摘 要

百年以来，为了掌握森林火灾的燃烧特性以及蔓延机理，人类尝试各种方法，借助有效的手段不断探索，以期望获得准确有效的预测方法，从而减少森林火灾导致的损失。但由于受当前测控技术制约，林火蔓延机制研究的难点是森林火场参数的实时监测与获取。森林火灾，在很大程度上依赖于当时的环境条件。因此，需要能有效监测森林环境的系统。基于物联网的可视化系统的设计可以有效的帮助研究人员去获取森林区内的情况，从而在森林火灾发生前进行有效的预警，在火灾发生后能帮助判断森林火灾可能发生的地点、强度，以及火灾可能的蔓延趋势，最终使森林火灾发生的概率以及火灾造成的损失降到最低。本研究设计基于太阳能无线监控摄像机，将数据通过第四代移动通信技术及4G传输给服务器系统，服务器系统使用FTP处理发过来的数据，处理后，存储到数据库。客户端程序，采用基于bootstrap、nodejs前端框架等架设的检测管理系统。

关键词：4G；摄像机；NodeJS；可视化系统

The design and implementation of the iot data visualization system

Abstract

For nearly a hundred years,since human beings continue to try to use a variety of methods to explore the forest fire-induced factor, with effective means of observation and study of the spread of forest fires burning characteristics of the mechanism, in order to obtain effective and reliable prediction method to reduce losses in time. Forest fires, to a certain extent, dependent on environmental conditions, such as wind speed. Therefore, an urgent need for an effective information management system forest environment. Things node design based on wind speed can help researchers obtain effective wind speed forest area, so as to effectively determine location of fire that may occur, fire intensity, and the extent of the spread of a fire may occur, and ultimately achieve as much as possible to avoid forest fires It occurred. This study design skeyset solar wireless surveillance cameras, to transmit data through the fourth generation mobile communication technology to the server system, data systems use FTP server, after processing, stored in the database. The client program uses a monitoring management system based on NODEJS and bootstrap front-end frames.

Key words: 4G; Camera; NodeJS; The visualization system

目 录

1 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状及发展 1

1.2.1国外研究概况 1

1.2.2国内研究概况 1

1.3 森林防火监测技术的发展趋势 3

1.4 研究内容 3

2 可视化系统的总体设计 5

2.1 系统总体设计 5

2.1.1 系统设计的要求 5

2.1.2 系统设计的方案 5

2.1.3 技术实现方案 6

3 可视化系统的硬件设计 7

3.1 数据采集端的硬件设计 7

3.1.1 摄像机设备 8

3.1.2 电源系统 9

3.1.3 数据无线传输系统 9

3.2 数据采集端的硬件配置 10

4 可视化系统的软件设计 12

4.1 可视化系统软件概述 12

4.2 数据采集端的软件设计 12

4.2.1 数据采集端的环境配置 12

4.2.2 数据的传输 12

4.3 服务端运行环境配置 13

4.3.1 NodeJS及其环境配置 13

4.3.2 MongoDB及其环境配置 15

4.4 服务端的软件设计 16

4.4.1 监听采集端、原始数据处理部分的软件设计 16

4.4.2 MongoDB数据库设计 16

4.4.3 数据处理服务 17

4.5 客户端的软件设计 19

5 可视化系统测试 20

5.1整体运行测试 20

5.1.1数据库的启动 20

5.1.2服务器端的启动 21

5.1.3 客户端的实时监测 22

结 论 26

致 谢 27

1 绪论

1.1 课题背景及意义

百年以来，为了掌握森林火灾的燃烧特性以及蔓延机理，人类尝试各种方法，借助有效的手段不断探索，以期望获得准确有效的预测方法，从而减少森林火灾导致的损失。但由于受当前测控技术制约，林火蔓延机制研究的难点是森林火场参数的实时监测与获取。森林火灾，在很大程度上依赖于当时的环境条件。因此，需要能有效监测森林环境的系统。基于物联网的可视化系统的设计可以有效的帮助研究人员去获取森林区内的情况，从而在森林火灾发生前进行有效的预警，在火灾发生后能帮助判断森林火灾可能发生的地点、强度，以及火灾可能的蔓延趋势，最终使森林火灾发生的概率以及火灾造成的损失降到最低。本研究设计基于太阳能无线监控摄像机，将数据通过第四代移动通信技术及4G传输给服务器系统，服务器系统使用FTP处理发过来的数据，处理后，存储到数据库。客户端程序，采用基于bootstrap、nodejs前端框架等架设的检测管理系统。

1.2 国内外研究现状及发展

1.2.1国外研究概况

2008年11月美国IBM公司对外公布了智慧地球的宏伟战略，其中有提到，在信息文明的下一个发展阶段中，人类将会实现智能基础设施与物理基础设施的全领域融合，实现IT行业与其他各行各业的深度融合，从而以科学和智慧的形式对社会系统和自然系统实施智能化管理。“智慧地球”的想法是“把感应器融入到我们的电网、铁路、桥梁、隧道、公路、地下电缆、地铁、水库、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓的物联网，并通过超级计算机以及云计算将整个物联网联系起来，实现人类社会与物理系统的统一”。“智慧地球”的战略本质是以一种更智慧的方法，利用最新的IT技术以及新一代信息通信技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，从何真正意义的改变人们的生活，以便提高交互的明确性、效率、灵活性。该战略预言，“智慧地球”战略能够带来长短兼顾的良好效益，尤其是在当前的局势下，对于美国经济甚至世界经济走出困境具有重大意义。在短期经济刺激方面，该战略要求政府投资于诸如智能铁路、智能高速公路、智能电网等基础设施，能够刺激短期经济增长，创造大量的就业岗位;其次，新一代的智能基础设施将为未来的科技创新开拓巨大的空间，有利于增强国家的长期竞争力;第三，能够提高对于有限的资源与环境的利用率，有助于资源和环境保护;第四，计划的实施将能建立必要的信息基础设施。

目前Crossbow公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备制造商英特尔、网络设备制造巨头、著名高校加州大学伯克利分校等都建立了合作关系。此外德州仪器、微处理器制造商Atmel等也都在传感器网络领域投入极大的资金和科研力量。这些都为无线传感器网络和物联网可视化进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础。

美国很多大学在无线传感器网络以及物联网可视化方面展开了大量的研究 。如加州大学洛杉矶分校建立了CENS 实验室、WINS实验室、NESL实验室、LECS实验室、IRL等一系列。麻省理工学院也获得了DARPA的支持，着眼于极低功耗的无线传感器网络方面的研究。奥本大学也获得DARPA支持，开展了大量关于自组织传感器网络方面的研究，并完成了一些实验系统的研制。宾汉顿大学计算机系统的研究实验室在移动自组织网络协议、传感器网络系统的应用层设计等方面收获了很多成果。

1.2.2国内研究概况

自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

在应用发展方面，物联网可视化已在中国公共安全、民航、交通、环境监测、智能电网、农业等行业得到初步规模性应用，部分产品已打入国际市场，如智能交通中的磁敏传感节点已布设在美国旧金山的公路上;中高速图传传感网设备销往欧洲，并已安装于警用直升机;周界防入侵系统水平处于国际领先地位。智能家居、智能医疗等面向个人用户的应用已初步展开，如中科院与中移动集团已率先开展紧密合作，围绕物联网与4G的TD蜂窝系统两网融合的三步走路线，积极推动物物互联的新业务，寻求4G业务的全新突破。

国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等都取得了一些相关的理论研究成果。

1.3 森林防火监测技术的发展趋势

森林防火，现行的技术一般效率低下、成本高昂，不适宜大规模的森林火灾监测，同时，为了研究林火的燃烧特性和蔓延机理，人类使用各种方法，借助有效的手段不断尝试探索，以试图获得可靠有效的预测方法，从而减少林火导致的损失。但由于受当前测控技术制约，林火蔓延机制研究的难点是森林火场参数的实时监测与获取。林火，在很大程度上依赖于环境条件，比如，温度，日照，空气湿度。因此，需要一种有效的森林环境监测系统。物联网数据可视化系统的设计可以帮助研究人员有效的获取森林区内的情况，从而有效的判断火灾可能发生的地点、火灾强度，以及火灾可能的蔓延趋势，最终达到尽可能地避免森林火灾的发生。

1.4 研究内容

本研究设计应用于物联网数据可视化的系统方案。节点以周围实时情况为监测目标，采用普通SIM卡，通过第四代移动通信技术实现远程监控，为森林火灾相关应用，提供实时的数据支持。依据实现功能的要求，分为数据采集点，以及上位机数据处理点。基于太阳能无线监控环境建立系统工程，编写各网络模块驱动代码，实现4G通信、网络通信与跨网关。上位机使用NODEJS实现WEB系统进行数据观测处理。具有：

1. 及时性

基于物联网的可视化系统能够及时的了解各种因素可能对森林可能造成的危害

1. 准确性

基于物联网的可视化系统能够将数据实时而又准确的上传显示在界面上。

1. 创新性

基于物联网的可视化系统在森林火灾上的应用，势必会推动物联网技术在森林保护方面的广泛应用。

太阳能无线视频监控系统有太阳能发电系统、电源管理系统、蓄电池系统、摄像机系统、视频记录系统、数据传输系统和其它辅助系统组成。