【摘要】：環(huán)境變化已成為全世界科學(xué)研究熱點(diǎn),其中對(duì)氣候變化問(wèn)題尤為關(guān)注,而森林又是地球之肺,在這樣一個(gè)背景下,森林小氣候的研究自然也備受關(guān)注。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)森林小氣候的研究可以看出,如何實(shí)時(shí)的獲取大范圍內(nèi),不同地形區(qū)域內(nèi)的森林小氣候數(shù)據(jù)是森林小氣候研究和應(yīng)用的一大難點(diǎn)。本文采用433MHz結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立覆蓋森林地區(qū)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò),對(duì)森林小氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)和分析,最終建立起面向森林環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)可視化分析系統(tǒng),來(lái)提高森林的管理水平。首先,通過(guò)對(duì)森林環(huán)境深入調(diào)研,針對(duì)森林環(huán)境特點(diǎn),采用粒子群算法對(duì)森林環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題進(jìn)行分析,在考慮無(wú)線(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能源消耗問(wèn)題的基礎(chǔ)上,通過(guò)迭代和優(yōu)化,最終得到在固定傳感器數(shù)量下,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積最大的方案。在完成對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)選址問(wèn)題的研究之后,文章分四部分包括數(shù)據(jù)的采集,數(shù)據(jù)的傳輸,數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)的可視化展示分別分析了森林環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和具體需求,最后對(duì)這四部分分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的433MHz結(jié)合4G的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信方案、基于粒子群算法的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方案、基于Hadoop海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)以及Gis可視化展示平臺(tái)都達(dá)到了預(yù)期的要求,實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林小氣候環(huán)境信息的實(shí)施監(jiān)測(cè),為森林防火和森林培育等森林管理工作打好基礎(chǔ)。
【圖文】：

課題針對(duì)劃分的森林地表監(jiān)測(cè)區(qū)域，建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)入森林監(jiān)測(cè)終端。森林監(jiān)測(cè)終端通過(guò)配置形成感知節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)點(diǎn)將采集到的溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、PM2.5、負(fù)氧離子濃度等傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。作為匯聚節(jié)點(diǎn)的森林監(jiān)測(cè)終端在接入無(wú)同時(shí)，通過(guò) 4G 建立與物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的雙向通信，將匯聚來(lái)的森送到森林監(jiān)測(cè)中心，，最終通過(guò) Gis 可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)森林環(huán)境指標(biāo)對(duì)森林火情的及時(shí)發(fā)現(xiàn)等功能，從而提高森林的管理水平。文章分1）監(jiān)控區(qū)域節(jié)點(diǎn)部署研究對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的森林環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題進(jìn)行分析傳感器數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能源消耗問(wèn)題的基礎(chǔ)上，研究出在固定傳感器數(shù)器網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積最大的方案。2）環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建于物聯(lián)網(wǎng)的森林監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。

智慧森林監(jiān)測(cè)平臺(tái)由數(shù)據(jù)采集層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層，數(shù)據(jù)處理層以及可視化展組成，如圖 3-1 所示。數(shù)據(jù)采集層由多種傳感器組成，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，采集層從功能上劃分，分為傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，終端控制管理模塊。網(wǎng)絡(luò)層由兩部分構(gòu)成，采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò)以及匯聚節(jié)點(diǎn)與后臺(tái)器之間的通信網(wǎng)絡(luò)。Hadoop 平臺(tái)層負(fù)責(zé)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，由數(shù)儲(chǔ)管理系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)可視化展示層和 Hadoop 平臺(tái)層共同協(xié)作為采集終端度運(yùn)營(yíng)平臺(tái)提供服務(wù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。本節(jié)將分別介紹各部分的實(shí)現(xiàn)方式和之間的相互關(guān)系。2 系統(tǒng)功能需求分析2.1 森林?jǐn)?shù)據(jù)采集層需求分析(一) 采集終端設(shè)計(jì)需求森林采集終端向森林監(jiān)控中心提供森林環(huán)境感知數(shù)據(jù)并接收設(shè)備的配置制信息，上下行信息如圖 3-2 所示：
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP274;S718.5

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本文編號(hào)：2616346