消落带监测方案-论

1、消落带监测方案基于物联网的消落带监测技术研究三峡库区肖落带是指水库正常蓄水位海拔175m与防洪限制水位海拔145m之间的区域，属于水库水域生态系统和陆地生态系统交互过渡地带，是国内外罕见的一种新生的生物地理景观。“冬水夏陆”是三峡库区消落带生态变化的主要特征。消落带的土壤不仅受水库水位涨落的重力侵蚀和波浪冲击的影响，而且在消落带出露成陆地时期还会受到雨水的冲击。长期持续的结果必将产生一系列生态问题。因此，针对三峡库区消落带的监测和管理具有重大意义。但传统的监测方法不仅耗费大量的人力物力，而且监测数据的管理分析的效率很低。基于物联网技术为基础获取监测区域的监测数据，基于北斗卫星组建“三峡库区消落

2、带的动态监测网络”，不仅可以及时提供科学、详实的基础数据和监测成果数据，同时可以进行不同年度调查成果的数据挖掘和分析，相对传统的调查，在时效性、空间性和全面性都有提高。从而促进动态监测成果数据和基础资料的管理和共享，为资源管理的信息化奠定了一个良好的基础。1.Zigbee协议简介ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离、低速率的无线通信技术，其物理层和媒体访问控制层协议由IEEE 802.15.4标准来规定，网络层和应用层协议则是由ZigBee技术联盟制定的。ZigBee协议栈基于标准的OSI七层模型，但只是在相关的范围来定义一些相应层来完成特定的任务。IEEE 802.1542003标

3、准定义了下面的两个层：物理层(PHY层)和媒介层(MAC层)。ZigBee联盟在此基础上建立了网络层(NWK层)以及应用层(APL层)的框架(framework).在ZigBee网络中，不同的节点有不同的分工，根据其工作特性，可以分为以下几类：1.协调者（Coordinator）：它是一个FFD节点，负责整个网络的管理工作。每个网络中有只有一个协调者。它具有以下几个功能：选择所用网络的信道；从协调者开始，启动网络；分派网络地址；允许其他设备加入或者退出其网络；保存邻接表和路由信息；传输应用数据包；2.路由节点（Rooter）：它是一个FFD节点，一般被应用于树形或者Mesh拓扑结构中扩大网络覆

4、盖量。它用于去找到从源点到终点的一条最佳路径来传输信息。路由节点除了不能建立网络之外，和协调者相比较类似。3.终端设备（End Device）：它是一个RFD节点，被用于连接到路由节点或者协调者。终端节点完成 以下2个任务：加入或者离开网络；传输应用数据包；2.北斗简介北斗卫星导航系统是是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星系统信号覆盖我国领土及周边地区，同时具备定位通信功能，安全、可靠、稳定、保密性强。采用北斗卫星监测三峡消落带可以避免信号盲区等优点，可以实时稳定的采集数

5、据。监测采用无线传感网络和北斗卫星技术建立三峡库区消落带监测的立体物联网系统。整体网络系统架构共分三层次，最底层是野外监测点，利用无线传感网络负责自动采集地库区的消落带监测数据，并将这些数据集成、编码、通过无线网关发送给北斗用户终端，然后通过北斗用户终端发送给各个地区的分中心。第二层是分中心，负责监测库区的监测数据收集和处理及控制野外监测点，利用北斗用户终端接收管辖监测点的数据进行解析、存储、分析和处理。第三层是国家级监测中心，负责整个系统的监控，监控各个分中心的运行状态。野外监测网络由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成数据采集网，实现三峡库区的连续在线监测。主要包括两个部分

6、：监测环境内的无线网络部分及远程数据传输的通信网络部分。无线网络选择星型网络连接拓扑；远程数据传输采用北斗卫星实现，采用嵌入式技术实现无线网络与北斗接收器通信，遥感卫星图像数据直接与运营中心通信。每个ZigBee终端连接传感器完成数据，数据采集作为ZigBee应用层应用对象以端口形式与协议栈底层进行通信，数据从应用层传输到物理层。之后，物理层进行能量和空闲信道扫描检测空闲信道，当得到空闲信道，物理射频模块将数据以无线电波形式发送。协调器射频模块接受到数据包，物理层通知上层接受到数据，数据从物理层又逐层向上层传输，每向上一层就去掉下层的包头、包尾以这种形式将数据包解包。当数据传输到协调器应用层，

7、数据通过串口发送到网络模块，网络模块采用网络协议与北斗通讯设备连接，实现数据传输通信。分中心由服务器、PC、通信网络、北斗数据接收器等设备组成分中心监测网络，实时采集区域内的野外站点的数据。野外站点与分中心站点通过北斗运营中心通信。前端由无线传感网采集的监测数据通过北斗通讯设备传输到北斗卫星，通过北斗卫星采用北斗通信协议将数据传输到北斗运营中心，然后运营中心通过网络专线将数据传输到各个分中心。监测总中心由大型服务器、PC、通信网络等设备组成，基于云计算技术搭建三峡库区消落带云监测平台。收集和存储各个分中心的监测数据，采用数据挖掘技术分析消落带监测数据，及时提供科学、详实的基础数据和监测成果，实现三峡