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森林火灾监测技术综述：移动ad-hoc网络路由协议的视角

摘要

移动Ad-Hoc网络（MANET）是一种无结构的无线移动网络，其中每个节点同时扮演路由器和主机的角色。MANET越来越受到研究人员和开发人员对森林火灾探测等各种应用的兴趣。森林火灾需要持续监测和有效的沟通，技术，由于这一事件带来的巨大损失。因此，灾难响应和救援应用程序被认为是MANET 的关键应用程序。本文对基于最新MANET的森林火灾探测现代技术进行了广泛的综述路由协议，例如无功定位辅助路由（LAR），主动优化链路状态路由（OLSR）和基于LAR的可靠路由协议（LARRR）。

关键词 森林火灾探测；移动ad hoc网络；位置辅助路由协议；优化的链路状态路由协议；基于LAR的可靠路由协议

介绍

地球的生态平衡取决于森林。可悲的是，森林中的火灾通常只有在大部分蔓延的情况下才能被发现，使得其调节和停止有时甚至是不可行的。结果是破坏性的破坏和对大气和环境的持久破坏（森林火灾造成大气二氧化碳（CO2）的30％）（Alkhatib，2014 ），除了对生态的永久性破坏（大量的二氧化碳）和在大气中吸烟）。此外，森林火灾的其他严重后果是长期的灾难性后果，例如对区域天气模式的影响，濒临灭绝的动植物物种的灭绝以及全球变暖。除了森林火灾造成的巨大损失之外，还会破坏自然资源，威胁人类并造成巨大的经济损失。因此，使用有效的技术，简单而廉价地监测和防止森林火灾是非常重要的。MANET中有许多研究人员近期已经进行过（Bang和Ramteke，2013， Torres等，2015 ）。在进展联网技术使得有可能为用户通过MANET，它是一种基础设施，较少的网络包括多个移动联网设备进行无线通信（Quispe医师等人，2013）。MANET网络可以在图1中看到。它显示了网络如何拥有一组能够在任何方向和位置独立移动的无线移动节点（Gupta和Gupta，2012 ）。MANET中的节点能够以任何速度和方向移动，因为它们的组织方式不同。MANET节点对应于目标节点路由。这是因为每个网络节点只能与位于其传输半径R内的那些节点进行通信。但是，源节点和目标节点可能位于比R更远的位置。

图1.1移动ad hoc网络架构

在多跳无线自组织网络中，所有节点彼此并排工作，使得它们形成网络而不需要任何基础设施，如基站或接入点。在MANET中，如果移动节点能够彼此转发分组，则启用传输范围之外的节点之间的通信。网络中的节点可以独立地向任何方向移动。这些节点可以任意离开并加入网络。因此，节点将定期通过其他设备更改其链接条件（Chitkara和Ahmad，2014 ）。MANETS具有某些路由协议。这些路由协议指定路由并将数据包从源传送到目的地（Aggarwal和Kaur，2014 ）。已经有针对MANET的不同路由协议的若干提议。这些提议的协议的目标是根据期望的环境改进和提高网络性能的效率。

MANET在几个需要无线网络的应用中起着至关重要的作用，可用于军事战场，多媒体网络中使用笔记本电脑共享信息的本地连接，个人局域网和蓝牙（ Kaur和Singh，2017 ）。此外，MANET还可用于洪水，森林火灾，火山爆发和地震等灾害的紧急救援行动（Morreale等，2015，Quispe和Galan，2014，Quispe等，2012））。例如，森林火灾是对森林资源和人类生活的最大威胁之一。森林火灾是最严重的环境灾难之一。众所周知，火灾会在很远的地方蔓延并持续数月。这一事件带来了许多环境风险。

影响森林火灾的因素

森林衰变过程被认为是主要的环境问题之一，它会导致许多危害人类生命的危险灾难。近几十年来，科学家们集中研究历史数据和气象因素，根据火灾指数模型估算火灾发生的概率（Hamadeh等，2015 ）。森林火灾是一种永久性的全球性火灾，南部或北部或两个半球全年都会发生火灾。虽然我们对每年开始的火灾数量一无所知，但大多数是由人类活动引起的，其他常见的森林火灾点燃原因正在闪电。灭火和管理每年花费数十亿美元（Flannigan等，2013）。四个因素强烈影响着火的活动：燃料，人，气候 - 气候和引燃剂（Flannigan等，2005）。燃料量，种类，连续性，形式和水分含量是火灾发生和传播的重要因素。火势蔓延需要燃料连续性; 有人建议不少于30％的面积必须有燃料才能传播火焰（Hargrove等，2000）。这对于全球许多较干燥的地区来说至关重要，因为在火灾发生之前需要特定数量的降水来增加植物的生长，从而提供足够的燃料积​​累，从而可以在森林中持续火灾覆盖（Swetnam和Betancourt，2010，Meyn等人） 。，2007）。气候和天气 - 包括温度，风，大气湿度和降水 - 是火灾活动的关键因素（Swetnam，1993，Flannigan和Harrington，1988）。一些强调气候和天气作用的例子包括（Cary et al。，2006），他们发现气候和天气最好证明使用火灾景观模型燃烧的区域数量，与燃料模式和地形的变化有关。（Carcaillet等，2001）发现气候是导致全新世东部丛林火灾的主要过程。（Prasad等，2008）发现年平均降水量和年度周期最热季度的平均温度是印度南部火灾发生率最合理的因素之一。（Gillett等，2004）提出过去四十年来加拿大地区的面积上升是由于人为引起的气温升高。（Flannigan等，2009 ），在对全球野火活动的分析中，发现了几篇研究论文建议在炎热的气候下火灾和火灾发生的地区将会增加，火灾季节将是广泛的。如前所述，人员，燃料，天气和点火是影响火灾活动的主要方面; 然而，在几个地区，天气和特定温度，这是解释区域燃烧变化的关键因素（Parisienetal., 2011，Balshietal.，2009））。在世界的许多地方，点火不受限制，因为人类广泛分布在整个地区。在某些阶段，燃料方面更加复杂，并且肯定会成为稀疏植被全球区域火灾活动的障碍。尽管如此，一些容易发生火灾的生物群落几乎没有燃料限制。根据本研究的复制品，最终的结果是，一个更热的世界将在全球范围内引发火灾（deGrootetal.，2013）。

森林火灾监测和检测现象

森林火灾是巨大的灾害，对经济，社会和生态参数产生负面影响，并伴随着森林资源对人类生活产生巨大影响。火灾可以通过人类活动，气候变化或其他几个原因点燃。需要森林火灾探测网络来持续和实时监测火灾（San-Miguel-Ayanz和Ravail，2005年）。然而，这种网络需要大量的电力，特别是对于电池的充电或更换。此外，森林中的树木密度和大量植被影响信号传输。因此，森林监控需要更好，更可靠的路由协议。在过去几年中，东南亚已经形成了一场具有全球影响的环境灾难。印度尼西亚持续不断的巨大火灾摧毁了数千平方公里的热带森林和泥炭地区，在该地区投下了有毒烟雾，并向大气中释放出数十亿吨的二氧化碳。几十年来每年都发生同样类型的火灾，但近年来出现的主要厄尔尼诺现象是自1997年以来最具破坏性的（Chisholm等，2016）。火灾通常发生在婆罗洲（加里曼丹）的印度尼西亚和苏门答腊地区。1997年事件烧毁45600公里2（埃尔和Goldammer，2001）; 由于季风降雨于11月开始，2015年的事件可能已经烧得相当不足，但仍无法获得准确的估算。火灾有几个原因，主要驱动因素被清除用于农业用地。短暂的干旱期后，森林很容易着火（Gaveau等，2014）。印尼火灾造成的环境破坏是巨大的。被夷为平地的热带丛林是世界上生物多样性最丰富的生态系统之一，为数千种植物和珍稀哺乳动物提供庇护。火灾的主要影响是烟雾蔓延到附近的国家，如马来西亚，新加坡，以及菲律宾和泰国南部。大约有4千万印度尼西亚人遭受了两个月几乎持续暴露于危险水平的大气污染，数万人患有呼吸系统疾病（Chisholm等，2016））。间歇性野火是全球适应火灾的生态系统的典型特征。有时野火甚至可能是一场重大的自然灾害。由于火灾遗漏和其他无人监督的活动，纵火爆炸以及由于人口增长导致的人类住区在火灾倾斜的植被中的增长导致的燃料堆积增加，导致了许多更具破坏性的野火（Liuetal。，2013）。在1997年至2008年间，每年平均每年约37000公顷（1公顷= 104平方公里，1公顷= 2.47英亩）的生态系统区域（包括森林）被烧毁（Giglio等，2010）。1997 - 1998年在印度尼西亚的大火焚烧了800万公顷（Cochrane，2003）。澳大利亚东南部最近发生的灾难性野火（Liuetal。，2010）摧毁了大约0.22M公顷的森林面积，一天内毁掉了750所房屋，超过200人被杀。1992年至2001年期间，每年有近2公顷的森林面积和不同的生态系统遭到破坏，估计美国的损失价值数十亿美元（Littell等，2009 ）。此外，野火可能会对环境造成不良影响。野火在1997年至2009年间每年释放约2.0 Pg C，约占总碳排放量的三分之一（Van der Werf等，2010）。然而，（Liu，2005）计算到2050年美国大陆受影响地区增加约50％，美国西部增加约100％，而（Spracklen等，2009）在此之前，美国西部报价上涨了54％。

森林火灾探测技术的相关工作

有许多研究人员和开发人员对灾害的管理和预防有很高的兴趣。这种灾难，如森林火灾探测，使用算法和几种路由协议，有助于检测和减少损失并限制其影响（Farber等，2015）。一组研究人员（ Dener等，2015 ）使用无线传感器网络来分析火灾探测系统。他们使用两种方法来

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