[0001] 本发明属于林火监测技术领域，具体涉及基于射频技术的林火监测系统及方法。

[0002] 自地球出现森林以来，森林火灾就伴随发生。全世界每年平均发生森林火灾20多万次，烧毁森林面积约占全世界森林总面积的1‰以上。中国现在每年平均发生森林火灾约1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5～8‰。其社会危害甚大。

[0003] 全世界每年平均发生森林火灾20多万次,烧毁森林面积约占全世界森林总面积的1‰以上。中国现在每年平均发生森林火灾约1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5～8‰。1987年5月黑龙江大兴安岭还发生特大森林火灾，过火面积101万公顷，其中有林面积占70％。

[0004] 森林火灾不仅烧死、烧伤林木，直接减少森林面积，而且严重破坏森林结构和森林环境，导致森林生态系统失去平衡，森林生物量下降，生产力减弱，益兽益鸟减少，甚至造成人畜伤亡。高强度的大火，能破坏土壤的化学、物理性质，降低土壤的保水性和渗透性，使某些林地和低洼地的地下水位上升，引起沼泽化；另外，由于土壤表面炭化增温，还会加速火烧迹地干燥，导致阳性杂草丛生，不利森林更新或造成耐极端生态条件的低价值森林更替。

[0005] 森林火灾的大小常以受害森林面积、成灾森林面积和株数来衡量。中国规定：凡烧了成片林木(包括成林、幼林和竹林)，受害面积在10～1000亩者为森林火灾；受害面积南方林区在1000～10000亩、北方林区在1000～50000亩者为森林大火灾；受害面积南方林区超过10000亩、北方林区超过50000亩者为森林特大火灾。在受害森林的单位面积上，成林被烧毁或烧死的株数在30％以上，幼林在60％以上者称为成灾森林面积。

[0024] 下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

[0025] 实施例1

[0026] 如图1和图3所示，基于射频技术的林火监测系统，包括：森林监测网络和控制中心；所述森林监测网络由若干个等间隔均匀分布设置于森林区域内的监测点组成；所述监测点包括：传感器单元、射频单元和远程通信单元；所述监测点之间通过射频单元实现信息通信；所述监测点与控制中心通过远程通信单元实现信息通信；所述传感器单元，用于监测周围环境变化，将监测到的数据发送至控制中心；所述控制中心通过各个监测点发送过来的数据信息，判断是否出现林火，以及定位林火地点和评估火情状况；所述控制中心通过监测点发送过的数据信息，定位林火地点的方法执行以下步骤：将所有监测点的射频单元置于一个基准时钟下；目标监测点的射频单元向其他各个监测点的射频单元发送信号；控制中心得到信号到达其他各个监测点的时间；定义 为目标监测点的位置坐标，其中 为目标监测点的经验高度；定义xi＝[xi,yi,zi]T为其他监测点的位置坐标，设定其他监测点有M个，即i＝1,2,3…M；使用如下公式，可以计算得到目标监测点的位置：其中，
η＝[x-x1  y-y1  y1]T；
m＝[m2,1…mM,1]T。

[0027] 进一步的，所述控制中心判断是否出现林火和评估火情状况的方法执行以下步骤：根据传感器单元发送过来的图像信息，比较图像信息中的目标区域与预设值的大小，如果目标区域小于设定的预设值，表示没有起火，如果林火区域大于设定的预设值，表示存在火点或已经起火，则记录相应目标区域的行列号；对图像进行几何校正，根据校正后的图像坐标原点和图像分辨率，结合目标区域的行列号，计算出火点或已经起火区域所在的精确坐标，如果图像中存在火点，则发布林火预警信息；如果存在已经起火区域；计算已经起火区域的边界离林火重心最远的点，所述最远的点为起火点；依据传感器单元连续拍摄的图像，计算相邻拍摄时刻的图像的起火点位置变化，判断火势蔓延方向，并计算火势蔓延的速度和加速度。

[0028] 具体的，所述控制中心通过各个监测点发送过来的数据信息，判断是否出现林火，以及定位林火地点和评估火情状况。除了常规的火灾监控以外，还能监测林火的火势大小和定位林火的位置，功能多样。同时，本发明使用多个监测点的射频单元组成的监测网络，通过各个监测点结合定位，定位更为准确；另外，通过传感器单元获取的图像信息，准确判断火势的发展方向和火势大小，有利于林火的扑灭。

[0029] 实施例2

[0030] 在上一实施例的基础上，所述计算已经起火区域的边界离林火重心最远的点，所述最远的点为起火点的方法执行以下步骤：提取林火边界：对校正后的图像逐行进行扫描、识别；提取出该行中单元温度的最大值和最小值，温差最大即为林火蔓延的边界，得到林火边界，也即火线的位置；对林火边界进行简化，得到简化的多边形边界；计算简化后的多边形边界重心；火势蔓延往往在某一个方向上的速度最快，因此火场形成的简化的多边形边界在这个方向最凸，该方向上的火头离火场简化的多边形边界重心的距离也最远，因此，求出火场简化的多边形边界上到重心距离最大的点即为起火点，如果火场边界上各点到重心的距离都在一个容差范围内，则说明火灾向各个方向是均匀蔓延的。

[0031] 具体的，国内常用的森林火灾监测方法主要有地面巡护、瞭望台监测、卫星遥感等几种方式。其中，地面巡护监测范围小，许多交通不便的地方难W巡护；瞭望台观察效果过于依赖瞭望员的经验，准确率低、误差大，并且易受地形地势限制，覆盖范围小、存在火灾监测死角；且无法获得计算出火灾精确范围、蔓延方向、速度和加速度等信息，无法对森林火灾预警和扑救指挥工作提供实用的决策参考信息。

[0032] 实施例3

[0033] 在上一实施例的基础上，所述简化后的多边形边界重心的计算使用如下公式：其中n为多边形的边数，xi和yi为多边形的各个定点的横坐标
和纵坐标。

[0034] 具体的，通过简化后的多边形边界，可以实现更为高效率的计算出重心，获得的重心结果更加准确，使得后续的计算结果更为准确。

[0035] 实施例4

[0036] 在上一实施例的基础上，所述起火点的计算方法执行以下步骤：根据计算得到的重心G和各个监测点的位置信息，得到各个监测点为起火点的概率值为：其中， 为重心的横纵坐标的均值；σ为正态分布的标准差；Si为各
个监测点的横纵坐标的均值；概率最大的点即为起火点。

[0037] 具体的，森林起火后，由火点向其上下及周围的扩展。早在18世纪，就有人将林火蔓延划分为两大类：一类蔓延速度快的称为速行火，另一类蔓延速度缓慢的称为稳进火。20世纪初，用林火蔓延面积的大小和蔓延速度的快慢来确定扑火人员的数量。70年代采用多种因素确定林火蔓延模型，以控制林火。

[0038] 林火蔓延的热传播方式分为如下两种：①热对流：由于热空气上升，周围冷气补充，在燃烧区上方形成对流柱，集聚燃烧的热量将近3/4。热对流往往是地表火转为树冠火的主要原因。②热辐射：它以电磁波的方式向各方直接传播。其传播与热源中心平方距离成反比。③热传导：是可燃物向内部传热。传热的快慢决定于导热系数的大小，是地下火热传播的主要方式。

[0039] 顺风蔓延速度最快，火势最强，而延伸的部分为火头；逆风蔓延速度慢，火强度最小，与火头方向相反的部分为火尾；介于火头和火尾之间部分为火翼。与风成直角蔓延，接近火头的火翼部分蔓延较快；而接近火尾的火翼部分蔓延较慢。在平坦地，无风时，火向四周等速蔓延呈圆形或近似圆形；大风时，呈长椭圆形，其长轴与主风方向平行。在主风方向不定(30°～40°变化时)或火在山坡上蔓延时，呈扇形。火在山岗地形蔓延时，火向两个山脊蔓延较快，而在沟谷中的蔓延较慢，呈凹形。火的蔓延速度有：①线速度：从起火点到终点直线距离除以时间，用米/分或公里/时表示；②面积速度：火场面积除以时间，得出单位时间面积，以平方米/分或公顷/时表示；③火场周边速度：以米/分或公里/时计算。

[0040] ①可燃物：种类不同，其理化性质、结构、大小均不相同，燃点和燃烧速度也就有明显差异。火的蔓延方向往往向燃点低的可燃物蔓延较快，而燃点高的可燃物蔓延较慢。细小的可燃物如杂草和地表枯枝落叶，含水率随大气的湿度而变化；较粗大的可燃物含水率变化与天气连旱密切相关。所以细小可燃物的蔓延较快，而粗大可燃物的蔓延则较慢。②地形：地形变化不仅影响可燃物的种类及其分布，并能影响生态因子的重新分配，从而能影响火环境。地形起伏变化，能影响热的传播。如火在阳坡、山脊时，立地条件干燥，林火蔓延速度较快；而火在阴坡、山谷时，立地条件潮湿，林火蔓延则缓慢。火由山下向山上蔓延较快，称冲火，不易扑救；火由山上向山下蔓延则缓慢，称坐火，容易扑救。坡度大小对林火蔓延影响较大，在一般情况下，林火的蔓延速度随坡度的增加而加快，但在平缓地段对林木危害较重，而坡度增大则对林木的危害轻。③风：顺风蔓延的速度最快，逆风蔓延缓慢，侧风蔓延则介于二者之间。风不仅加快可燃物的水分蒸发与蒸腾，加速干燥，促使可燃物更易燃，而且能改变热传播，使对流热能变为热平流，加快林火向前蔓延的速度。在风的作用下，能不断补充新的氧气，加速燃烧的过程。此外，风向能决定林火蔓延方向。在火场上，当风向突变时，火势会减弱，有利扑救。其他气象因子，如温度、湿度、降水、日照等都与林火蔓延有关。林火蔓延与时间密切相关，时间愈长，火场蔓延面积愈大；反之，火场蔓延面积也小。

[0041] 实施例5

[0042] 在上一实施例的基础上，所述该算法具体步骤如下：取多边形横坐标值最大和最小的两个点，连成一条直线AB；求出多边形中AB左侧的点中距离AB最远的点C，计算其与AB的距离D；比较该距离与预先给定的阀值的大小，如果小于阀值，则AB作为折线的近似，该段处理完毕；如果距离大于阀值，则用C将矢量线分为两段AC和BC；当AB左侧的所有点都处理完毕后，对AB右侧执行同样的操作；将剩下的点依次连接起来，即为简化后的多边形边界。

[0043] 实施例6

[0044] 一种基于射频技术的林火监测方法，所述方法执行以下步骤：所述森林监测网络由若干个等间隔均匀分布设置于森林区域内的监测点组成；所述监测点包括：传感器单元、射频单元和远程通信单元；所述监测点之间通过射频单元实现信息通信；所述监测点与控制中心通过远程通信单元实现信息通信；所述传感器单元，监测周围环境变化，将监测到的数据发送至控制中心；所述控制中心通过各个监测点发送过来的数据信息，判断是否出现林火，以及定位林火地点和评估火情状况。

[0045] 实施例7

[0046] 在上一实施例的基础上，所述控制中心通过监测点发送过的数据信息，定位林火地点的方法执行以下步骤：将所有监测点的射频单元置于一个基准时钟下；目标监测点的射频单元向其他各个监测点的射频单元发送信号；控制中心得到信号到达其他各个监测点的时间；定义 为目标监测点的位置坐标，其中 为目标监测点的经验高度；定义xi＝[xi,yi,zi]T为其他监测点的位置坐标，设定其他监测点有M个，即i＝1,2,3…M；使用如下公式，可以计算得到目标监测点的位置：
其中， η＝[x-x1 y-y1 y1]T；
m＝[m2,1…mM,1]T；所述控
制中心判断是否出现林火和评估火情状况的方法执行以下步骤：根据传感器单元发送过来的图像信息，比较图像信息中的目标区域与预设值的大小，如果目标区域小于设定的预设值，表示没有起火，如果林火区域大于设定的预设值，表示存在火点或已经起火，则记录相应目标区域的行列号；对图像进行几何校正，根据校正后的图像坐标原点和图像分辨率，结合目标区域的行列号，计算出火点或已经起火区域所在的精确坐标，如果图像中存在火点，则发布林火预警信息；如果存在已经起火区域；计算已经起火区域的边界离林火重心最远的点，所述最远的点为起火点；依据传感器单元连续拍摄的图像，计算相邻拍摄时刻的图像的起火点位置变化，判断火势蔓延方向，并计算火势蔓延的速度和加速度。

[0047] 实施例8

[0048] 在上一实施例的基础上，所述计算已经起火区域的边界离林火重心最远的点，所述最远的点为起火点的方法执行以下步骤：提取林火边界：对校正后的图像逐行进行扫描、识别；提取出该行中单元温度的最大值和最小值，温差最大即为林火蔓延的边界，得到林火边界，也即火线的位置；对林火边界进行简化，得到简化的多边形边界；计算简化后的多边形边界重心；火势蔓延往往在某一个方向上的速度最快，因此火场形成的简化的多边形边界在这个方向最凸，该方向上的火头离火场简化的多边形边界重心的距离也最远，因此，求出火场简化的多边形边界上到重心距离最大的点即为起火点，如果火场边界上各点到重心的距离都在一个容差范围内，则说明火灾向各个方向是均匀蔓延的。

[0049] 具体的，火灾的蔓延主要与热对流、热辐射和热传导等3种热传播形式有关。热对流是由于热空气上升，周围冷空气补充而在燃烧区上方形成对流烟柱。可集聚燃烧的热量近3/4。它在强风的作用下，往往是使地表火转为树冠火的主要原因。热辐射是地表火蔓延的主要传热方式。它以电磁波的形式向四周直线传播，其传热与热源中心平方距离成反比。热传导是可燃物内部的传热方式，其传热快慢决定于可燃物导热系数的大小，是地下火蔓延的主要原因。火的蔓延速度和风速的平方成正比，在山地条件下，由下向上蔓延快，火势强，称冲火；由山上向下蔓延慢，火势弱，称坐火。蔓延速度最快、火势最强的部分为火头；蔓延速度最慢与火头方向相反的部分为火尾；介于火头与火尾两侧的部分为火翼。接近火头部分的火翼蔓延较快，而接近火尾的火翼部分蔓延较慢。在平坦地，无风时火的初期蔓延形状为圆形或近似圆形；大风时则为长椭圆形，其长轴与主风方向平行；在主风方向不定时(30°～40°变化)常呈扇形。在山岗地形蔓延时，火向两个山脊蔓延较快，而在沟谷中蔓延较慢，常呈凹形或鸡爪形。

[0050] 实施例9

[0051] 在上一实施例的基础上，所述简化后的多边形边界重心的计算使用如下公式：其中n为多边形的边数，xi和yi为多边形的各个定点的横坐标
和纵坐标。

[0052] 实施例10

[0053] 在上一实施例的基础上，所述起火点的计算方法执行以下步骤：根据计算得到的重心G和各个监测点的位置信息，得到各个监测点为起火点的概率值为：其中， 为重心的横纵坐标的均值；σ为正态分布的标准差；Si为各
个监测点的横纵坐标的均值；概率最大的点即为起火点。

[0054] 以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。

[0055] 所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0056] 需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

[0057] 所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0058] 本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0059] 术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

[0060] 术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

[0061] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

[0062] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。