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森林是人类赖以生存的自然资源,近年越来越多的森林火灾对人类财产及生命安全造成极大威胁,亟需一套高效且实用的森林火灾智能预警防控系统来保护林区。物联网技术在林火预警项目的应用也逐渐在研究中,其中主要应用的无线传感器网络通信技术为:短距离自组网ZigBee技术和低功耗广域网LoRa技术。面向林火预警应用中,本文分别对ZigBee和LoRa技术进行对比,针对ZigBee通信距离过短和LoRa低速率且难以自组网的问题,提出一种ZigBee结合LoRa技术形成分层无线传感器网络的通信方式。其中,林区感知监测节点采用ZigBee技术组网,通过GPS进行定位并使用各传感器采集火焰、烟雾、温湿度等监测数据;LoRa结合ZigBee技术构成的汇聚节点,采用中继“多跳”组网方式对各监测区域数据汇聚处理和转发,最终传输至LoRa基站进行处理;基站将数据汇总并传输至控制中心服务器,供林业局相关人员查看火情预警和火势发展分析,并制定相应扑救措施和应急方案,通知林场消防员扑救。由于LoRa标准化通信协议LoRaWAN不满足中继组网要求,本文对LoRa中继通信进行研究,基于LoRa串口无线透传特点设计一种实用型中继组网通信协议,该协议基于串口通信数据帧设定,通过简单编程可移植到LoRa设备实现大规模中继组网。针对林区汇聚中继节点的网络覆盖问题,通过研究相关覆盖算法将汇聚节点LoRa通信范围简化为数学几何中圆的相交问题,进而提出一种基于LoRa通信距离的林区汇聚中继节点无盲区网络覆盖连通方案,最大化通信覆盖并保持较低的部署成本,该方案还可估算监测林区最少需要的汇聚中继节点数目。通过设计相应硬件和软件,对面向林火预警的数据采集子系统的感知节点与汇聚中继节点实验平台进行实现。其中汇聚中继节点处理器STM32移植了μC/OS-III嵌入式系统,并将LoRa无线透传中继组网协议在系统中实现。最后在实验平台上对本文提出的各组网通信方案及系统整体功能进行测试,虽然实验结果与理想通信状况有差距,但是该方案可基本实现面向林火预警智能预警系统的数据采集及中继通信组网任务,从数据采集到及数据展示能实现完全自动化,可以应用于面向林火预警的数据采集子系统中,并能为相关领域物联网应用提供参考价值。