金杰 南京德宏數(shù)碼技術(shù)有限公司

淺析基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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介紹了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)和與其連接的上位機(jī)，上位機(jī)連接服務(wù)器和移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端；濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)包括通過Zigbee協(xié)議自組織形成無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)，并通過協(xié)調(diào)器連接上位機(jī)；上位機(jī)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)于服務(wù)器，與移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行通信；上位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊，用于監(jiān)控協(xié)調(diào)器和移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端，并對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示；異常報(bào)警模塊，用于當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警；移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端安裝有監(jiān)測(cè)控制APP，用于對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示，歷史數(shù)據(jù)查詢，設(shè)定報(bào)警閾值。實(shí)現(xiàn)對(duì)濕地環(huán)境進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，提高濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)效率。

物聯(lián)網(wǎng) zigbee技術(shù) 沿海濕地 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 引言

濕地指天然或人工形成的沼澤地等帶有靜止或流動(dòng)水體的成片淺水區(qū)，還包括在低潮時(shí)水深不超過6米的水域。濕地是地球上具有多種獨(dú)特功能的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類提供大量食物、原料和水資源，而且在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、降解污染調(diào)節(jié)氣候、補(bǔ)充地下水、控制土壤侵蝕等方面均起到重要作用。濕地覆蓋地球表面僅有6%，卻為地球上20%的已知物種提供了生存環(huán)境，具有不可替代的生態(tài)功能，因此享有“地球之腎”的美譽(yù)。濕地與森林、海洋并稱全球三大生態(tài)系統(tǒng)，是人類最重要的生存環(huán)境之一，很多濕地被列為自然保護(hù)區(qū)。因此濕地是珍貴的自然資源，也是重要的生態(tài)系統(tǒng)，具有不可替代的綜合功能。

傳統(tǒng)的濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)，是在濕地區(qū)域安排人員定期進(jìn)行巡查，其財(cái)力、物力、勞力的開銷較大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)大面積、周期性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被國(guó)家列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并被寫入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃而受到重點(diǎn)支持發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，它主要通過把傳感器、RFID（Radio Frequency Identification）、二維碼等智能感知系統(tǒng)嵌入“物理實(shí)體”以隨時(shí)獲取其信息，從而將它們連接起來。在物聯(lián)網(wǎng)中，“物理實(shí)體”無(wú)需人工干預(yù)就能夠彼此“交流”，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

無(wú)線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。無(wú)線傳感網(wǎng)是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并進(jìn)行發(fā)布。通過無(wú)線傳感網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的深度感知和互聯(lián)，人們可以更加深入地感知物理世界。

2 系統(tǒng)介紹

針對(duì)上述技術(shù)問題，本文介紹一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積濕地環(huán)境的感知覆蓋。感知的濕地環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，用戶可通過PC客戶端、手機(jī)APP等方式實(shí)時(shí)查看濕地環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生異常，可通過短信等方式向用戶報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的沿海濕地環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)，提高濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)效率，促進(jìn)沿海濕地環(huán)境保護(hù)。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

（1）濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)包括布設(shè)于沿海濕地不同場(chǎng)所的多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)，多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)通過Zigbee協(xié)議自組織形成無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，并連接協(xié)調(diào)器；傳感器節(jié)點(diǎn)為低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，至少包括溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、光照傳感器節(jié)點(diǎn)、PH傳感器節(jié)點(diǎn)、水體濁度傳感器節(jié)點(diǎn)、PM2.5傳感器節(jié)點(diǎn)、結(jié)露傳感器節(jié)點(diǎn)、氣壓傳感器節(jié)點(diǎn)、以及煙霧傳感器節(jié)點(diǎn)。

（2）上位機(jī)連接協(xié)調(diào)器，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)于服務(wù)器，與移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行通信；上位機(jī)包括：數(shù)據(jù)分析模塊，用于數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理；無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的形狀為樹狀、星形或網(wǎng)狀。上位機(jī)還包括數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和建議模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理的數(shù)據(jù)通過預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并根據(jù)預(yù)測(cè)分析的結(jié)果提供維護(hù)建議。

（3）上位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊，用于監(jiān)控協(xié)調(diào)器，并對(duì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端訪問服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示。

（4）異常報(bào)警模塊，用于設(shè)定不同類型的傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值，當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

（5）移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端安裝有監(jiān)測(cè)控制APP，監(jiān)測(cè)控制APP，用于對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示，歷史數(shù)據(jù)查詢，設(shè)定報(bào)警閾值。

3 小結(jié)

（1）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積濕地環(huán)境的感知覆蓋。感知的濕地環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，用戶可通過PC客戶端、手機(jī)APP等方式實(shí)時(shí)查看濕地環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生異常，可通過短信等方式向用戶報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的沿海濕地環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)，提高濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)效率，促進(jìn)沿海濕地環(huán)境保護(hù)。

（2）可以對(duì)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)、實(shí)時(shí)感知；實(shí)現(xiàn)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、多種方式的實(shí)時(shí)訪問和展現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)的及時(shí)報(bào)警；針對(duì)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)的變化，給出后續(xù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、以及保護(hù)管理方面的建議。

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