面向复杂林区火险环境感知的无线传感器集成设计与实现
这是一篇关于火险环境感知设备,WSN,LoRa,低功耗,NB-IoT,森林火灾的论文, 主要内容为林火监测是实现森林火灾“早发现”的关键环节,森林火灾信息感知则是开展林火监测的四种能力之一。在当前森林火险环境感知领域,常规的方案有:基于3S技术的环境气象因子反演手段评估森林火险,但由于卫星空间分辨率与其重访周期无法平衡,导致森林火险评估的准确度差;利用可见光与热红外成像结合的视频监控技术进行火灾监视,但它易受云雾干扰,且存在明显的滞后性问题,无法实现“早发现”;基于Zig Bee的WSN地面系统实现对森林火险的感知,但却存在着林下通信距离很短和抗干扰能力差等显著缺点,大范围部署时成本巨大。因此,构建新型的大范围、远距离、高精准性的实时森林火险环境感知系统十分重要。本文利用LoRa无线通信技术和NB-IoT物联网技术开展面向复杂林区火险环境感知的无线传感器网络集成设计,通过对节点硬件电路和嵌入式软件控制流程算法的设计,构建了具有智慧感知、信息收集、局部决策、协同调控等优点,能够实现感-传-控应用目的的火险环境感知方案。本文的工作与成果可以概括为:(1)对基于WSN的火险环境感知的设计需求进行了分析和说明,分析了实现该感知系统所需要采集的环境因子种类以及适合复杂林下环境的射频和物联网通信方式,接着对设计原则和总体框架进行了详细的阐述,最后从嵌入式硬件平台和软件平台两方面对本方案的设计内容进行了介绍。(2)对各类节点的功耗进行了具体且全面的分析,并给出了不同电路的能耗计算方法,还提出了延长节点工作寿命、优化节点能耗的多种方案:在硬件电路方面,提出了通过程控开关控制能耗、使用中断-触发唤醒电路优化网络的响应时间、引入无线电唤醒技术解决突发状况下的网络唤醒等能耗控制方案;在软件算法方面,设计了利用火险预测模型调整环境因子采样率、根据时间和空间自适应原则动态调整节点休眠时间和射频信号收发功率等能耗优化方案。此外,为了保障节点工作的稳定性和持久性,还给出了节点(即设备)在野外环境下的多种防护举措。(3)从功能、性能以及整体稳定性三个方面开展相关测试,通过室内室外实验的方式对网络的主要指标进行定性或定量的描述。测试了该WSN系统在林下环境因子智能感知和采集、节点自组网、区域定位和上传数据至云服务器等方面的实际效果,以及在系统中引入优化策略后节点的功耗控制情况和系统稳定性。在这些测试结果进行分析和评价后,还提出了一些有助于节点性能完善和高效部署的建议,如射频天线的指向问题、区域内节点数量计算问题、网络工作寿命预测问题等。
无线传感器网络仿真系统的设计与实现
这是一篇关于WSN,网络仿真系统,迪杰斯特拉最短路径算法,Java Swing的论文, 主要内容为近些年来,伴随着科学技术的飞速发展与进步,农业物联网逐渐发展起来,为实现现代化农业提供了一个十分重要的支撑,WSN技术作为农业物联网的应用的核心技术之一,已经成为农业物联网的一个研究热点。本文将无线传感器技术、网络仿真技术结合起来,综合Java Swing技术研发出无线传感器网路仿真系统。使用该仿真系统,通过在用户操作界面输入系统参数配置环境变量,然后运行系统对无线传感器网络(WSN)进行模拟仿真,一方面可以验证关于项目研究中提出的路由算法的准确性;另一方面,系统能够模拟传感器以一定概率故障的情况,用以分析项目研究中提出的故障检测和诊断算法的性能,并验证算法的可靠性。本文进行了以下几个方面的研究:1.研究了WSN技术、网络仿真技术、WSN仿真系统的系统设计基本方案与原则、系统功能的需求分析,并对WSN仿真系统的需求分析、存在的问题以及现有的用于网络仿真的软件进行详细的概述与比较,分析得出研发出一款专门用来对项目研究的WSN仿真系统的必要性。对WSN和网络仿真进行了全面的了解与分析,为WSN仿真系统的设计与实现提供了良好的基础。2.对WSN仿真系统的系统设计、功能需求分析、基本设计方案与原则实施了研究,对仿真系统模块体系结构样式进行了研究,得出适用于WSN仿真系统的体系结构样式。通过对仿真系统各方面进行分析明确了系统的设计目标与模块功能,制定了系统的设计方案,为系统模型的的构建提供了正确的依据。3.WSN仿真系统的研发与实现:首先为WSN仿真系统设计出一个性能良好的、可视化的、操作简单的操作界面,为仿真系统的研究人员提供了一个操作简单的、直观的仿真系统环境变量配置界面。然后提出了仿真系统的实现功能,包括生成拓扑结构图、节点之间最短路径信息以及节点的覆盖面积。在生成的拓扑图上能够显示出拓扑节点的位置,研究人员可以很直接的看到,采用迪杰斯特拉最短路径算法能够得出节点之间的最短路径信息,采用相交圆覆盖面积方法可以得出拓扑节点在特定的传输半径之下在拓扑结构图上的覆盖面积。最后产生一个属性面板,用于向研究人员提供仿真系统的输出信息,包括各拓扑节点的坐标信息,与其他节点之间的最短路径信息以及拓扑节点在拓扑结构图上的覆盖面积。研究人员可以很直观看到个节点的属性信息,利用仿真系统的输出信息对项目研究提供支持。
基于RFID与WSN技术的乳制品冷链物流预警的研究与应用
这是一篇关于RFID,WSN,遗传算法优化支持向量机,模糊层次分析法,物联网技术的论文, 主要内容为近年来,随着国民经济水平的提高,人们越来越注重食品的营养和健康,而乳制品的需求量也日益增长,达到了质的变化。乳制品具有鲜活易腐性等特点,因此采用冷链物流技术对乳制品产业链进行运输,保证其在每个环节都保持在低温环境下,从而保障乳制品的质量安全。本文在RFID和WSN研究的基础上,利用物联网的相关技术构建乳制品冷链物流预警系统,可以进行事前预警和事后追溯,保证了乳制品质量的安全。首先,采用HACCP危害控制体系构建乳制品风险指标,其次,使用模糊层次分析法进行风险指标的权重计算。最后利用优化的SVM模型训练,达到了预警的效果,提升了预测精度。具体内容如下:1.利用HACCP危害控制体系构建乳制品风险控制的指标,通过模糊层次分析法,计算乳制品风险控制指标体系的各环节目标权重,建立乳制品冷链物流预警指标体系。2.采用遗传算法优化支持向量机的参数模型做预警分析,并且把最终分析得出的预警结果与BP神经网络算法,默认参数的支持向量机算法分别对比可知遗传算法优化的支持向量机的模型预测精度高,证明了所使用方法预测的可靠性和优势。3.基于物联网的相关技术,如RFID、WSN、GPS等,设计了乳制品冷链物流预警系统。硬件模块采用嵌入式开发技术,完成了监控过程中的数据采集。软件模块采用Java Web技术的SSM框架开发了乳制品冷链物流预警系统,并把优化后的SVM算法与该系统相结合,实现了乳制品冷链物流各环节信息的追溯和预警信息的查询。
面向复杂林区火险环境感知的无线传感器集成设计与实现
这是一篇关于火险环境感知设备,WSN,LoRa,低功耗,NB-IoT,森林火灾的论文, 主要内容为林火监测是实现森林火灾“早发现”的关键环节,森林火灾信息感知则是开展林火监测的四种能力之一。在当前森林火险环境感知领域,常规的方案有:基于3S技术的环境气象因子反演手段评估森林火险,但由于卫星空间分辨率与其重访周期无法平衡,导致森林火险评估的准确度差;利用可见光与热红外成像结合的视频监控技术进行火灾监视,但它易受云雾干扰,且存在明显的滞后性问题,无法实现“早发现”;基于Zig Bee的WSN地面系统实现对森林火险的感知,但却存在着林下通信距离很短和抗干扰能力差等显著缺点,大范围部署时成本巨大。因此,构建新型的大范围、远距离、高精准性的实时森林火险环境感知系统十分重要。本文利用LoRa无线通信技术和NB-IoT物联网技术开展面向复杂林区火险环境感知的无线传感器网络集成设计,通过对节点硬件电路和嵌入式软件控制流程算法的设计,构建了具有智慧感知、信息收集、局部决策、协同调控等优点,能够实现感-传-控应用目的的火险环境感知方案。本文的工作与成果可以概括为:(1)对基于WSN的火险环境感知的设计需求进行了分析和说明,分析了实现该感知系统所需要采集的环境因子种类以及适合复杂林下环境的射频和物联网通信方式,接着对设计原则和总体框架进行了详细的阐述,最后从嵌入式硬件平台和软件平台两方面对本方案的设计内容进行了介绍。(2)对各类节点的功耗进行了具体且全面的分析,并给出了不同电路的能耗计算方法,还提出了延长节点工作寿命、优化节点能耗的多种方案:在硬件电路方面,提出了通过程控开关控制能耗、使用中断-触发唤醒电路优化网络的响应时间、引入无线电唤醒技术解决突发状况下的网络唤醒等能耗控制方案;在软件算法方面,设计了利用火险预测模型调整环境因子采样率、根据时间和空间自适应原则动态调整节点休眠时间和射频信号收发功率等能耗优化方案。此外,为了保障节点工作的稳定性和持久性,还给出了节点(即设备)在野外环境下的多种防护举措。(3)从功能、性能以及整体稳定性三个方面开展相关测试,通过室内室外实验的方式对网络的主要指标进行定性或定量的描述。测试了该WSN系统在林下环境因子智能感知和采集、节点自组网、区域定位和上传数据至云服务器等方面的实际效果,以及在系统中引入优化策略后节点的功耗控制情况和系统稳定性。在这些测试结果进行分析和评价后,还提出了一些有助于节点性能完善和高效部署的建议,如射频天线的指向问题、区域内节点数量计算问题、网络工作寿命预测问题等。
基于Web的污水处理监控系统管理平台的设计与实现
这是一篇关于污水监控,WSN,数据融合,Web服务器,信息管理平台的论文, 主要内容为随着近些年来我国工业化进程的不断推进和人口数量的急剧增长,自然环境所面临的污染局势日益严峻,尤其是水资源的受污染情况已经到了一个非常严重的地步。为了经济和社会的可持续发展,由先污染后治理的传统战略向从源头控制污染发生的转变是一个势在必行的趋势,更高效的水质监测手段对水污染的防治有着重要的意义。随着WSN技术的不断发展和逐渐成熟,这项技术越来越多地被应用于对自然环境的监测,其中之一就是对水资源质量的监测。作为整个监控系统的组成部分之一,信息管理平台起着对数据进行接收展示、融合处理、统计分析的作用,能使用户综合地了解关于水质污染和监测系统的信息。本课题来源于陕西省科学技术研究发展计划项目,针对传统监控系统信息管理平台存在的缺陷,使用WAMP (Winows+Apache+Mysql+Php)架构设计与实现了一个基于Web的污水监控系统信息管理平台,实现了对采集的水质指标数据的接收、展示、查询、融合、分析处理、监测系统硬件工作状态的监控等功能。文章从介绍整个WSN监控系统的总体结构出发,阐述了各个组成部分之间的联系,再具体介绍了基于Web的远程信息管理平台的结构、功能、设计、实现,整个管理平台由三个部分组成：数据通信服务器、Web服务器与数据库、人机交互界面,文章详细论述了三个组成部分的需求分析,功能设计与具体的实现过程,最后通过实际运行测试了各模块的功能实现情况以及管理平台的稳定性和性能。测试结果显示数据通信服务器能够正常从汇聚节点处接收数据,多进程服务技术的运用能够显著提高数据通信服务器的并发处理性能,降低汇聚节点请求响应时间,平台能够实时显示采集数据,融合数据后综合判断水质污染等级,展示重点指标统计结果,分析数据得到硬件工作状态并实时反馈,同时运行稳定,故障率低,具有良好的性能与兼容性,能够满足水质监控系统管理平台的基本要求。
基于WSN的小流域水情监测及系统布设模型的研究
这是一篇关于WSN,小流域,水情监测,布设模型的论文, 主要内容为小流域水情监测是一个全方位的水情数据获取系统,它在山洪预警系统的物理架构中,作为前端传感触角,利用合适的传感器对小流域的水位、流速、降雨量、降雨强度、降雨持续时间等水情信息进行监测。重点研究系统节点在监测区域的布设方式,通过科学的布设以便全面及时的获取水情信息并且提高监测系统的生命周期。此研究不但扩大了小流域水情监测的信息量而且提高了水情信息的收集时效,从而为后台山洪预警模型的建立提供原始的数据基础。 基于W SN的小流域水情监测及系统布设模型的研究分为监测部分和布设模型部分。监测部分硬件包括传感器的选型、接口匹配,传感器电路设计和监测节点的电路设计。选择MSP430F5437作为节点的微处理器,通过它对传感器的控制,获得水情数据并且进行简单的处理。监测部分软件包括数据获取、系统组网、节点通信等流程控制以及数据A/D转换、数据提取、冗余度控制等处理。系统布设模型部分,根据采集区域的线性特征,分析监测点能量消耗影响因子,由数学理论推导提出系统节点布设的数学模型。最后,从系统仿真和实验两个方面验证了小流域水情监测及系统布设模型的可行性,它不但实现水情监测而且延长了系统的生命周期,论证了此系统在环境监测中的实用性。 本文将无线传感器网络应用于小流域水情监测并且提出了一种新型的系统节点布设模型。它为水情数据的获取提供了一种科学的、高效的、智能化的方法,实现了小流域水情数据的采集、处理和传输,提高了系统的生命周期。它和后面的小流域嵌入式数据汇聚平台构成一个完整的山洪预警系统,可以实现山洪地质灾害监测和预警的自动化和一体化。从而为规避山洪风险,避免或减少山洪灾害导致的人员伤亡和财产损失,有效防御山洪灾害、实施指挥决策和调度以及抢险救灾提供了保障。及时开展这项对人类生活影响深远的前沿科技研究,对整个国家的社会经济具有重大的战略意义。
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