بهره‌گیری از راهکار فرماندهی و کنترل در شبکه‌های IOT هوشمند به‌منظور پایش و اطفاء حریق در عرصه‌های ملی کشور ایران

علی جعفری^۱، مجتبی کریمی کلیمانی^۲

۱-کارشناس ارشد مخابرات، jafari.ali@chmail.ir

۲-کارشناس ارشد صنایع، mojtaba.karimi.1108@gmail.com

چکیده:

با توجه به آتش‌سوزی‌هایی که اخیراً حیات عرصه‌های طبیعی کشور را تهدید نموده‌اند، سامانه‌ای به‌منظور پایش، اعلان و اطفاء سریع‌تر این آتش‌سوزی‌ها طراحی و ساخته شده است. این سامانه به‌طورکلی بر پایه دو بخش شبکه حسگرهای هوشمند و شبکه‌های مخابراتی استوار می‌باشد. سناریوی کار بدین صورت است که در محدوده پایلوت معین از عرصه‌های طبیعی؛ اطلاعات هشدار آتش توسط شبکه حسگر، برای پردازش نهائی طبق الگوریتم‌های سامانه نرم‌افزاری، از طریق شبکه مخابراتی به مرکز فرماندهی و کنترل محلی ارسال می‌شود. اپراتور مستقر در این مرکز با توجه به وسعت و شدت رخداد آتش؛ مختصات آن نقطه را به‌صورت طول و عرض جغرافیائی و ارائه دستورات لازم برای نحوه اطفاء؛ برای سامانه جنگلبان، خودرو فرماندهی یا بالگرد آبرسان ارسال می‌نماید. مرکز نیز لحظه‌به‌لحظه بازخورد عملیات اطفاء را رصد و به مراکز بالادستی به‌صورت گزارش ارائه خواهد کرد.

۱٫مقدمه

آتش سوزی به عنوان یکی از مهمترین عوامل موثر بر اکوسیستم های جنگلی، به طور متوسط سالانه ۲۷/۷ میلیون هکتار جنگل و نیز ۵/۱ میلیون هکتار از درختزارهای جهان را از بین می برد. آتش سوزی های جنگل، صرف نظر از منشا پیدایش (طبیعی یا مصنوعی)، می توانند به صورت مستقیم بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و به صورت غیر مستقیم بر کیفیت رویشگاه از طریق تاثیر برپوشش گیاهی ،توده شاخ و برگ و جانوران خاکزی اثر داشته باشد. علاوه بر اثرات فوق ، آتش سوزی تغییرات قابل توجهی را در سایر بخش های اکوسیستم جنگل مانند حیات وحش، جریان آبهای سطحی و کیفیت هوا ایجاد می کند. ایران کشوری خشک و نیمه‌خشک است که نزدیک به ۱۲٫۴‌ میلیون هکتار از سطح آن را جنگل‌ها و حدود ۹۰ میلیون هکتار آن را مرتع تشکیل می‌دهد.گرچه طبق اعلام فائو، ۹۴درصد حریق‌های رخ داده در عرصه‌های طبیعی جهان منشأ انسانی دارند که به‌راحتی و با مدیریت صحیح می‌توان از وقوع و خسارات ناشی از آن جلوگیری کرد اما تا متاسفانه قبل از آنکه افراد متوجه آتش سوزی شوند و نیروهای اطفا حریق در محل حاضر شوند٫ آتش سوزی پخش می شوند و قسمت های زیادی از جنگل را آتش فرا می گیرد. [۲]

لذا؛ استفاده از سیستمی هوشمند و کارآمد که بتواند مسئولین را قبل از اینکه آتش سوزی از کنترل خارج شود و به یک بحران تبدیل شود خبر کند ضرورتی انکار ناپذیر خواهد بود. با توجه به اعلام نیاز سازمان جنگل‌ها و مراتع مبنی بر طراحی سیستمی هوشمند و خودکار برای پایش آتش سوزی جنگل ها و حفاظت از این میراث ارزشمند، هدف این مقاله، ارائه پیشنهاد پیاده‌سازی شبکه‌ای متشکل از گره های حسگری و دوربینهای هوشمند اعلان حریق جنگل و همچنین راهکارهای ارتباطی جهت اطفاء بموقع حریق جنگل می باشد.

این سامانه باتوجه به تنوع بکارگیری فناوریهای پایش حریق از حیث استفاده از حسگر و دوربین بصورت تلفیقی در هیج جای دنیا سابقه نداشته است بطوریکه کارکرد بهینه هرکدام از این سامانه ها در پایش حریق باعث بالارفتن ضریب پوشش و عملکرد این سامانه در عرصه های ملی و کاهش هزینه ها می شود.  همچنین بلحاظ تکمیل چرخه پایش و در نهایت اطفاء حریق بروش ارتباطات رادیوئی نیز پروژه مشابهی را نمی توان پیدا کرد که بتواند کلیه سامانه های زمینی و هوائی را در یک عملیات مشترک حفاظت از منابع طبیعی را یکپارچه نماید. [۳]

بنا بر فرمایشات رهبر گرانقدر انقلاب  مبنی بر تبیین اقتصاد مقاومتی، کلیه سیستم هوشمندی که در ادامه معرفی می شود، بر پایه هوش و دانش مهندسین ایرانی طراحی شده است و نه تنها می تواند سرمایه مادی این کشور را در این راه حفظ نماید بلکه می تواند گامی برای عرضه این دانش به دیگر کشورهای دنیا باشد.

پیشنهاد این سامانه در پنج بخش شامل سامانه هوشمند پایش عرصه های ملی، سامانه مرکز فرماندهی و کنترل محلی، سامانه جنگلبان، سامانه منصوب بر خودرو فرماندهی و سامانه منصوب بر بالگرد آبرسان می باشد که بترتیب چرخه پایش و اطفاء حریق ارائه خواهند شد.

 

سامانه هوشمند پایش در عرصه های ملی

از گذشته های دور استفاده از متد نظارت ماهواره ای برای پایش حریق متداول بوده است ولی زمان طولانی اسکن منطقه ای و رزولوشن پائین ماهواره های نظارتی و همچنین عدم امکان پیشبینی توسعه آتش باعث شده از راهکار سامانه هوشمند پایش در عرصه های ملی اشاره شده در این مقاله در دنیا استفاده شود. این سامانه بصورت شبانه روزی و بلادرنگ قسمت های مختلف عرصه های جنگلی و مراتع را نظارت می کند و در صورت تشخیص هر گونه آثار و علائم دود و آتش ، هشدار های لازم را به همراه موقعیت حادثه به مرکزفرماندهی و کنترل محلی ارسال می نماید. [۱۰]این سامانه بطور کلی از بخش سامانه حسگرها و سامانه دوربینها تشکیل شده است که در ادامه، توضیح داده می شوند.

 

بررسی مراحل آتش گرفتن چوب

آتش سوزی با توجه به ماهیت به وجود آمدن آن از خود گازهای مختلفی منتشر میکند.

وقتی یک تکه چوب (  ) در معرض حرارت قرار میگیرد تبدیل به یک چوب سوخته (  ) و مقداری گاز ( )  می شود که در شکل ۱ این واکنش نشان داده شده است.

حال اگر این گاز ( ) که در اثر واکنش چوب و حرارت ایجاد شده است در مقابل اکسیژن اتمسفر ( ) قرار بگیرد گازهای  از آن ساطع می شودکه در شکل ۲ نشان داده شده است. [۹]

مطابق با شکل شماره ۳ که ۴ مرحله از آتش سوزی را نشان می دهد، بهترین زمان برای تشخیص مرحله ۲ می باشد چون دما و گاز به نقطه ای رسیده است که توسط حسگرها قابل تشخیص می باشد. بعد از گذشت از این مرحله، آتش شکل گرفته و به سرعت می تواند در عرض چند ساعت محوطه بزرگی را تحت تاثیر خود قرار دهد. [۵]

ادامه  دارد… .