[发明专利]基于zigbee无线传感器网络的林业多传感器火警告警系统

说明书

本发明公开了基于zigbee无线传感器网络的林业多传感器火警告警系统，该系统包括感知层、网络层和应用层；感知层与网络层之间通过wifi进行交互连接，网络层和应用层之间进行数据交互通信；本发明在应用层采用特征级融合，加入了模糊集概念改进了基于D_S证据理论的数据融合算法以解决D_S证据理论中的证据冲突情况，使得三种传感器数据能够更精确的决策出是否火灾，检测精度高实时性强，有效的解决了多传感器告警融合决策正确率不高的问题。

技术领域

本发明涉及物联网关键技术应用技术领域，特别涉及一种基于zigbee无线传感器网络的林业多传感器火警告警融合技术。

背景技术

森林是构成人类生存环境的重要因素，然而林区灾害的发生常对森林资源造成重大的破坏。因此通过对林区局地环境监测，预防和控制林区灾害的发生，减少林区灾害对森林资源与人类生命健康财产的破坏，具有重要意义。

为了获取林区局地关键环境信息，目前研究人员通常采用地面系统监测和遥感监测等手段。其中，地面系统监测主要通过人为测量来获取林区环境因子参数。该方法简单易行，但是需要投入大量的人力、物力、财力，人为产生的误差不可避免，并且无法实时监测，难以实现对林区局地环境的长期监测；而遥感监测主要利用卫星搭载传感器采集地面图像，通过光谱信息分析地物特征，具有全天性、不受地限制等优点，然而遥感技术本身监测范围大，扫描周期长，且易受到天气、季节等影响，导致其对林区局地环境监测数据精度不高，实时性差，得到的仅是一个外观的轮廓信息。

近年来，随着物联网技术的兴起与无线传感器网络技术不断发展，无线传感器网络技术正广泛地应用于各个监测领域，无线传感器网络技术在林区环境监测方面也有着许多优势，如传感器节点放置位置灵活、不受地理环境限制、实时性强、能在恶劣的环境中连续工作，并且基于ZigBee无线传感器网络技术，网络结构相对简单、功耗低、网络拓展性好、成本低等。

本发明提出了一种基于zigbee无线传感器网络的林业多传感器火警告警系统如图1所示，其中应用层正对多传感器融合设计了一种基于的D_S证据理论的数据融合改进算法。该算法通过引入模糊理论相关性概念来分配证据权重，修改原始数据模型以解决D_S证据理论中的证据冲突情况。并验证在证据冲突时改进算法的有效性说明了此种算法的优越性，它避免了单一传感器的局限性，减少了各传感器不确定的影响。

发明内容

对于D-S证据理论融合算法来说，最为严重的缺陷是当数据间的信息产生冲突时，该算法会产生决策失效问题，在现有的研究中，针对冲突数据决策失效问题的解决方法主要分为两类：对数据模型进行修改及对融合法则进行修改。通过对证据理论修改方法的分析，没有一种普适性的融合方法，在两种方法间存在着争论，在实际应用中都发挥着各自的优势。因此本文将针对数据模型的修改，通过模糊思想利用贴近度法计算每个目标下各证据间与同目标下其他证据的贴近度，各证据越贴近彼此、越支持彼此则权重应该越大，计算出这一权重系数，并将该权重系数带入传统D-S证据理论算法中进行BPA改进，将冲突数据的影响降低进而降低错误决策的发生概率，最终提高对冲突数据的决策正确性并将其应用在系统中。

本发明采用的技术方案为基于zigbee无线传感器网络的林业多传感器火警告警系统，该系统包括感知层、网络层和应用层；感知层与网络层之间通过wifi进行交互连接，网络层和应用层之间进行数据交互通信。

该系统的具体实现过程如下，

步骤(1)设计感知层方案如图2所示并完成硬件焊接和Zigbee模块通信；

步骤(1.1)通信方案设计

传感节点由Zigbee透传模块、Arduino Mega 2560处理器模块、电池模块及DHT11传感器、火焰传感器组成，路由节点由透传模块、处理器模块、电池模块组成，网关集成了ZigBee协调器与树莓派。