城市森林保健監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及環境監測【技術領域】，具體涉及一種基于WSN的城市森林保健監測系統。該城市森林保健監測系統包括：設置在監測區的若干無線傳感網絡模塊、通過通信模塊與所述無線傳感網絡模塊通信連接的數據處理模塊、以及與所述數據處理模塊連接的可視化平臺；所述無線傳感網絡用于采集監測區的森林環境參數以及地理信息，并通過通信模塊發送至所述數據處理模塊；所述數據處理模塊用于處理所述森林環境參數以及地理信息并將處理結果發送至所述可視化平臺進行展示。本實用新型可以實現對某一地區進行多參數、連續以及實時的城市森林保健監測，并且保證監測數據在時間和空間上的一致性。
【專利說明】城市森林保健監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及環境監測【技術領域】,具體涉及一種基于WSN (Wireless SensorNetwork，無線傳感網絡)的城市森林保健監測系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的持續增長，當前我國已經進入了城鎮化快速發展的關鍵時期。在城鎮化的過程中出現了城市環境惡化，生態景觀破碎等一系列問題，嚴重影響了人居環境的健康和社會生態文明的建設。而利用城市森林提供的多種生態效益，重點挖掘與城市居民人體健康密切相關的城市森林保健功能，發展城市森林保健功能相關的監測方法，對于加強城市森林建設，建立城市人居生態林技術體系，促進林業生態工程建設有著重要的意義。
[0003]現有技術中，城市森林保健功能監測仍處于一個起步階段，存在著監測手段缺乏等問題。例如，目前所進行的監測活動往往是選擇幾個時間段，在選擇的時間段內進行短期的監測，而且通常只針對城市森林保健功能中的一項進行監測，因而對于把握整體的城市森林保健功能以及其在空間和時間尺度上的變化則存在嚴重不足，造成在評價城市森林保健功能的優劣時缺乏可供參考的數據。
實用新型內容
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本實用新型的目的在于針對上述城市森林保健監測方法的不足，提供一種基于無線傳感網絡的城市森林保健監測系統，從而實現對某一地區進行多參數、連續以及實時的城市森林保健監測，并且保證監測數據在時間和空間上的一致性。
[0006](二)技術方案
[0007]本實用新型技術方案如下:
[0008]一種城市森林保健監測系統，包括:設置在監測區的若干無線傳感網絡模塊、通過通信模塊與所述無線傳感網絡模塊通信連接的數據處理模塊、以及與所述數據處理模塊連接的可視化平臺；
[0009]所述無線傳感網絡用于采集監測區的森林環境參數以及地理信息并通過通信模塊發送至所述數據處理模塊；
[0010]所述數據處理模塊用于處理所述森林環境參數以及地理信息，并將處理結果發送至所述可視化平臺進行展示。
[0011]優選的，所述無線傳感網絡模塊包括基站以及以所述基站為中心呈自組網形式布設的網絡節點。
[0012]優選的，所述基站集成有zigbee射頻通信模塊以及蜂窩網通信模塊。
[0013]優選的，所述網絡節點包括與主節點、中繼節點以及終端節點；所述主節點與所述基站通信連接，所述終端節點直接與所述主節點通信連接或者通過所述中繼節點與主節點通信連接。
[0014]優選的，所述主節點、中繼節點以及終端節點均包括zigbee射頻通信模塊。
[0015]優選的，所述終端節點包括數據采集節點、控制節點以及執行節點；所述控制節點以及執行節點還與所述基站以及數據處理模塊通信連接。
[0016]優選的，所述數據處理模塊包括環境參數處理單元以及地理信息處理平臺。
[0017]優選的，所述數據采集節點、控制節點以及執行節點均設置在移動平臺上。
[0018]優選的，所述數據采集節點包括中央處理器以及分別與所述中央處理器連接的zigbee射頻通信模塊和數據采集通道；所述數據采集通道分別與傳感器組以及GPS模塊連接。
[0019]優選的，所述傳感器組包括大氣負離子濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、風速風向傳感器、空氣溫濕度傳感器、紫外線輻射強度傳感器以及噪聲強度傳感器的任意組合。
[0020](三)有益效果
[0021]本實用新型實施例中所提供的城市森林保健監測系統，通過在監測區設置若干用于采集監測區的森林環境參數以及地理信息的無線傳感網絡模塊，無線傳感網絡模塊通過通信模塊與數據處理模塊連接，數據處理模塊對森林環境參數以及地理信息進行處理并將處理結果發送至可視化平臺進行展示；因此，本實用新型實施例中所提供的城市森林保健監測系統可以實現對某一地區進行多參數、連續以及實時的城市森林保健監測，并且保證監測數據在時間和空間上的一致性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型實施例中城市森林保健監測系統的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型實施例中城市森林保健監測系統的邏輯結構圖；
[0024]圖3是本實用新型實施例中城市森林保健監測系統的硬件結構圖；
[0025]圖4是本實用新型實施例中城市森林保健監測系統的通信過程示意圖；
[0026]圖5是本實用新型實施例中采集節點的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】做進一步描述。以下實施例僅用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0028]實施例一
[0029]本實施例中一種城市森林保健監測系統如圖1中所示，該城市森林保健監測系統包括:無線傳感網絡模塊、通信模塊、數據處理模塊以及可視化平臺；無線傳感網絡模塊設置在監測區，并通過通信模塊與數據處理模塊通信連接，無線傳感網絡模塊用于采集監測區的森林環境參數以及地理信息，其數量根據監測區的類型以及范圍具體設置；通信模塊用于實現無線傳感網絡模塊與數據處理模塊之間的通信連接；無線傳感網絡模塊通過通信模塊將采集的森林環境參數以及地理信息發送至數據處理模塊，數據處理模塊與可視化平臺連接，本實施例中，數據處理模塊主要包括環境參數處理單元以及地理信息處理平臺，用于在接收到所述無線傳感網絡模塊發送的森林環境參數以及地理信息后，對接收到的數據進行處理，并將處理結果發送至可視化平臺，可視化平臺用于實現數據的展示。
[0030]下面對本實施例中城市森林保健監測系統的各個部分加以詳細說明。
[0031]本實施例中的無線傳感網絡模塊包括基站以及以基站為中心呈自組網形式布設的網絡節點；基站中集成有zigbee射頻通信模塊以及蜂窩網通信模塊，例如，zigbee射頻通信模塊用于與網絡節點之間的通信，Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的無線局域網協議，其具有低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全等優點，因此，非常適合與本實施例中無線傳感網絡模塊；蜂窩網通信模塊用于與數據處理系統之間的通信，例如可以是GSM(Global System for Mobile Communications,全球移動通信系統)/GPRS (General Packet Radio Service,分組無線服務技術)/CDMA(CodeDivisionMultipleAccess,碼分多址)/LTE (Long Term Evolution,長期演進)等等。
[0032]進一步的，上述網絡節點包括與主節點、中繼節點以及終端節點；主節點負責無線傳感網絡區域內所有終端節點的管理，獲得終端節點的所有數據并進行本地存儲，主節點、中繼節點以及終端節點均包括zigbee射頻通信模塊；主節點與基站通過ZigBee協議通信連接，終端節點直接與主節點之間通信連接或者通過中繼節點的中轉后，與主節點通信連接；終端節點與主節點之間、終端節點與中繼節點之間以及中繼節點與主節點之間都是通過ZigBee協議傳輸數據。
[0033]本實施例中的終端節點為分三類，即數據采集節點、控制節點及執行節點；控制節點以及執行節點還與基站以及數據處理模塊通信連接。采集節點即集成了感知森林環境參數以及地理信息的傳感器節點，控制節點與執行節點則同時內置了蜂窩網通信模塊以及ZigBee射頻通信模塊，從而能夠接受基站以及數據處理模塊通信的控制指令，根據現場情況選擇數據傳輸方式，控制器與電磁閥安置在控制節點或執行節點。優選的，無線傳感網絡中的終端節點、中繼節點、主節點都可置為移動型，從而可以根據具體需求隨時加入網絡。
[0034]本實施例中，上述數據采集節點包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的zigbee射頻通信模塊和數據采集通道；數據采集通道分別與傳感器組以及GPS模塊連接；為了能夠同時采集多組森林環境參數，本實施例中的傳感器組包括大氣負離子濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、風速風向傳感器、空氣溫濕度傳感器、紫外線輻射強度傳感器以及噪聲強度傳感器的任意組合，從而實現對于各種不同森林環境參數采集。
[0035]實施例二
[0036]本實施例為實施例一中所提供的城市森林保健監測系統的一種具體實現方式。
[0037]圖2中所示為本實施例中城市森林保健監測系統的邏輯結構圖，本實施例中城市森林保健監測系統由四層架構組成，即數據生產層、數據傳輸層、數據管理層及顯示控制層。在數據生產層對無線傳感網絡模塊所采集數據的屬性以及時空特性進行定義，在數據傳輸層結合不同的通信協議完成數據傳輸，接著到達數據管理層進入空間數據庫，最終在顯示與控制層中經過數據融合分析得到數據查詢、統計分析結果、控制指令以及數據顯示。
[0038]圖3為本實施例中城市森林保健監測系統的硬件結構圖，本實施例中的城市森林保健監測系統將局域數據傳輸與廣域數據傳輸相結合，定義了硬件各層次之間的通信及路由協議；格網式的系統硬件結構主要體現在傳輸層，具體如圖3中所示。監控中心是無線傳感網絡模塊的管理中心，將監測區按地理度量單位分為若干個子區域，每個格網包括一個基站，基站嵌入ZigBee射頻通信模塊與GPRS通信模塊，基站與監控中心通過GSM/GPRS或INTERNET傳輸數據，與主節點通過ZigBee協議傳輸數據。
[0039]圖4為本實施例中城市森林保健監測系統的硬件結構以及通信過程圖，格網內部根據監測需求部署若干個主節點、終端節點以及終端節點，主節點負責管理子區域內所有終端節點，獲得終端節點的所有數據并進行本地存儲，終端節點為分三類，數據采集節點、控制節點及執行節點。采集節點即集成了感知森林環境參數的傳感器節點，此類節點只獲取數據，隨后通過中繼節點或直接將數據發送至主節點，控制節點與執行節點則同時內置了 GPRS通信模塊與ZigBee射頻通信模塊，根據現場情況選擇數據傳輸方式，控制器與電磁閥安置在控制節點或執行節點。同時，無線傳感網絡內部的終端節點、中繼節點、主節點都可置為移動型，置于車輛等移動平臺上，根據具體需求隨時加入網絡。
[0040]圖5所示的是本實施例中采集節點的結構示意圖，采集節點由5部分組成:2.4G無線收發模塊(ZigBee射頻通信模塊)、中央處理器CPU、數據采集通道、感器組以及GPS模塊等。采集節點通過2.4G無線收發模塊接收來自用戶的命令，中央處理器處理數據包中命令并進行解釋，同時通過2.4G無線收發模塊發送傳感器組中各類傳感器采集的信息及GPS模塊采集的節點位置信息；并且，每個采集節點均支持IPV6協議，并擁有全球唯一 IP地址。
[0041]可視化平臺為放置在公共活動區域的液晶屏顯示系統，可以實時顯示設置的時間間隔內城市森林環境的參數，同時用戶可通過手機短信查詢和定制城市森林環境內的實時環境參數信息或登陸Internet查詢、分析城市森林環境參數信息。
[0042]綜上所示，本實用新型所提供的城市森林保健監測系統可以實現對負離子、氧氣、二氧化碳、紫外線、風速風向等因子的實時同步監測，實現了無線傳感器網絡與Internet的無縫鏈接以及對傳感器工作狀態的實時遠程監控；并且通信距離很長，通過無線傳感器網絡的自組網與多跳技術，解決了遠程獲取環境監測信息的問題，大大提高了監測的效率；因此，本實用新型所提供的城市森林保健監測系統設計合理、布設方便、擴展性強且通信距離長，能對城市森林環境進行實時監控，解決了現有城市森林環境監測手段單一、低效、成本高，連續性不強的問題，具有很高的實用價值。
[0043]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的保護范疇。
【權利要求】
1.一種城市森林保健監測系統，其特征在于，包括:設置在監測區的若干無線傳感網絡模塊、通過通信模塊與所述無線傳感網絡模塊通信連接的數據處理模塊、以及與所述數據處理模塊連接的可視化平臺； 所述無線傳感網絡用于采集監測區的森林環境參數以及地理信息并通過通信模塊發送至所述數據處理模塊； 所述數據處理模塊用于處理所述森林環境參數以及地理信息，并將處理結果發送至所述可視化平臺進行展示。
2.根據權利要求1所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述無線傳感網絡模塊包括基站以及以所述基站為中心呈自組網形式布設的網絡節點。
3.根據權利要求2所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述基站集成有zigbee射頻通信模塊以及蜂窩網通信模塊。
4.根據權利要求2或3所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述網絡節點包括與主節點、中繼節點以及終端節點；所述主節點與所述基站通信連接，所述終端節點直接與所述主節點通信連接或者通過所述中繼節點與主節點通信連接。
5.根據權利要求4所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述主節點、中繼節點以及終端節點均包括zigbee射頻通信模塊。
6.根據權利要求4所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述終端節點包括數據采集節點、控制節點以及執行節點；所述控制節點以及執行節點還與所述基站以及數據處理模塊通信連接。
7.根據權利要求6所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述數據采集節點、控制節點以及執行節點均設置在移動平臺上。
8.根據權利要求6或7所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述數據采集節點包括中央處理器以及分別與所述中央處理器連接的zigbee射頻通信模塊和數據采集通道；所述數據采集通道分別與傳感器組以及GPS模塊連接。
9.根據權利要求8所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述傳感器組包括大氣負離子濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、風速風向傳感器、空氣溫濕度傳感器、紫外線輻射強度傳感器以及噪聲強度傳感器的任意組合。
10.根據權利要求1-3、5-7或9任意一項所述的城市森林保健監測系統，其特征在于，所述數據處理模塊包括環境參數處理單元以及地理信息處理平臺。
【文檔編號】G01D21/02GK203561382SQ201320561007
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】黃華兵, 虢建宏 申請人:中國科學院遙感與數字地球研究所, 中國科學院地理科學與資源研究所