The information system of monitoring forests and wildfires using the wireless sensor networks
Authors: Заяц А.М. , Логачев А.А. 
Published: September 2020

Для мониторинга состояния лесов и лесных пожаров принято использовать различные технические наземные, авиационные и космические средства. Однако применение данных средств часто затрудняется отсутствием в лесу доступа к источникам электропитания и информационным сетям. Единственной на сегодняшний день технологией, позволяющей успешно решать задачи мониторинга состояния лесов и лесных пожаров, обеспечивающей длительное использование системы без необходимости замены ее устройств из-за отсутствия энергообеспечения и их технического обслуживания непосредственно в местах развертывания сети, является технология беспроводных сенсорных сетей. Беспроводная сенсорная сеть - это совокупность миниатюрных необслуживаемых распределенных в пространстве вычислительных устройств, которые снабжены сенсорами и приемопередатчиками сигналов, работающих в радиодиапазоне и образующих самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи информации. Применимо к мониторингу лесов наиболее подходящей топологией беспроводной сенсорной сети является ячеистая топология, в которой все сенсоры обладают функциями маршрутизации. Маршрутизация позволяет обеспечить возможность самовосстановления сетей в случае выхода из строя некоторых сенсоров при лесных пожарах или других негативных воздействиях, что позволяет достаточно быстро переформировать сеть с новой конфигурацией. Информация, собираемая сетью, передается на шлюз, который выполняет координирующие функции по организации работы беспроводной сенсорной сети, и связан с корпоративной сетью с помощью проводной или беспроводной связи. Благодаря способности узлов ретранслировать сообщения, обеспечивается значительная площадь покрытия территории даже при малой мощности передатчиков, поскольку информация передается от одних сенсоров к другим по цепочке, и в итоге ближайшие к узлу сенсоры сбрасывают ему всю аккумулированную информацию. Предлагается использовать геоинформационные технологии, обеспечивающие разработку специализированных решений для визуализации и анализа данных, что позволит пользователю осуществлять оперативный мониторинг лесных территорий и прогнозировать неблагоприятные воздействия, в том числе лесные пожары. Данная информационная система мониторинга лесов и лесных пожаров с использованием беспроводных сенсорных сетей эффективно и с малыми затратами обеспечивает решение задач контроля труднодоступных лесных территорий, устойчива к отказу отдельных узлов по различным причинам, что позволяет использовать и эксплуатировать сеть на лесных территориях с различными ландшафтными, таксационными и антропогенными параметрами.

Monitoring of the state of forests and wildfires is common to use a variety of technical ground, air and space assets. However, using these funds is often hampered by lack of access to sources of electricity supply and information networks. The only technology solution of the problem of monitoring forests and wildfires, which provides long-term use of the system without having to change its device due to lack of energy and maintenance directly in the field of network deployment is a wireless sensor networks. Wireless sensor network - a set of miniature independent distributed computing devices, which are equipped with sensors and transceivers operating in the radio range and forming a self-organizing system of collecting, processing and transmitting information. Applicable to the monitoring of forests the most appropriate topology of wireless sensor network is a mesh topology in which all sensors have routing functions. Routing provides the possibility of self-healing network in case of failure of some sensors in case of wildfires or other negative influences that allows one to quickly rebuild the network with the new configuration. The information collected by the network is transmitted to the gateway, which performs coordinating functions related to the organization of a wireless sensor network and is connected to the corporate network via a wired or wireless connection. The ability of nodes to relay messages provides significant area coverage area, even at low power transmitters, because the information is transferred from one sensor to another, and finally coming to a gateway sensor and dump all accumulated information. We suggested to use GIS technology to ensure the development of specialized solutions for the visualization and analysis of data, allowing the user to perform real-time monitoring of forest areas and to predict hazards. The information system of forest and wildfires monitoring with the use of wireless sensor networks efficiently and at low cost provides a solution to control tasks for inaccessible forest areas and can be resistant to failure of individual nodes, for various reasons, so it can be used to operate the network in forest areas with different landscape, biometrical and anthropogenic parameters.