾预警系统技术与国外等发达国家相比,
我国智能火灾预警系统技术性起步晚。虽然国内所使用 的智能火灾检测器全是智能定制的,但是由于感应器检 测主要参数少,终端软件的程序开发不够成熟,各种各 样优化算法准确性认证不够,火灾当场主要参数数据库 系统不健全,智能火灾预警系统无法精确明确颗粒（烟 尘）浓度值、现场温度、微波抗压强度、可燃气体浓 度、电磁波辐射等数据,造成迟报、乱报、少报等问 题。在定位技术上,我国北斗系统和 GPS、GLONASS、 Galileo 等全球导航卫星系统不仅可以为海陆空任意位 置的用户提供全天时、全天候的导航、定位、授时等服 务,还具有短报文通信的独特服务,为无地面通信环境 下的即时数据采集与人员安全保障提供了技术手段 [1]。 结合北斗系统的短报文功能,有助于在更多的电子科技 领域应用和开发北斗系统更丰富的功能 [2]。
1.2 国外现状分析
国外的诸多发达国家都已经具备了相对完善的火灾 预警体系,从预防、报警、扑救及善后处理一列流程都 体现其人性化的一面。目前,国外发达国家达到信息共 享有两种方法 ：（1）利用计算机与用户的终端传感器相 连接 ；（2）用户终端和信号采集器连接,及时快捷地将 火灾信号进行传输。个别地区偏好于将火灾预警系统接 入到公共报警系统中,已良好运行多年,可以说在准确 定位、确定火灾类型、及时信息回馈等诸多方面都有着 值得我国借鉴的重要意义。随着技术的进步,火灾预警 系统的研究和应用得到了进一步推进。使用遥感技术、 地理信息系统（GIS）和气象模型等工具,研究人员能 够更准确地预测火灾风险和火灾的传播路径。
2 澧县茶园火灾防控的现状和问题
澧县是中国茶叶生产的重要基地之一,其安全生产 问题在火灾防控方面存在薄弱环节。近年来,虽然政府 加大了对茶园火灾防控的宣传力度,茶农和茶园管理者 对火灾防控的意识有所提高,但仍存在许多的不足。
2.1 技术设备不足
澧县茶园缺乏先进的火灾监测技术和设备,如火灾 监测传感器、监控摄像头、火灾预警平台等,无法实现 对茶园火灾的实时监测和预警。
2.2 信息传递不及时
传统火灾预警系统没有建立快速、准确的火灾预警 信息传递机制,茶园火灾预警信息和位置的传递不及时, 无法迅速通知相关部门和茶农,导致火灾应对不及时。
2.3 火灾防控意识不足
一些基层领导对茶园防火工作的长期性、艰巨性、 重要性认识不足,存在重布置、轻管理,重扑救、轻预 防现象。目前,茶园火灾的监测和预警主要还是依靠人 工巡查,无法及时发现火灾隐患和进行预警。火灾发生 时,茶农们又缺乏专业的火灾防范意识和应急处理能 力,无法及时有效地进行处置和救援。
3 澧县茶园火灾防控问题的解决方法
3.1 搭建茶园火灾预警平台
基于火灾监测数据,建立火灾预警系统, 引进北斗 定位技术和高精度北斗授时技术,技术普遍特征在于卫 星导航定位系统卫星定位装置、安装于监测器的地形环 境数据采集装置、监控管理终端和用户查询端。实现此 方案可在未来对于茶园火灾及时防控和防火人员的巡逻 风险降低方面带来可观性的好处。北斗导航技术能够解 决高精度室外时空信息感知能力,要比传统网络定位系 统精确百倍,传统的无线定位和集成定位技术只能提供 室内和外在空间的泛自在和高精度的定位能力。移动通信网络定位系统基础及应用的技术可实现依托移动电信 联通三大运营商于全网范围展开对时空信号的准确来源 身体感知,节约了专用卫星定位和网络定位系统建设的 设备和研发成本。而在当前 2G、3G、4G、5G 的时代 , 定位距离角度偏差往往高可达几十米秒级乃至上百米的 量级,难保有提供的精确时空信号 [3]。伴随着北斗导航 技术融合产业的高速发展,火灾预警系统的设计以及后 续的应用也会向着智能、可靠小型化等方向发展。未来 的茶园火灾预警系统采用更为先进的算法和技术,提高 系统的准确性和实用性。系统将覆盖更广泛的茶园地 区,实现全面监控、预警和实时监控功能,及时发现异 常,减少火灾的发生。并且加强与其他预警系统进行联 动,如天气预警系统、气象监测系统等,实现多系统联 动,提高预警效率和实用性。
3.2 建立信息共享与传递机制
5G+ 北斗深度融合,让信号覆盖更全面,利用 5G 通信完成消防设施的独立运行、自我评估和智能控制系 统,解决萌芽期或最初状态的火灾。5G 互联网具备延 迟时间低、联接广、网络带宽大等特点,可以为大型设 备通信提供技术支持与优质服务等,同时 5G 技术应用 于不同场景,辐射范围较广,可以基于不同行业领域 的工作需求,提供个性化功能服务,以其高效、便捷的 服务性能来满足不同行业智慧化建设和飞速发展的需 求 [4]。产生火灾时,可以向茶园消防人员、工作人员和 119 火灾调度指挥中心报案,当茶园消防人员未抵达火 灾现场时,茶园安全管理系统终端设备可以通过 5G 互 联网提前对茶园消防设施和监控进行一些动态监管和消 防预备处理。
3.3 加强灭火队伍建设
建立专业的灭火队伍,对队员进行灭火技能培训, 提高应对火灾的能力。定期组织茶农和管理人员进行消 防演练提高应急处理能力和团队协作能力,组织茶农 参加火灾防控知识培训,提高他们的火灾防控意识和技 能。茶园管理人员必须熟悉整个火灾预警系统并且有序 组织各部门人员进行火灾防控。建立完善的管控网络 , 可以提高消防通信指挥的准确性,而且是快速有效地实 现救援任务的前提 [5]。
4 茶园智能火灾预警系统的应用与技术
北斗卫星导航用于对监测器进行实时定位,并将其 位置信息实时传输至所述监控管理终端和用户查询端 ； 高精度北斗授时将标准时间信号传送给需要时间的终端。 监控管理终端从云服务器获取温度数据,并根据获取的 温度数据和预设置的标准温度进行比对,进而获悉温度 数据是否符合条件,如果不满足条件时立即发出预警信息,并根据北斗导航定位的路线和地形因素进行分析和 制定计划。用户查询端利于茶园防火人员进入茶园跟踪云 服务器,查看前进路线、火情和地形因素的环境数据。
4.1 采集火源数据实现智能判断
实现茶园火灾智能预警的基础,除了传统的温度、 氧气浓度等指标,还需要结合北斗导航技术,采集茶园 所处位置、风速、风向等信息进行综合分析。这样可以 更准确地判断火灾的程度和可能发生的扩散情况,提供 更及时、有效的预警信息,帮助茶园工作人员迅速采取 应对措施,最大程度地减小火灾损失。如图 1 所示。
4.2 预警信息上传北斗云平台
（1）实时上传预警信息 ：系统采用北斗卫星通信技 术,能够快速地将茶园火灾的预警信息上传至北斗云平 台,实现实时监控和预警。（2）高效数据管理 ：预警 信息上传至北斗云平台后,系统可对数据进行分类、整 合、汇总,便于后期数据分析和挖掘,提高预警的准确 性和及时性。（3）多种数据格式支持 ：系统支持多种数 据格式的传输,可以灵活地应对不同类型的数据,满足 不同用户的需求。同时,还能够提供数据接口,方便其 他系统进行数据访问和交互。如图 2 所示。
4.3 安装节点设备实现实时监测
（1）节点设备布局方案 ：按照茶园火灾易发区域, 合理布置节点设备,从而实现对火情的实时监测。同 时,在布置节点设备时,需考虑通讯、供电等问题,保 证设备可靠运行。（2）数据传输与处理方案 ：安装节 点设备后,需要采集、传输、处理大量数据。为了从复杂的数据中提取出有用信息,需要采用合适的数据处理 算法,如数据挖掘、模式识别等技术,以实现对火情的 智能预警。同时,还需要考虑数据传输的安全性和实时 性,以确保预警系统的可靠性和有效性。如图 3 所示。
5 总结
通过设计基于北斗导航的智能火灾预警系统,为澧 县茶园的火灾安全提供了一种创新的解决方案。该系统 采用北斗导航技术,可以精确获取火灾发生位置,提高 预警的准确性和时效性 ；同时,系统采用多种传感器和 设备,可以对火灾相关数据进行多角度、全方位的监测 和采集,提高预警的可靠性和准确性 ；此外,系统还具 有分布式架构、数据处理和应急响应等优势, 可以有效 提高茶园火灾预警和应急响应的能力。智能化火灾警报 系统可模仿人的思路,积极搜集工作温度、湿度等数据 仿真模拟,灵活运用模糊逻辑和人工神经网络技术性来 计算解决,对周围环境数据进行对比分辨,准确预测和 检测火灾,防止乱报和少报。本系统还具有准确性、可 靠性和实用性等优势,对于茶园的火灾防控具有重要意 义。同时,系统的设计和实施也为茶园管理人员和消防 部门提供有效的火灾预警和应急响应手段,从而减少火 灾损失,保障人员和财产的安全。该系统的设计在面向 未来具有重大的应用价值,期望能够实现对茶树的可燃 点预警能力。
参考文献
[1] 武红敢,田晓瑞,付立红,等.北斗终端在森林火灾预警监测体 系中的应用[J].卫星应用,2023(4):35-39.
[2] 钟紫萱,吴德海,钟妍,等.北斗卫星导航系统现状与发展前景 [J].现代矿业,2022,38(5):43-46+54.
[3] 邓中亮,王翰华.“北斗+5G”融合发展机遇[J].卫星应用, 2021(11):20-24.
[4] 闫庆.5G移动通信技术在消防灭火救援工作中的应用探究 [J].中国新通信,2022,24(7):16-18.
[5] 付飞.5G通信技术在消防通信指挥中的应用[J].数字技术与 应用,2021,39(10):85-87.
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