發(fā)布時(shí)間：2017-09-30 03:12

  本文關(guān)鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)研究

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【摘要】：森林在生態(tài)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用,它能夠凈化和改善空氣,涵養(yǎng)水源,維持大氣平衡,是人類生存發(fā)展極其寶貴的自然資源之一。所以保護(hù)好森林資源是維持地球生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)展的需要,也是人類生存和發(fā)展的需要。然而,森林火災(zāi)的頻發(fā)卻給生態(tài)系統(tǒng)和人們的生產(chǎn)生活造成極大的破壞。因此,研究森林火災(zāi)發(fā)生的特點(diǎn)及規(guī)律,借助先進(jìn)的科技手段和前沿的科學(xué)技術(shù)對(duì)森林環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)探測,對(duì)突發(fā)火情進(jìn)行及時(shí)預(yù)警,降低林火突發(fā)的概率,有效地避免森林火災(zāi)帶來的巨大損失意義重大。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)。系統(tǒng)將ZigBee技術(shù)與圖像采集技術(shù)相結(jié)合,對(duì)森林環(huán)境參數(shù)和現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和獲取,采集到的信息將通過GPRS (General Packet Radio serviee)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至上位機(jī),由上位機(jī)監(jiān)控模塊進(jìn)行分析處理。除此之外,論文還研究了火災(zāi)圖像處理的相關(guān)算法,在此基礎(chǔ)上提出了一種基于K-means和顏色模型的森林火災(zāi)圖像辨識(shí)算法,并對(duì)該算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。論文的主要工作總結(jié)如下：(1)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)框架研究與搭建。研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性及發(fā)展,對(duì)比分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中幾種主流的通信技術(shù),選擇ZigBee技術(shù)作為系統(tǒng)的核心技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的具體環(huán)境和功能需求搭建系統(tǒng)整體架構(gòu)。(2)利用ZigBee技術(shù)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)。通過研究和設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)(終端采集節(jié)點(diǎn))、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的建立；路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由協(xié)議和路由表的維護(hù),以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；傳感器節(jié)點(diǎn)則通過相應(yīng)的傳感器獲取森林環(huán)境信息,并將獲取的信息通過路由節(jié)點(diǎn)路由至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。(3)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)功能分析和軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用TI公司提供的CC2530/CC2531系列芯片作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主體,并根據(jù)實(shí)際需要和節(jié)點(diǎn)類型分別進(jìn)行功能分析和軟硬件設(shè)計(jì)。各類型節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)主要包括電源電路、無線收發(fā)模塊和傳感器模塊等。軟件設(shè)計(jì)方面通過研究IAR開發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)及Z-Stack協(xié)議棧開發(fā)流程,實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的通信,協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊之間的通信。利用計(jì)算機(jī)編程語言Vasual Basic完成上位機(jī)監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。(4)火災(zāi)圖像處理算法的研究。通過分析和研究火災(zāi)圖像處理算法,提出一種基于K-means和顏色模型的森林火災(zāi)圖像辨識(shí)算法。該算法將圖像中的火焰和煙霧特點(diǎn)相結(jié)合,根據(jù)火焰和煙霧各自的顏色模型和動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行火災(zāi)趨勢的識(shí)別。論文最后利用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行仿真,通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出,該算法可有效識(shí)別出所用圖像中是否存在疑似區(qū)域,從而有利于森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救�；谖锫�(lián)網(wǎng)技術(shù)的森林火災(zāi)探測系統(tǒng)旨在研究一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)測森林環(huán)境,在火災(zāi)發(fā)生初期可以進(jìn)行預(yù)防報(bào)警的系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)森林環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測,對(duì)于一些突發(fā)火情,能夠判斷火勢的具體特點(diǎn),從而為滅火工作提供有力依據(jù),減小火勢的蔓延,降低火災(zāi)的破壞程度。
【關(guān)鍵詞】：物聯(lián)網(wǎng) 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 森林火災(zāi) 圖像處理算法 K-means算法
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S762;TP391.44;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 論文研究的背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析12-16
• 1.2.1 國外森林防火技術(shù)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 國內(nèi)森林火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀15-16
• 1.3 論文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)16-18
• 2 森林火災(zāi)探測系統(tǒng)方案分析及構(gòu)建研究18-31
• 2.1 系統(tǒng)需求分析及設(shè)計(jì)原則18-19
• 2.1.1 系統(tǒng)需求分析18-19
• 2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則19
• 2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與分析19-29
• 2.2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究19-21
• 2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分析21-22
• 2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域研究22-25
• 2.2.4 物聯(lián)網(wǎng)中幾種無線通信技術(shù)對(duì)比研究25-26
• 2.2.5 ZigBee技術(shù)研究與分析26-29
• 2.3 系統(tǒng)整體方案研究與設(shè)計(jì)29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 系統(tǒng)硬件平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)31-43
• 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體方案研究31-32
• 3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)功能分析與設(shè)計(jì)32-36
• 3.2.1 ZigBee芯片選型32-33
• 3.2.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)33-36
• 3.3 路由節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)功能分析與設(shè)計(jì)36-37
• 3.3.1 路由節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)36
• 3.3.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)36-37
• 3.4 節(jié)點(diǎn)外圍模塊功能分析與設(shè)計(jì)37-39
• 3.4.1 電源電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.4.2 無線收發(fā)模塊及其他外圍電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.5 GPRS數(shù)傳模塊硬件設(shè)計(jì)39-42
• 3.5.1 GPRS技術(shù)研究39-40
• 3.5.2 GPRS數(shù)傳模塊硬件選型40-41
• 3.5.3 SIM900A模塊功能分析與電路設(shè)計(jì)41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)43-58
• 4.1 IAR開發(fā)環(huán)境及Z-Stack開發(fā)流程分析43-45
• 4.1.1 IAR開發(fā)環(huán)境研究43-44
• 4.1.2 Z-Stack開發(fā)流程研究44-45
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)總體方案研究45-51
• 4.2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.2 路由節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)46-48
• 4.2.3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)48-51
• 4.3 GPRS數(shù)傳模塊程序設(shè)計(jì)51-52
• 4.3.1 SIM900A啟動(dòng)方案研究51-52
• 4.3.2 GPRS數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)52
• 4.4 上位機(jī)監(jiān)控模塊功能分析與設(shè)計(jì)52-57
• 4.4.1 登錄模塊設(shè)計(jì)53-54
• 4.4.2 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)54-56
• 4.4.3 系統(tǒng)管理模塊設(shè)計(jì)56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 林火圖像辨識(shí)算法研究58-72
• 5.1 顏色模型研究58-62
• 5.1.1 RGB彩色模型特征分析58-59
• 5.1.2 HIS彩色模型特征分析59-62
• 5.1.3 YCbCr彩色模型特征分析62
• 5.2 森林火災(zāi)圖像探測方法研究62-64
• 5.3 改進(jìn)火災(zāi)圖像探測算法研究與設(shè)計(jì)64-71
• 5.3.1 K-means算法研究64-66
• 5.3.2 火災(zāi)圖像顏色特征分析66-67
• 5.3.3 疑似區(qū)域特征提取67-68
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果分析68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-75
• 6.1 工作總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-75
• 致謝75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果81-83

【相似文獻(xiàn)】

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7 劉慶;基于ZigBee的無線火災(zāi)探測系統(tǒng)研究[D];華僑大學(xué);2011年

8 陽玉文;基于TMS320DM6446的火災(zāi)探測系統(tǒng)研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：945797