CN111476983A - 一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援*** - Google Patents

一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***，属于森林救援领域，应用于森林中；包括：多个传感器节点，用于监测森林的环境并输出监测数据，所有传感器节点构成一无线传感网；云平台，分别远程连接每个传感器节点，云平台具体包括：存储单元，用于预先保存每个传感器节点的位置信息；第一接收单元，用于持续接收各个传感器节点上传的监测数据；第一监测单元，分别连接存储单元和第一接收单元；多个客户端，分别远程连接云平台，每个客户端分别由一深林人员随身携带。本发明的有益效果在于：通过云平台和客户端远程连接，实现一键报警功能，并结合监测数据和位置信息，对客户端发出应急指令，保障深林人员的安全。

Description

一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***
技术领域
本发明涉及森林救援领域，尤其涉及一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***。
背景技术
森林是全球生态***的重要组成部分，由于气候变暖以及人为原因，森林火灾的发生频率逐年增高，在中国，森林资源相对匮乏，而频繁发生的森林火灾除了造成巨大经济损失和人员伤亡，更对我国林业生态环境和林业产业经济构成严重影响。分析森林火灾的成因，既有人为因素，还有雷击、自燃等非人为因素，在加强管理的同时，也需要加大巡检力度，以防止突发事件的发生。
目前，深林地区地处偏僻，环境比较复杂，网络覆盖不全面，巡检人员在巡检时会缺乏方向感停滞不前或者不小心跌落受伤，由于深林中GPS以及北斗信号获取极为困难，对于深林中的巡检人员的定位及报警是一个难题，严重危及了森林管护人员的人身及生命安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***，应用于森林中；包括：
多个传感器节点，每个所述传感器节点分别设置在所述森林中的预设位置，用于监测森林的环境并输出监测数据，所有所述传感器节点构成一无线传感网，所述传感器节点采用电池供电；
云平台，分别远程连接每个所述传感器节点，所述云平台中具体包括：
存储单元，用于预先保存每个所述传感器节点的位置信息；
第一接收单元，用于持续接收各个所述传感器节点上传的所述监测数据；
第一监测单元，分别连接所述存储单元和所述第一接收单元，用于结合所述监测数据和所述位置信息，实时监测得到所述森林中各个位置的环境状况；
多个客户端，分别远程连接所述云平台，每个所述客户端分别由一深林人员随身携带，每个所述客户端具体包括：
定位单元，用于持续将所述深林人员的实时定位信息发送至所述云平台；
感知单元，用于持续感知所述深林人员的生理体征信息并发送至所述云平台；
报警单元，用于根据所述深林人员的主动操作向所述云平台发送报警信号。
优选地，多个所述传感器节点呈网格状布设，形成所述无线传感网；
相邻的所述传感器节点之间相距一预设距离，或者相邻的所述传感器节点之间的距离处于一预设的距离范围内。
优选地，每个所述传感器节点中包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、挥发性有机化合物传感器、气压传感器以及红外信号传感器中的至少一类。
优选地，于所述存储单元中预先保存的每个所述传感器节点的所述位置信息至少包括：
每个所述传感器节点在安装时预先探测得到的安装位置信息；以及
每个所述传感器节点的传感器序列信息；
则每个所述传感器节点向所述云平台上传的所述监测数据中包括所述传感器节点的所述传感器序列信息。
优选地，所述定位单元具体包括：
握手模块，用于周期性地和所述客户端周边的多个所述传感器节点之间交互握手信号；
检测模块，连接所述握手模块，用于根据所述握手信号检测周边的多个所述传感器节点的信号强度；
定位模块，连接所述检测模块，用于根据所述信号强度确定所述深林人员与周边的多个所述传感器节点之间的实时的相对位置关系；
发送模块，用于将所述相对位置关系包括在实时位置信息中发送至所述云平台；
所述云平台还包括：
第二接收单元，用于持续接收各个所述客户端发送的所述实时位置信息；
第三接收单元，用于持续接收各个所述客户端发送的所述生理体征信息；
位置确定单元，分别连接所述存储单元和所述第二接收单元，用于根据所述实时位置信息和预先保存的所述传感器节点的所述位置信息，确定各个所述深林人员的实时的全局位置；
第二监测单元，分别连接所述第三接收单元和所述位置确定单元，用于结合各个所述客户端的所述生理体征信息和所述全局位置，实时监测得到所述森林中的各个所述深林人员的身体状况。
优选地，所述云平台还包括：
心跳检测单元，用于周期性地向各个所述客户端发送心跳检测信号；
所述客户端接收到所述心跳检测信号后，将所述实时位置信息包括在心跳反馈信息中发送给所述云平台。
优选地，所述云平台还包括：
第四接收单元，用于接收所述客户端发送的所述报警信息；
指示单元，分别连接所述第一监测单元、第二监测单元和所述第四接收单元，用于：
当接收到所述报警信息时，向发送所述报警信息的所述客户端反馈一指示信息；和/或
当存在有所述传感器节点的所述环境状况处于一第一预设状况范围时，向对应位置的所述客户端反馈所述指示信息；和/或
当存在有所述深林人员的身体状况处于一第二预设状况范围时，向对应的所述客户端反馈所述指示信息。
优选地，所述指示信息包括扑火指示、撤退指示以及原地等待救援指示中的至少一种。
优选地，所述感知单元包括用于检测所述深林人员的生理信息的生理信号传感器和/或用于检测所述深林人员的运动状态的加速度传感器；
则所述生理体征信息中包括所述深林人员的所述生理信息和/或所述运动状态。
优选地，所述客户端采用一电子定位标签实现；
所述电子定位标签采用电池供电，或者所述电子定位标签接入所述深林人员的移动终端并进行工作。
本发明技术方案的有益效果在于：
通过云平台和客户端远程连接，深林人员一对一配备客户端，能实现一键报警功能，云平台接收报警信号后，调取传感器节点的监测数据并结合客户端的位置信息和生理体征，对深林人员发出应急指令，保障深林人员的人身及生命安全不受危害。
附图说明
图1为本发明中，无线传感网的结构示意图；
图2为本发明中，云平台的结构框图；
图3为本发明中，客户端的结构框图；
图4为本发明中，图3客户端中定位单元的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***，如图1至图4所示，应用于森林中；包括：
多个传感器节点，每个传感器节点分别设置在森林中的预设位置，用于监测森林的环境并输出监测数据，所有传感器节点构成一无线传感网，传感器节点采用电池供电；
云平台，分别远程连接每个传感器节点，云平台中具体包括：
存储单元1，用于预先保存每个传感器节点的位置信息；
第一接收单元4，用于持续接收各个传感器节点上传的监测数据；
第一监测单元2，分别连接存储单元1和第一接收单元4，用于结合监测数据和位置信息，实时监测得到森林中各个位置的环境状况；
多个客户端，分别远程连接云平台，每个客户端分别由一深林人员随身携带，每个客户端具体包括：
定位单元11，用于持续将深林人员的实时定位信息发送至云平台；
感知单元12，用于持续感知深林人员的生理体征信息并发送至云平台；
报警单元13，用于根据深林人员的主动操作向云平台发送报警信号。
具体的，在森林中的预设位置分别设置一传感器节点，用于监测森林的环境并输出监测数据，多个传感器节点构成一无线传感网；
云平台包括存储单元1、第一接收单元4和第一监测单元2；存储单元1，用于预先保存每个传感器节点的位置信息；第一接收单元4，用于持续接收各个传感器节点上传的监测数据；第一监测单元2，用于结合监测数据和位置信息，实时监测得到森林中各个位置的环境状况；云平台与所有的传感器节点通过远程连接，用于监测所有传感器节点的安装位置和监测数据；每个客户端均包括定位单元11、感知单元12、报警单元13，每个深林人员均随身携带一客户端，每个客户端分别远程连接云平台，用于监测对应的深林人员的位置信息、生理体征及运动状态，在接收报警信号后，云平台迅速调取监测信息，并及时做出响应。
进一步的，多个传感器节点呈网格状布设，形成无线传感网；
相邻的传感器节点之间相距一预设距离，或者相邻的传感器节点之间的距离处于一预设的距离范围内。
具体的，在一个较佳的实施例中，呈网格状布设的多个传感器每隔一预设距离设置，构建一无线传感网。
进一步的，每个传感器节点中包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、挥发性有机化合物传感器、气压传感器以及红外信号传感器中的至少一类。
具体的，每个传感节点中均安装有传感器，传感器具体包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、CO传感器、CO2传感器、VOC传感器、气压传感器以及红外传感器的一种或多种；
其中，温度传感器和烟雾传感器，用于监测森林的明火和阴火；
于监测到火情时，传感器节点还可持续监测森林中的温度、湿度、气压、CO浓度、CO2浓度和VOC等指标，用于研判火灾危险指数并提供预警；
每个传感器节点通过无线传感网将所有传感器的监测数据上传云平台，结合上传的各个传感器的监测数据，云平台对火灾隐患、险情提前预警，甚至在发生火灾时实时研判火势蔓延的走向，为险情判断、处置、提供数据支撑。
进一步的，于存储单元1中预先保存的每个传感器节点的位置信息至少包括：
每个传感器节点在安装时预先探测得到的安装位置信息；以及
每个传感器节点的传感器序列信息；
则每个传感器节点向云平台上传的监测数据中包括传感器节点的传感器序列信息。
具体的，于安装传感器节点时，配备北斗或GPS，用于预先获取传感器的安装位置信息；
传感器序列信息可以为传感器节点的MAC地址或者传感器的序列号，每个传感器通过配置MAC地址或序列号实现一一匹配并将监测数据上传至云平台。
进一步的，在一个较佳的实施例中，定位单元11具体包括：
握手模块110，用于周期性地和客户端周边的多个传感器节点之间交互握手信号；
检测模块111，连接握手模块110，用于根据握手信号检测周边的多个传感器节点的信号强度；
定位模块112，连接检测模块111，用于根据信号强度确定深林人员与周边的多个传感器节点之间的实时的相对位置关系；
发送模块113，用于将相对位置关系包括在实时位置信息中发送至云平台；
云平台还包括：
第二接收单元5，用于持续接收各个客户端发送的实时位置信息；
第三接收单元6，用于持续接收各个客户端发送的生理体征信息；
位置确定单元8，分别连接存储单元1和第二接收单元5，用于根据实时位置信息和预先保存的传感器节点的位置信息，确定各个深林人员的实时的全局位置；
第二监测单元3，分别连接第三接收单元6和位置确定单元8，用于结合各个客户端的生理体征信息和全局位置，实时监测得到森林中的各个深林人员的身体状况。
具体的，在一个较佳的实施例中，定位单元11具体包括：
握手模块110，用于周期性地和客户端周边的多个传感器节点之间交互握手信号；
检测模块111，用于根据握手信号检测周边的多个传感器节点的信号强度；
定位模块112，用于根据信号强度确定深林人员与周边的多个传感器节点之间的实时的相对位置关系；
发送模块113，用于将相对位置关系包括在实时位置信息中发送至云平台；
云平台还包括：
第二接收单元5，用于持续接收各个客户端发送的实时位置信息；
第三接收单元6，用于持续接收各个客户端发送的生理体征信息；
位置确定单元8，用于根据实时位置信息和预先保存的传感器节点的位置信息，确定各个深林人员的实时的全局位置；
第二监测单元3，用于结合各个客户端的生理体征信息和全局位置，实时监测得到森林中的各个深林人员的身体状况。
具体的，周期性的，客户端与附近的传感器节点进行交互握手信号，检测模块111获取客户端与附近的多个传感器节点之间的信号强度；以及
存储单元1中预先保存的传感器节点的位置坐标，将获取的数据结合几何算法来测算客户端的实时位置信息，将得到的客户端的实时位置信息存储在存储单元1。
具体的，在一个较佳的实施例中，客户端与自身周边的多个传感器节点之间交互握手信号；
当深林人员处于①位置时，客户端的握手模块110与客户端周边的多个传感器节点(S52、S53、S42、S43)之间交互握手信号，检测模块111获取客户端与传感器节点(S52、S53、S42、S43)之间的信号强度，云平台调取S52、S53、S42以及S43传感器节点预先保存的位置坐标，定位模块112根据信号强度和传感器节点的位置坐标，通过几何算法确定深林人员的当前位置。
进一步的，云平台还包括：
心跳检测单元9，用于周期性地向各个客户端发送心跳检测信号；
客户端接收到心跳检测信号后，将实时位置信息包括在心跳反馈信息中发送给云平台。
具体的，云平台还包括：
心跳检测单元9，周期性地，向所有的客户端发送一心跳检测信号，当客户端接收到心跳检测信号后，每个客户端的感知单元12检测客户的心跳信息并将检测结果上传到云平台，云平台将客户端发送的心跳信息存储在对应的存储单元1中。
进一步的，云平台还包括：
第四收单元7，用于接收客户端发送的报警信息；
指示单元10，分别连接第一监测单元2、第二监测单元3和第四收单元7，用于：
当接收到报警信息时，向发送报警信息的客户端反馈一指示信息；和/或
当存在有传感器节点的环境状况处于一第一预设状况范围时，向对应位置的客户端反馈指示信息；和/或
当存在有深林人员的身体状况处于一第二预设状况范围时，向对应的客户端反馈指示信息。
进一步的，指示信息包括扑火指示、撤退指示以及原地等待救援指示中的至少一种。
具体的，在一个较佳的实施例中，云平台还包括：
第四收单元7，用于接收客户端发送的报警信息；
指示单元10，用于向客户端反馈一指示信息；
指示信息具体包括扑火指示、撤退指示以及原地等待救援指示中的一种或多种；
当接收到报警信息时，云平台根据报警信息的内容向发送报警信息的客户端做出响应；
当存在有传感器节点的环境状况处于一第一预设状况范围时，如发现火源，若火情较小，指示单元10向对应位置的客户端以及附近的客户端发布扑火指示；
若火情较大，指示单元10向对应位置的客户端以及附近的客户端发布撤退指示；
当存在有深林人员的身体状况处于一第二预设状况范围时，如若发现有深林人员心跳异常或其他生理状况；
若深林人员出现瞬间或短暂的心跳异常或其他生理体征异常，及时与客户端交互信息，且指示单元10向对应的客户端发布相应指令；
若深林人员出现长时间的心跳异常或其他生理体征异常(例如心脏突发、陷入昏迷等严重疾病状况)，云平台的指示单元10向对应的客户端发布原地等待救援指示；以及
指示单元10向附近的客户端发布救援指示，并反馈需救援的对应的客户端的位置信息及生理体征信息；以及
情况危急时，云平台向外部森林工作人员发布求助信号，例如拨打120等求救信息。
进一步的，感知单元12包括用于检测深林人员的生理信息的生理信号传感器和/或用于检测深林人员的运动状态的加速度传感器；
则生理体征信息中包括深林人员的生理信息和/或运动状态。
具体的，感知单元12还包括加速度传感器，用于检测深林人员的生理信息的生理信号传感器和/或用于检测深林人员的运动状态；
客户端可以通过加速度传感器感应对应的携带客户端的深林人员是否跌落、是否长时间停滞；
当感知单元12监测到深林人员出现跌落信息时，将跌落信息自动上传到云平台，云平台调取对应客户端的行动轨迹、位置信息以及生理体征信息，向对应客户端以及附近的客户端发布救援指示；
当感知单元12监测到深林人员出现停滞信息时，将停滞信息自动上传到云平台，云平台调取对应客户端的行动轨迹、位置信息以及生理体征信息，并向对应的客户端尝试获取联系，或/和以及
云平台获取对应客户端所在位置附近的其他客户端，并向其发布救援指示以及相关救援信息。
进一步的，客户端采用一电子定位标签实现；
电子定位标签采用电池供电，或者电子定位标签接入深林人员的移动终端并进行工作。
具体的，在本实施例中，电子定位标签采用有源电子标签，电子标签包括电池，提供电能。
进一步的，在一个较佳的实施例中，客户端还可采用电子臂章、手环或其他设备实现。
具体的，客户端采用电池供电，或者客户端接入深林人员的移动终端并进行工作。
具体的，客户端还可包括一人机交互界面；
深林人员在人机交互界面上输入一反馈信息，并通过无线传感网传送至云平台，云平台中的指示单元10根据信息向该深林人员反馈一指示信息。
当发现火情时，深林人员可在人机交互界面上输入发现火源，甚至详细描述火源的大小，以便云平台及时做出响应；
当深林人员生理体征出现问题或其他未知状况时，可在人机交互界面上输入所遇到的具体情况，甚至可反馈所需物品，及时救援。
具体的，在一个较佳的实施例中，人机交互界面既可以在客户端上(例如电子定位标签、电子臂章、手环或其他设备)，也可以在用户随身携带的移动终端上。
当人机交互界面在移动终端上时，使用者事先在移动终端上下载配套的APP，客户端接入移动终端工作，完成客户端与移动终端的数据交互。
具体的，客户端可通过USB，或/和串口，或/和蓝牙，或/和WIFI与移动终端连接。
本发明技术方案的有益效果在于：
通过云平台和客户端远程连接，深林人员一对一配备客户端，能实现一键报警功能，云平台接收报警信号后，调取传感器节点的监测数据并结合客户端的位置信息和生理体征，对深林人员发出应急指令，保障深林人员的人身及生命安全不受危害。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感网的深林人员定位报警及救援***，应用于森林中；其特征在于，包括：
多个传感器节点，每个所述传感器节点分别设置在所述森林中的预设位置，用于监测森林的环境并输出监测数据，所有所述传感器节点构成一无线传感网，所述传感器节点采用电池供电；
云平台，分别远程连接每个所述传感器节点，所述云平台中具体包括：
存储单元，用于预先保存每个所述传感器节点的位置信息；
第一接收单元，用于持续接收各个所述传感器节点上传的所述监测数据；
第一监测单元，分别连接所述存储单元和所述第一接收单元，用于结合所述监测数据和所述位置信息，实时监测得到所述森林中各个位置的环境状况；
多个客户端，分别远程连接所述云平台，每个所述客户端分别由一深林人员随身携带，每个所述客户端具体包括：
定位单元，用于持续将所述深林人员的实时定位信息发送至所述云平台；
感知单元，用于持续感知所述深林人员的生理体征信息并发送至所述云平台；
报警单元，用于根据所述深林人员的主动操作向所述云平台发送报警信号。
2.根据权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，多个所述传感器节点呈网格状布设，形成所述无线传感网；
相邻的所述传感器节点之间相距一预设距离，或者相邻的所述传感器节点之间的距离处于一预设的距离范围内。
3.如权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，每个所述传感器节点中包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、挥发性有机化合物传感器、气压传感器以及红外信号传感器中的至少一类。
4.如权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，于所述存储单元中预先保存的每个所述传感器节点的所述位置信息至少包括：
每个所述传感器节点在安装时预先探测得到的安装位置信息；以及
每个所述传感器节点的传感器序列信息；
则每个所述传感器节点向所述云平台上传的所述监测数据中包括所述传感器节点的所述传感器序列信息。
5.如权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述定位单元具体包括：
握手模块，用于周期性地和所述客户端周边的多个所述传感器节点之间交互握手信号；
检测模块，连接所述握手模块，用于根据所述握手信号检测周边的多个所述传感器节点的信号强度；
定位模块，连接所述检测模块，用于根据所述信号强度确定所述深林人员与周边的多个所述传感器节点之间的实时的相对位置关系；
发送模块，用于将所述相对位置关系包括实时位置信息发送至所述云平台；
所述云平台还包括：
第二接收单元，用于持续接收各个所述客户端发送的所述实时位置信息；
第三接收单元，用于持续接收各个所述客户端发送的所述生理体征信息；
位置确定单元，分别连接所述存储单元和所述第二接收单元，用于根据所述实时位置信息和预先保存的所述传感器节点的所述位置信息，确定各个所述深林人员的实时的全局位置；
第二监测单元，分别连接所述第三接收单元和所述位置确定单元，用于结合各个所述客户端的所述生理体征信息和所述全局位置，实时监测得到所述森林中的各个所述深林人员的身体状况。
6.如权利要求5所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述云平台还包括：
心跳检测单元，用于周期性地向各个所述客户端发送心跳检测信号；
所述客户端接收到所述心跳检测信号后，将所述实时位置信息包括心跳反馈信息中发送给所述云平台。
7.如权利要求5所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述云平台还包括：
第四接收单元，用于接收所述客户端发送的所述报警信息；
指示单元，分别连接所述第一监测单元、第二监测单元和所述第四接收单元，用于：
当接收到所述报警信息时，向发送所述报警信息的所述客户端反馈一指示信息；和/或
当存在有所述传感器节点的所述环境状况处于一第一预设状况范围时，向对应位置的所述客户端反馈所述指示信息；和/或
当存在有所述深林人员的身体状况处于一第二预设状况范围时，向对应的所述客户端反馈所述指示信息。
8.如权利要求7所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述指示信息包括扑火指示、撤退指示以及原地等待救援指示中的至少一种。
9.如权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述感知单元包括用于检测所述深林人员的生理信息的生理信号传感器和/或用于检测所述深林人员的运动状态的加速度传感器；
则所述生理体征信息中包括所述深林人员的所述生理信息和/或所述运动状态。
10.如权利要求1所述的深林人员定位报警及救援***，其特征在于，所述客户端采用一电子定位标签实现；
所述电子定位标签采用电池供电，或者所述电子定位标签接入所述深林人员的移动终端并进行工作。
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