基本信息
- 項目名稱：
- 基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的鄱陽湖分布式遠程水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)研究
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 目前所采用的主要由人工完成的水質(zhì)監(jiān)控方法工作量大且效率不高，為了實現(xiàn)對水質(zhì)的持續(xù)、快速監(jiān)控，需要提供一個可自主運行的、易于移動的、可自我維護的監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)控的智能化，提高監(jiān)控效率。智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)為水質(zhì)監(jiān)控提供了一個模塊化且可擴展的解決方案，它可在大范圍的水域內(nèi)快速的采集和記錄數(shù)據(jù)，對鄱陽湖水質(zhì)實行多維度的實時監(jiān)控。
- 詳細介紹：
- 為了實現(xiàn)鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)控的自動化，達到在不受周圍環(huán)境限制下的快速、持續(xù)的完成水質(zhì)監(jiān)控各項任務(wù)的目的，需要建立一個可自主運行、易于移動和能夠自我維護的系統(tǒng)，而本項目所提出的這個系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)上述目標。本章就如何構(gòu)建這樣一個系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的闡述，通過近年來迅猛發(fā)展的傳感器技術(shù)、嵌入式計算機技術(shù)的運用，加上日趨成熟的信息技術(shù)和無線通信技術(shù)，本系統(tǒng)實現(xiàn)了利用移動平臺搭載多種傳感器載荷快速部署監(jiān)測區(qū)域進行自主信息融合、目標跟蹤與監(jiān)測等功能。 通過智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立，系統(tǒng)可以遠程跟蹤與監(jiān)測各種污染成分，自動的采集有效數(shù)據(jù)；信息系統(tǒng)為整個水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個可開發(fā)的、靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的預處理和再加工，提供優(yōu)質(zhì)、可靠的數(shù)據(jù)；而控制系統(tǒng)則通過現(xiàn)有的移動通信平臺，對各個遠程測量站點進行控制，同時，管理數(shù)據(jù)在各站點之間的傳輸，另外，它還將最終的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給操作人員。這個系統(tǒng)大大提高了水質(zhì)監(jiān)控的實效性和靈活性。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：及時掌握水質(zhì)情況，對危險狀況進行預測、報告，適應(yīng)水資源管理與保護工作發(fā)展需求，提高水質(zhì)監(jiān)測有效性、實時性、智能性和低功率性。 基本思路：基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)當前水質(zhì)監(jiān)測需求，結(jié)合傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、信息融合和無線通信技術(shù)，在移動平臺上搭載多種專用水質(zhì)無線傳感器載荷快速部署監(jiān)測區(qū)域進行自主信息融合，實現(xiàn)目標跟蹤與監(jiān)測，態(tài)勢評估等功能。運用混合能源進行供電，節(jié)能環(huán)保。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性、先進性：本項目基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以有機物、無機物和微生物為典型污染類型的專用水資源污染傳感器器件，并以鄱陽湖為例，構(gòu)建多維尺度高精度監(jiān)測鄱陽湖水資源環(huán)境演變規(guī)律與智能控制系統(tǒng)，在其分析終端具有多層次的數(shù)據(jù)處理模式。 獨特性：本項目基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)利用低功率傳感器器件，進行多層次水質(zhì)監(jiān)控,其傳感器能有效結(jié)合湖面風能、太陽能等混合能源自給，低碳環(huán)保。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目通過建立一個包括專用水質(zhì)監(jiān)測傳感器在內(nèi)的智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)，可為鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)測提供一個模塊化的、可拓展的方案，同時也為鄱陽湖特定環(huán)境下的大中小多維尺度檢測提供無線傳輸和檢測手段，并利用小型化低功率的無線傳輸節(jié)點，以適宜于野外快讀部署和觀測。另外，通過智能信息處理系統(tǒng)，對現(xiàn)場采集的樣本信息進行處理，得出處理結(jié)果并在需要的時候發(fā)出相關(guān)預警信號，為鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)控提供實時、有效、科學、可靠的數(shù)據(jù)。
學術(shù)論文摘要
- 鄱陽湖是具有水文調(diào)節(jié)、元素循環(huán)等多種功能的重要生態(tài)系統(tǒng)和自然資源。然而鄱陽湖水污染問題不斷加劇，水質(zhì)監(jiān)測成保護水資源的必要措施。為及時掌握水質(zhì)情況，對危險狀況進行預測、報告，適應(yīng)水質(zhì)管理和監(jiān)控的需求，必須克服傳統(tǒng)人工采樣的限制性、低效性以及監(jiān)控子系統(tǒng)的高成本性，提高水質(zhì)監(jiān)測的各項技術(shù)。 基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的鄱陽湖分布式遠程水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)當前水質(zhì)監(jiān)測的需求，結(jié)合近些年來迅猛發(fā)展的傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、信息融合和無線通信技術(shù)，在移動平臺上搭載多種專用水質(zhì)無線傳感器載荷快速部署監(jiān)測區(qū)域進行自主信息融合，實現(xiàn)目標跟蹤與監(jiān)測，態(tài)勢評估等功能，同時在控制終端使用用戶友好工作界面以及關(guān)于過去與現(xiàn)在水質(zhì)情況參數(shù)的數(shù)據(jù)庫信息，方便管理員查看和控制水質(zhì)狀況，并且在項目中各結(jié)點處搭載太陽能、微型燃氣輪機、慣性設(shè)備、浮力設(shè)備等混合能源供能設(shè)備保證各低功率部件在任何惡劣環(huán)境下能夠正常工作。保證了水質(zhì)監(jiān)測的有效性、實時性、智能性和低功率性，可以高效地完成當前水質(zhì)監(jiān)測的各項任務(wù)。同時，本項目為適宜未來系統(tǒng)擴展的要求，系統(tǒng)在滿足現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上預留足夠的接口以便系統(tǒng)擴充之用，以適應(yīng)不斷發(fā)展的水質(zhì)監(jiān)控需求。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- 1）張明祥，張建軍.中國國際重要濕地監(jiān)測的指標與方法.濕地科學，2007,5（1）：36-45. 2）沈欣，歐陽志云，段曉男，Jan de leuww.白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)水分條件遙感監(jiān)測方法，生態(tài)學報，2008,28（10）：56-72. 3）廖富強，劉影，葉摹亞，鄭林.鄱陽湖典型濕地生態(tài)環(huán)境脆弱性評價及壓力分析。長江水域資源與環(huán)境，2008,17（1）：12-18. 4） 5）Touzi R.,Deshamps A.,Rother G.,Phase of Target Scattering for Wetland Characterization Using Polarimetric C-Band SAR,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2009,47(9). 6）Yajima Y.,Yamaguchi Y.,Sato R., Yamada H., Boerner W.-M, POLSAR Image Analysis of Wetlands Using a Modified Four-Component Scattering Power Decomposition,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2008,46(2). 7）Hong S.-H.,Wdonwinski S.,Kim S,-W.,Evaluation of TerraSAR-X Observations for Weland InSAS Application.
同類課題研究水平概述
- 1、利用便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀人工采樣、實驗室分析的方式，該方式僅限于對河流、湖泊的幾個斷面采樣，采樣頻率從每月數(shù)次到每日數(shù)次。上述方法主要有以下三點不足：1、無法保證水質(zhì)監(jiān)測的實時性。由于本方法的采樣頻率受限，使得無法高頻率的更新水質(zhì)數(shù)據(jù)，使得無法對水質(zhì)情況進行及時了解；2、缺乏水質(zhì)監(jiān)測的全面性。由于人工采樣的受限無法對整個水域的各部分進行監(jiān)測，對于斷面采樣的數(shù)據(jù)不具有整個水域的有效性，使得數(shù)據(jù)偏差較大；3、耗費大量的人力、物力。 2、采用由一個中央控制室和若干個監(jiān)測子站組成的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)對水環(huán)境參數(shù)進行自動連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)遠程自動傳輸，可以實時查詢所設(shè)站點的水環(huán)境參數(shù)。前者由于無法對水環(huán)境參數(shù)進行遠程實時監(jiān)測，存在水質(zhì)監(jiān)測周期長，勞動強度大，數(shù)據(jù)采集速度慢等問題，不能很好地反映水環(huán)境的連續(xù)變化，不易及早發(fā)現(xiàn)污染源并預警。后者能很好地解決水質(zhì)監(jiān)測周期長、勞動強度大、數(shù)據(jù)采集和傳輸速度慢等問題，由于有鋪設(shè)電纜和建立子站的施工要求，因而存在對湖區(qū)緣由的生態(tài)環(huán)境影響大、系統(tǒng)投資成本高、監(jiān)測水域范圍有限等缺點也無法進行大面積布設(shè)監(jiān)測子站、對每個小水域?qū)嵤┒帱c遠程實時監(jiān)測。然而，隨著湖區(qū)水資源保護力度的加大，對于湖區(qū)水資源的監(jiān)測已經(jīng)不能僅僅停留在大尺寸統(tǒng)計其各項物理指標的層面上，諸如特定植被生長、生物種群觀察、水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測等微觀需求逐步提上了日程。目前這種微觀監(jiān)測還是依賴于人工實地調(diào)查采樣和分析。但是，湖區(qū)環(huán)境的惡化迫切需求低成本、快速部署、實時高清的微觀與宏觀相結(jié)合的多尺度監(jiān)測手段。 3、利用遙感器進行水質(zhì)監(jiān)測也是當前較為先進的方法，遙感技術(shù)具有的快速、大范圍、低成本和周期性的特點,可以有效地監(jiān)測水體表面水質(zhì)參數(shù)在空間和時間上的變化狀況,還能發(fā)現(xiàn)一些常規(guī)方法難以揭示的污染源和污染物遷移特征。自上世紀70年代以來,內(nèi)陸水體遙感水質(zhì)監(jiān)測從簡單定性分析發(fā)展到定量反演,從具有時空局限性的經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷綇V泛適用的生物光學模型不斷的拓寬了遙感水質(zhì)監(jiān)測的應(yīng)用前景。此外,隨著各種遙感數(shù)據(jù)源特別是高光譜遙感數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)以及對各種水質(zhì)參數(shù)光譜的了解不斷深入,遙感水質(zhì)監(jiān)測的參數(shù)不斷增加,反演的精度也不斷提高。但是遙感器對水質(zhì)監(jiān)測也同樣存在一些不能很好有效解決的缺點，其空間分辨率低、傳輸數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、受自然環(huán)境影響較大這三者會影響其監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取和分析，進而影響整個對水質(zhì)的實時監(jiān)控。
