大熊猫定位跟踪系统

1、1.大熊猫定位跟踪系统原文依据：P172-项圈：需提供详细设计方案；GPS妾收基站：需提供详细设计方案;数字电台：需提供产品技术白皮书；大镀猫定位跟踪系统设备配置需求如下:序号设备名称单位数量备注1定位跟踪器项图1;102信息接收器（基站）套43高增益天线面324数字电台485.5. 1.3.4.2设备性能要求（1）定位跟踪器I项圈）性能需求L定位精度:<10米2,场率：不高于433MHz3一超过125Kg的道里时能自动断裂;4.4t:小于200g5一工作时间：两年以上&工作温度-20-707.要求提供详细设计方窠8每天不少于定位4次，发送4次0防水、防震10 .电磁干扰性:满足

2、GJB151A-1997中RE102的要求；11 .电磁敏感性:满足GJB151A-1997+RS103的要求；12 .低电压报警功能13 .工作湿度：5%95%（2）信息接收器（基站）信息接收器采用高性能的天线接收定位跟踪器发射的无线数据,其天线的指标如下：14 接收灵敏度小于15 接收距离大于5Km16 整机质保不低于3年17 电源要求：24V18 要求提供详细设计方案19 工作功耗小于15W（3）数字电台数字电台的性能指标如下：1 .工作频率：22（卜240MHZ.2 .传输速率：大于等于19200bps.3 .工作方式：支持单工，半双工,全双工等方式，话音和数据兼容，提供对讲通话.4

3、.传输犯离：30公里以上（开阔无阻挡）.5 .物理接口：标准RS-232,通信速率可从300到38400bps可调，完全透明传输.6 .系统结构：支持点对点，点对多点传输，一级或多级中转组网.7 .调制方式：CPFSK,8 .信道间隔：12.5KHZ/25KHz.9 .发射功率：100mW5W连续可调.10 .误码灵敏度：以上（误码率BER<10E-6）.11 .收发转换时间：3ms.12 .工作温度：-30C+60C,工作时：40C+70C.13 .相对湿度：95%,40C,无冷凝.数字电台1 .工作频率：220240MHz。2 .传输速率：大于等于19200bp13 .工作方式：支持

4、单工，半双工,全双工等方式，话音和数据兼容，提供对讲通话。4 .传输距离：30公里以上（开阔无阻挡）。5 .物理接口：标准RS-232,通信速率可从300到38400bps可调，完全透明传输。6 .系统结构：支持点对点点对多点传输，一级或多级中转组网。7 .调制方式：CPFSK。8 .信道间隔:12.5KHz/25KHz。9 .发射功率：100mW5W连续可调。10 .误码灵敏度：-111dBm以上（误码率BER010E-6）。11 .收发转换时间：3ms。12 .工作温度：-20C+60C,工作时：-20C+70C。13 .相对湿度：95%,40C,无冷凝。14 .支持220V交流供电/24

5、V直流电源。15 .提供投标产品的技术白皮书。1.2补充说明一摘自招标初步设计文档（3）大熊猫定位跟踪系统实现野化区大熊猫的实时定位跟踪大熊猫定位跟踪系统需求分析卧龙保护区管理局的科研工作主要集中在其下属的中国保护大熊猫研究中心。2003年,在雅安市碧峰峡建设大熊猫基地，对人工繁育种群进行了分流。该中心原位于卧龙核桃坪。建立近30年，开展了多方面的科学研究工作，研究范围包括野生大熊猫及其栖息地、圈养大熊猫及其饲养繁殖、疾病防治、野外抢救、野化培训与野外放归等，并成功克服了大熊猫繁殖的难题，获国家科技进步二等奖。研究中心现拥有世界上规模最大的大熊猫圈养种群，数量达142只，是世界上大熊猫保护与研

6、究的成功典范，并惠及以大熊猫为主的整个生态系统。由于繁殖技术的改善，大熊猫种群数量得到快速增加，因此下一步的科研工作的重心将向放归培训转移。把一部分人工繁殖的大熊猫个体通过适应性训练进而放归野外才能把迁地保护与栖息地的物种保护有效的结合起来。由于研究中心在地震中受到重大的破坏，目前亦处在危险的陡坡之下，不适宜在原址重建。计划将中国保护大熊猫研究中心从核桃坪原址迁建于耿达乡幸福沟神树坪-黄草坪-天台山区域。中国保护大熊猫研究中心重建规划图如图所示。中国保护大熊猫研究中心重建规划图研究中心主要分为两大区域：第一部分：人工饲养繁育研究与环境教育区，选址在神树坪，区内包括饲养区、繁殖区，育幼区，饲料加

7、工区，兽医院和科研中心，行政办公及大熊猫博物馆，是中国保护大熊猫研究中心的核心部分；第二部分：野化培训区。从神树坪到黄草坪之间沿幸福沟分布中小规模的野化过渡培训区，可满足初期、中期的野化培训和体能培训的需求；黄草坪以上至天台山为大型的野化培训区，可满足后期的野化培训需求。其中，人工饲养繁殖科研及环境教育部分位于神树坪，大熊猫野化过渡培训区延幸福沟分布化培训基地位于黄草坪以上的天台山区域。大熊猫野化培训可以分为三个阶段：(1)从人工饲养放养到可控制环境，解决环境问题，饲料逐减，一周称重一次。范围约为3公顷，持续时间约为2年。(2)过了第一阶段之后，可以放养到大约30公顷的相对固定的区域范围内，基

8、本有大熊猫的食物。对人工饲料不再很依赖，除非大熊猫受伤，否则不再干预，称体重的频率很少，使得大熊猫适应无巢、无饲粮的环境。(3)完全自然的活动空间，周边用脉冲电网控制起来，范围约为300公顷，除非有特殊情况，否则不会对大熊猫进行人为干预。在后两个阶段，可以借助行为学方面知识，了解观察熊猫行为的变化来进行评估。在上述整个过程中，考虑采用视频探头，在3公顷的范围内布设几个视频探头，对大熊猫的行动进行观察和研究。但是更重要的是对大熊猫在培训区域活动规律的监测和评估，例如了解大熊猫在某区域的停留频率，从而推测出大熊猫喜欢停留的地区。因此需要借助定位系统，并希望利用现有技术把位置数据直接发送到后台计算机

9、。由此可见，“数字卧龙”项目中卧龙大熊猫定位跟踪系统需要在合理整合现有技术的基础上，控制投入成本，提高系统实用性，实现对野生大熊猫活动范围的研究，发现野生大熊猫个体与群体之间，各个体之间活动范围的相互关系等，进而实现对野生大熊猫活动模式的研究。标准规范全球定位系统(GPS)测量规范(GBT18314-2001)»全球定位系统城市测量技术规程(CJJ73-97)国家三角测量规范(GB/T17942-2000)»数字地形图系列和基本要求(GB/T18315-2001)»卧龙自然保护区申报四川省大熊猫栖息地自然遗产环境综合整治规划，四川省城乡规划设计研究院国家林业局卧龙

10、自然保护区管理局中国保护大熊猫研究中心野化培训场工程可行性研究报告，中国华西工程设计建设有限公司，2005年4月15日大熊猫野外放归培训监测项目可行性研究报告2005年5月2日软件工程术语(GB/T11457)»计算机软件开发规范(GB8566)计算机软件产品开发文件编制指南(GB8567)计算机软件质量保证计划规范(GB/T12504)»计算机软件配置管理计划规范(GB/T12505)»软件配置管理计划(CADCSC)建设方案卧龙大熊猫定位跟踪系统为中国保护大熊猫研究中心野化培训大熊猫期间，提供大熊猫个体位置识别及周围环境参数的监测功能，并通过后台数据分析系统为

11、研究人员在地理信息系统平台上展示大熊猫的日常移动路线以及周围环境因素对大熊猫选择经停地点的影响程度等情况，供研究人员进一步研究大熊猫活动范围及活动模式。卧龙大熊猫定位跟踪系统主要由定位跟踪器、信息接收器以及信息处理系统三部分组成，其中定位跟踪器是指安置在大熊猫个体上用于获取地理位置以及周围环境参数等信息的设备，信息接收器是指获取定位跟踪器的位置及周围环境参数等信息并将其传输给后台信息处理系统的设备，而信息处理系统通过对数据进行分析处理根据研究人员要求在地理信息系统平台输出结果。卧龙大熊猫定位跟踪系统组成由于大熊猫野化培训环境相对的复杂性，为保证参与野化培训的大熊猫在培训期间能够被相对完整的跟踪

12、定位，本项目采用人造卫星定位技术获取地理位置信息，并通过ISM频段工作频率的无线传输等多种技术并用的方式研发适用于大熊猫的定位跟踪系统，完成对大熊猫的跟踪定位研究。具体实现方案如下：系统各部分功能需求如下：（一）定位跟踪器（GPS颈圈）大熊猫个体携带的定位跟踪器是本系统获取数据的源头，决定了系统的成败。由于大熊猫野化培训的环境及本项目需要在较长期持续采集数据，因此需要保证大熊猫个体携带设备能在各种复杂环境下长期稳定的工作。定位跟踪器应由GPS定位模块、数据存储传输模块、供电模块以及控制模块组成。其中GPS模块负责实现地理位置信息的获取功能；数据存储模传输块用于存储GPS定位模块信息并实现数据存

13、储模块中数据的传输功能；供电模块为监控器提供电力能源；控制模块负责管理其他各模块的工作模式。具体结构如下：定位跟踪器组成结构GPSt位模块数据存储传输模块供电模块-GPS定位模块：采用GPS(GlobalPositioningSystem,全球定位系统)实现。GPS是一种基于人造卫星定位技术的系统，具体而言，其是美国具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。GPS具有以下特点：(1)全球，全天候工作。(2)能为用户提供连续，实时的三

14、维位置，三维速度和精密时间。(3)不受天气的影响。定位精度高，单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。(4)功能多，应用广。GPS具有电子罗盘、测速、测高、测面积、测距、测经纬度、自动画出运行轨迹、导航等功能。数据存储传输模块：采用闪存技术实现相关监控数据的存储，采用ISM频段工作频率的无线传输方式，通过定向接收方式传输数据回中心处理机。供电模块：选用大容量锂电池。控制模块：具备计时和定时功能，实现对于各个模块的控制，并对用户提供设定接口。定位跟踪器具备防水防腐蚀等特性，封装形式为异形环带式，以便于安装在大熊猫个体上。为保证定位跟踪器的小型化和长时间工作，考虑每天定位4次

15、。定位跟踪器的应进行小型化设计，其将有利于大熊猫的佩戴，并且减小对大熊猫正常生活的影响程度。定位跟踪器的环带部分建议具备开关装置，并可由控制模块进行管理，以实现定位跟踪器在超过一定时间(两年)后自动从大熊猫个体上脱落，从而减小对大熊猫正常生活的影响，以增强熊猫在野外的生存能力。为保护熊猫的安全，颈圈在设计时，当遇到特殊情况时，比如颈圈被树枝挂住，熊猫被钩住，挣扎过程中超过熊猫的承受重量时能自动断裂。具体构成情况建议如下：(1)采用扁带状的真皮项圈，设计承重125KG，保证在超过设计承重重量时能够断裂。(2)项圈的总体重量：真皮项圈50g;电池重量50g;盒体50g;GPS模块和发送模块(含天线

16、)40g；其他外围10g。(3)项圈的供电有锂聚合物电池进行供电。供电的有效时间根据公式：工作时间=电池容量/(睡眠模式电流+GPS定位功耗+发送功耗)得出：睡眠模式功耗：100ua定位功耗：约每秒50ma发送功耗：约每秒40ma每天睡眠模式下耗电：100/1000000*24=0.0024ah;每天GPS定位4次耗电(每次定位需45秒)：45/3600*0.05*4=0.0025ah;每天发送模块耗电(每次发送需10秒)：10/3600*0.04*4=0.0004444ah;锂电池配置需求：365*2*(0.0024+0.0025ah+0.0004444ah)=3.9ah,建议配置不低于4a

17、h。(二)信息接收器(基站)信息接收器主要实现对定位跟踪器信息的接收以及向信息处理中心的数据传送。本期工程在如下位置架设信息接收器，建设信息接收网络，该采用由ISM频段工作频率的无线传输模块组成的局域网，并通过使用高增益接收天线做无缝覆盖，每个信息接收器单独接收定位跟踪器的信息。在数据采集完成后，通过数据接收转发器将项圈数据通过电台进行二次传输。信息接收器采用高性能的天线接收定位跟踪器发射的无线数据，其天线的指标如下：增益：20dB频率范围：433MHz土5驻波比：1.5输入阻抗：50欧夹角：10度增益与距离的计算公式：PR=PT+GT-32.4-20log(f)-20log(d)+GR,其中

18、：PR=接收功率(dBm);PT=发射机输出功率(dBm);GT=发射天线增益(dB);£=发射频率(MHz);=传播距离(km);GR=接收天线增益(dB)。各项参数考虑如下，PR=-68(dBm);PT=10(dBm);GT=2dB;f=433MHz;GR=20(dB),代入本公式，-20log(d)=PT+GT-32.4-20log(f)+GR-PR=10+2-32.4-20log(433)+20-(-68)=14.88,求出有效距离d为：d=Antilog(20log(d)/20)=d=Antilog(14.88/20)=5.54km为了覆盖整个监控地区，本期设置4个信息接收

19、基站，其中有两个基站配置8个高增益定向天线，一个基站配置6个高增益定向天线，一个基站配置10个高增益定向天线进行无缝覆盖，基站的布置位置如下(经纬度)：信息接收点1:31°8'8.28”103°19'38.80”信息接收点2:31°6'47.48"103°18'48.62”信息接收点3:31°7'42.22103°20'44.90"信息接收点4:31°5'18.07"103°20'4.13"具体布置图如下所示：:

20、收器布i：置点t,-.-J信息接收器的电源采用太阳能供电并安装定时设备，保证在信息接收和发射时能够准确接收。由于环境的特殊性，在信息接收器与信息处理中心之间不便通过有线方式进行数据传输，因此采用工业级数传电台进行项圈采集数据的传输，确保数据在传输过程中的稳定可靠。（三）信息处理系统信息处理系统实现对于项圈数据的接收以及对于数据的存储和处理。并对于接收到的定位跟踪器数据进行存储、处理、分发、分析。且具备以下功能：能够在后期对于熊猫运动轨迹能在GIS电子地图上进行回放通过设置阈值，在熊猫一定时间范围内如未有位置移动，系统自动声光报警，通知管理人员项圈低电压报警，可在GIS电子地图上显示出几号项圈电

21、压不足，提示管理人员野化区域详细电子地图操作数据可根据用户需要保存至少2年（四）数字电台数字电台作为数据回传信息处理系统与信息接收器的传输方式为数字电台的传输方式。通道工具，通讯范围在50公里以上。满足可以全双工、半双工或单工方式工作，收发同频或异频，EIA-232数据接口异步透明传输。数字电台采用单工方式，发送端与信息接收器合设，接收端设置在神树坪研究中心。设备配置和性能要求设备配置需求大熊猫定位跟踪系统设备配置需求如下:序号设备名称单位数量备注1定位跟踪器（项圈）台102信息接收器（基站）套43高增益天线面324数字电台套8设备性能要求（1）定位跟踪器（项圈）性能需求1 .定位精度:<10米2