基于無線通信系統(tǒng)的藏羚羊研究

基于無線通信系統(tǒng)的藏羚羊研究

文/張金良

基于藏羚羊生活在高海拔，人煙稀少的高寒環(huán)境中，使得對于藏羚羊的研究和監(jiān)護更加的困難。本文基于無線通信系統(tǒng)的藏羚羊研究，該系統(tǒng)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)管理與實時同步相結(jié)合的測控方法。它將無線傳感技術(shù)與GPRS技術(shù)相融合，以生活在中國可可西里地區(qū)的藏羚羊為研究對象，對它們進行監(jiān)控。這樣可以減少資金的大量投入，也能靈活準確的收集數(shù)據(jù)，開辟了全新的保護和研究藏羚羊的方式。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器 GPRS 數(shù)據(jù)收集 數(shù)據(jù)分析

1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的應(yīng)用

1.1  Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

Zigbee 網(wǎng)絡(luò)是當代最熱的物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)的終端，因而具有操作簡單，使用方便，價格低廉，可靠安全的特點。Zigbee 是一種無線自組網(wǎng)技術(shù)，同時 IEEE802.15.4 系列標準由Zigbee 聯(lián)盟制定。它提供 SMT 與 DIP 接口，可直接連接 TTL 接口設(shè)備，使其數(shù)據(jù)能很好的傳輸；低功耗的特性使得它的最低功耗小于1mA；并且有六路 I/O 口，輸入輸出更方便。它主要應(yīng)用于自動控制與遠距離監(jiān)控方面，能讓很多設(shè)備嵌入，更好的組建一個無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。簡而言之，Zigbee 是一種價格低廉，功耗低的無線短距離組網(wǎng)技術(shù)。

1.2 無線傳感技術(shù)在動物監(jiān)護方面的應(yīng)用

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是新興的傳感網(wǎng)絡(luò)，引領(lǐng)者數(shù)據(jù)傳輸?shù)母镄隆．斀翊髷?shù)據(jù)時代的到來，為它的發(fā)展和應(yīng)用提供了更加廣闊的空間。它在交通業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及環(huán)境監(jiān)測方面等都有很好的應(yīng)用。最近幾年在動物監(jiān)護方面的應(yīng)用也日益廣泛。由于它不需要布線，可以省去很多的人力、物力，減少資金的投入；對于地域的要求也存在靈活性，能很好的實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)通信，安裝方便也是它的一大特性。

2 無線傳感系統(tǒng)對藏羚羊的監(jiān)測與控制

2.1 系統(tǒng)的組成

在這個無線傳感系統(tǒng)中，包含監(jiān)控中心的上位 PC 機、熱釋電紅外傳感器、反射式光電傳感器、無線節(jié)能監(jiān)控結(jié)點、報警系統(tǒng)等組成。首先無線傳感技術(shù)能實時監(jiān)控藏羚羊的狀態(tài)，無線通信技術(shù)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時的傳遞到 PC 機上，同時把指令信息傳遞給個個基站的 PC 機和無線傳感器，讓無線傳感器能重置，開始新的數(shù)據(jù)傳遞。從而實現(xiàn)監(jiān)控中心對其它基站和藏羚羊的網(wǎng)絡(luò)化管理。對于無線傳感模塊，用的是 TI 公司的 CC2431 芯片為主控芯片，還有無線傳感器射頻發(fā)射和接收設(shè)備組成。在藏羚羊的身上安裝熱釋紅外傳感器和反射式光電傳感器可以很好的監(jiān)測藏羚羊的體溫、心率和位置，能夠使得監(jiān)控中心的人們能夠追蹤藏羚羊每年的遷徙和一些生活習性，還有盜獵的人如果獵殺藏羚羊，可以通過熱釋電紅外線傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及時定位藏羚羊的位置信息，能更好的保護藏羚羊。

其次，無線遠程通信模塊解除了距離對于無線傳輸數(shù)據(jù)的限制，能夠更穩(wěn)定、完整地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息和監(jiān)控中心的指令。

2.2 監(jiān)控中心對于數(shù)據(jù)的收集和分析

藏羚羊由于活動范圍廣，我們可以通過無線傳感器傳輸數(shù)據(jù)到上位 PC 機，這些數(shù)據(jù)制作成一個表，記錄藏羚羊經(jīng)常活動的范圍，從而更好地實施保護措施。通過移動 GPRS 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供透明 TCP 無線遠距離數(shù)據(jù)傳輸或者透明 UDP 無線遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋１O(jiān)控中心在接到數(shù)據(jù)以后要完成數(shù)據(jù)備份，以防止系統(tǒng)故障造成的數(shù)據(jù)丟失，多數(shù)據(jù)的傳遞要完成同步，進而對數(shù)據(jù)很好地收集和分析；它同時能完成高速、穩(wěn)定、可靠的 TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸功能。

3 工作原理

欲監(jiān)測和保護藏羚羊，就要建立一個完善的控制管理系統(tǒng)。首先藏羚羊自身的體溫和心跳的信息轉(zhuǎn)化成虛擬信息傳遞到無線傳感器，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換把虛擬信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，運用 GPRS 技術(shù)傳遞到一些基站，這些基站通過信息的整合后，傳遞給監(jiān)控中心，該系統(tǒng)根據(jù)藏羚羊的心跳和體溫來判斷其位置和是否安全。傳感器設(shè)置最高的體溫和最低的體溫，最大的心跳頻率和最小的心跳頻率；CC2431 完成信息的轉(zhuǎn)換，GPRS 無線通信完成數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)信息進行收集和分析，給出一些判斷。

熱釋電紅外傳感器和反射式光電傳感器有四種測量信號報警上限信號 Ps, 報警下限信號 Px, 正常上限信號 Pu, 正常下限信號 Pd。這四個測量信號把藏羚羊的安全分為三個區(qū)域。安全區(qū)：Pd<P<Ps  or   Px<P<Pd；

警戒區(qū)：P>Ps  ；

危險區(qū)：P<Px；

（1）若藏羚羊的心跳和體溫大于正常下限小于報警上限或者大于報警下限小于正常下限，說明藏羚羊在正常的活動，它們是安全的；

（2）若藏羚羊的心跳和體溫大于它的報警上限，這說明藏羚羊有兩種可能，一種是藏羚羊大規(guī)模的遷徙；另一種是受到盜獵人的追趕，在拼命地逃生。

（3）若藏羚羊的心跳和體溫小于報警下限，這說明藏羚羊有危險，盜獵人獵殺了藏羚羊死以后溫度下降，這時需要最近的藏羚羊保護人員采取相應(yīng)的措施保護它。

通過傳感器傳遞的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)藏羚羊保護的及時性和有效性，同時減少了資金的投入、能源的消耗。因為藏羚羊是恒溫動物，它會根據(jù)外部的溫度調(diào)節(jié)自身的體溫一直維持在相對穩(wěn)定地范圍內(nèi)，這樣不管是白天還是夜晚都能夠無偏差的監(jiān)測藏羚羊的安全情況。還能夠通過藏羚羊的活動路線和范圍，使得人們對于藏羚羊的遷徙和生活范圍有更精確地了解和認識，也有利于在遷徙的過程中和生活的范圍內(nèi)，實施一些人為的保護措施。

4 結(jié)論

本文運用了當代最先進的無線通信系統(tǒng)來監(jiān)測和研究藏羚羊，對于藏羚羊的保護起到了關(guān)鍵的作用。無線通信系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)化管理，不用布線，就能完成傳感器到監(jiān)控中心PC 計算機的數(shù)據(jù)信息傳輸，由于其能實現(xiàn)復(fù)雜、高效的監(jiān)控，因此增加了應(yīng)用的范圍。伴隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，無線通信系統(tǒng)能更廣泛的應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸業(yè)等。無線通信系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，對于未來的科研和社會效益都能帶來巨大的優(yōu)勢。

參考文獻

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作者簡介

張金良（1987-），男，河南省駐馬店市人。西藏大學2013級碩士研究生。研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全。

作者單位

西藏大學  西藏拉薩市  850000

●基于樸素貝葉斯算法的藏文垃圾短信過濾研究，項目編號：61262086。西藏自治區(qū)十一五規(guī)劃項目“藏文軟件推廣應(yīng)用”項目編號：175。