消落帶監(jiān)測(cè)方案-論文

1、消落帶監(jiān)測(cè)方案基于物聯(lián)網(wǎng)的消落帶監(jiān)測(cè)技術(shù)研究三峽庫(kù)區(qū)肖落帶是指水庫(kù)正常蓄水位海拔175m與防洪限制水位海拔145m之 間的區(qū)域，屬于水庫(kù)水域生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)交互過渡地帶，是國(guó)內(nèi)外罕見 的一種新生的生物地理景觀?！岸年憽笔侨龒{庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)變化的主要特 征。消落帶的土壤不僅受水庫(kù)水位漲落的重力侵蝕和波浪沖擊的影響，而且在消 落帶出露成陸地時(shí)期還會(huì)受到雨水的沖擊。長(zhǎng)期持續(xù)的結(jié)果必將產(chǎn)生一系列生態(tài) 問題。因此，針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶的監(jiān)測(cè)和管理具有重大意義。但傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方 法不僅耗費(fèi)大量的人力物力，而且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理分析的效率很低?；谖锫?lián)網(wǎng) 技術(shù)為基礎(chǔ)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基于北斗衛(wèi)星組建

2、“三峽庫(kù)區(qū)消落帶的動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”，不僅可以及時(shí)提供科學(xué)、詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)，同時(shí) 可以進(jìn)行不同年度調(diào)查成果的數(shù)據(jù)挖掘和分析，相對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)查，在時(shí)效性、空 間性和全面性都有提高。從而促進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料的管理和共享， 為資源管理的信息化奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。1. zigbee協(xié)議簡(jiǎn)介zigbee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，其 物理層和媒體訪問控制層協(xié)議由ieee 802. 15.4標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層協(xié) 議則是由zigbee技術(shù)聯(lián)盟制定的。zigbee協(xié)議?；跇?biāo)準(zhǔn)的osi七層模型，但只是在相關(guān)的范圍來定義一些相 應(yīng)層來完成特定的任務(wù)。i

3、eee 802. 15. 42003標(biāo)準(zhǔn)定義了下面的兩個(gè)層：物 理層（phy層）和媒介層（mac層）。zigbee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上建立了網(wǎng)絡(luò)層（nwk層） 以及應(yīng)用層（apl m）的框架（framework）.在zigbee網(wǎng)絡(luò)中，不同的節(jié)點(diǎn)有不同 的分工，根據(jù)其工作特性，可以分為以下幾類：1協(xié)調(diào)者（coordinator）：它是一個(gè)ffd節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理工作。 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有只有一個(gè)協(xié)調(diào)者。它具有以下幾個(gè)功能：選擇所用網(wǎng)絡(luò)的信道；從協(xié)調(diào)者開始，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；分派網(wǎng)絡(luò)地址；允許其他設(shè)備加入或者退出其網(wǎng)絡(luò)；保存鄰接表和路由信息；傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)包；2 路由節(jié)點(diǎn)（rooter）:它是一個(gè)ffd節(jié)點(diǎn)，一

4、般被應(yīng)用于樹形或者mesh拓 撲結(jié)構(gòu)中擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋量。它用于去找到從源點(diǎn)到終點(diǎn)的一條最佳路徑來傳輸信 息。路由節(jié)點(diǎn)除了不能建立網(wǎng)絡(luò)之外，和協(xié)調(diào)者相比較類似。3 終端設(shè)備（end device）:它是一個(gè)rfd節(jié)點(diǎn)，被用于連接到路由節(jié)點(diǎn)或 者協(xié)調(diào)者。終端節(jié)點(diǎn)完成以下2個(gè)任務(wù)：加入或者離開網(wǎng)絡(luò)；傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)包；2 北斗簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是是中國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通 信系統(tǒng)（cnss ）,是除美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（gps）、俄羅斯的glonass之后第三 個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)覆蓋我國(guó)領(lǐng)土及周邊地區(qū)，同時(shí)具備 定位通信功能，安全、可靠、穩(wěn)定、保密性強(qiáng)。采用北斗衛(wèi)星

5、監(jiān)測(cè)三峽消落帶可 以避免信號(hào)盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)穩(wěn)定的采集數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星技術(shù)建立三峽庫(kù)區(qū)消落帶監(jiān)測(cè)的立體物聯(lián)網(wǎng)系 統(tǒng)。整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)共分三層次，最底層是野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)負(fù) 責(zé)自動(dòng)采集地庫(kù)區(qū)的消落帶監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)集成、編碼、通過無(wú)線網(wǎng)關(guān) 發(fā)送給北斗用戶終端，然后通過北斗用戶終端發(fā)送給各個(gè)地區(qū)的分中心。第二層 是分中心，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)庫(kù)區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集和處理及控制野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用北斗用 戶終端接收管轄監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)、分析和處理。第三層是國(guó)家級(jí)監(jiān) 測(cè)中心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控，監(jiān)控各個(gè)分中心的運(yùn)行狀態(tài)。野外監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由低功耗無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過zigbe

6、e自組網(wǎng)方式構(gòu)成數(shù)據(jù) 采集網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)三峽庫(kù)區(qū)的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。主要包括兩個(gè)部分：監(jiān)測(cè)環(huán)境內(nèi)的無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)部分及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)部分。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)選擇星型網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)洌贿h(yuǎn) 程數(shù)據(jù)傳輸采用北斗衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)，采用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與北斗接收器通 信，遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)直接與運(yùn)營(yíng)中心通信。每個(gè)zigbee終端連接傳感器完成 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集作為zigbee應(yīng)用層應(yīng)用對(duì)象以端口形式與協(xié)議棧底層進(jìn)行通信, 數(shù)據(jù)從應(yīng)用層傳輸?shù)轿锢韺?。之后，物理層進(jìn)行能量和空閑信道掃描檢測(cè)空閑信 道，當(dāng)?shù)玫娇臻e信道，物理射頻模塊將數(shù)據(jù)以無(wú)線電波形式發(fā)送。協(xié)調(diào)器射頻模 塊接受到數(shù)據(jù)包，物理層通知上層接受到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從物理層又逐層向上層

7、傳輸, 每向上一層就去掉下層的包頭、包尾以這種形式將數(shù)據(jù)包解包。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié) 調(diào)器應(yīng)用層，數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與北斗通訊 設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通信。分中心由服務(wù)器、pc、通信網(wǎng)絡(luò)、北斗數(shù)據(jù)接收器等設(shè)備組成分中心監(jiān)測(cè)網(wǎng) 絡(luò)，實(shí)時(shí)采集區(qū)域內(nèi)的野外站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。野外站點(diǎn)與分中心站點(diǎn)通過北斗運(yùn)營(yíng)中 心通信。前端由無(wú)線傳感網(wǎng)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過北斗通訊設(shè)備傳輸?shù)奖倍沸l(wèi)星， 通過北斗衛(wèi)星采用北斗通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖倍愤\(yùn)營(yíng)中心，然后運(yùn)營(yíng)中心通過 網(wǎng)絡(luò)專線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)分中心。監(jiān)測(cè)總中心由大型服務(wù)器、pc、通信網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成，基于云計(jì)算技術(shù)搭建 三峽庫(kù)區(qū)消落帶云監(jiān)測(cè)平臺(tái)。收集和存儲(chǔ)各個(gè)分中心的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘 技術(shù)分析消落帶監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)提供科學(xué)、詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)成果，實(shí)現(xiàn)三 峽庫(kù)區(qū)消落帶的資源管理的信息化。分中心與總中心之間通過inter