面向森林环境的动态监测及数据可视化分析研究

发布时间：2020-04-06 09:43

【摘要】：环境变化已成为全世界科学研究热点,其中对气候变化问题尤为关注,而森林又是地球之肺,在这样一个背景下,森林小气候的研究自然也备受关注。结合目前国内外相关专家学者对森林小气候的研究可以看出,如何实时的获取大范围内,不同地形区域内的森林小气候数据是森林小气候研究和应用的一大难点。本文采用433MHz结合4G网络技术,建立覆盖森林地区的无线通信网络,对森林小气候数据进行采集、传输、存储和分析,最终建立起面向森林环境的动态监控及数据可视化分析系统,来提高森林的管理水平。首先,通过对森林环境深入调研,针对森林环境特点,采用粒子群算法对森林环境中的无线传感器网络节点部署问题进行分析,在考虑无线传感器数据传输时能源消耗问题的基础上,通过迭代和优化,最终得到在固定传感器数量下,无线传感器网络覆盖面积最大的方案。在完成对无线传感器网络节点选址问题的研究之后,文章分四部分包括数据的采集,数据的传输,数据的存储以及数据的可视化展示分别分析了森林环境动态监测系统的整体结构和具体需求,最后对这四部分分别进行了设计与实现以及实验验证与分析。实验结果表明,本文所设计的433MHz结合4G的无线网络通信方案、基于粒子群算法的无线传感器网络部署方案、基于Hadoop海量数据存储平台以及Gis可视化展示平台都达到了预期的要求,实现了对森林小气候环境信息的实施监测,为森林防火和森林培育等森林管理工作打好基础。
【图文】：

课题针对划分的森林地表监测区域，建立无线传感器网络，通过无入森林监测终端。森林监测终端通过配置形成感知节点和汇聚节点点将采集到的温度、湿度、风力、风向、PM2.5、负氧离子浓度等传感网络发送到汇聚节点。作为汇聚节点的森林监测终端在接入无同时，通过 4G 建立与物联网服务平台的双向通信，将汇聚来的森送到森林监测中心，，最终通过 Gis 可视化平台实现对森林环境指标对森林火情的及时发现等功能，从而提高森林的管理水平。文章分1）监控区域节点部署研究对监测区域的森林环境特点，对传感器网络节点部署问题进行分析传感器数据传输时能源消耗问题的基础上，研究出在固定传感器数器网络覆盖面积最大的方案。2）环境监测平台的构建于物联网的森林监测系统总体结构如图 3-1 所示。

智慧森林监测平台由数据采集层，网络传输层，数据处理层以及可视化展组成，如图 3-1 所示。数据采集层由多种传感器组成，进行数据采集工作，采集层从功能上划分，分为传感器数据采集模块，终端控制管理模块。网络层由两部分构成，采集节点与汇聚节点之间的通信网络以及汇聚节点与后台器之间的通信网络。Hadoop 平台层负责海量数据的存储和数据处理，由数储管理系统组成。数据可视化展示层和 Hadoop 平台层共同协作为采集终端度运营平台提供服务和数据分析结果。本节将分别介绍各部分的实现方式和之间的相互关系。2 系统功能需求分析2.1 森林数据采集层需求分析(一) 采集终端设计需求森林采集终端向森林监控中心提供森林环境感知数据并接收设备的配置制信息，上下行信息如图 3-2 所示：
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP274;S718.5

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本文编号：2616346