基于無線通信系統(tǒng)的藏羚羊研究

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(duì)于藏羚羊的研究和監(jiān)護(hù)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(shí)時(shí)同步相結(jié)合的測(cè)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(guó)可可西里地區(qū)的藏羚羊?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)控。這樣可以減少資金的大量投入，也能靈活準(zhǔn)確的收集數(shù)據(jù)，開辟了全新的保護(hù)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(dāng)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(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，可靠安全的特點(diǎn)。Zigbee是一種無線自組網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)IEEE802.15.4系列標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)控制與遠(yuǎn)距離監(jiān)控方面，能讓很多設(shè)備嵌入，更好的組建一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，Zigbee是一種價(jià)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(dòng)物監(jiān)護(hù)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．?dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)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(cè)方面等都有很好的應(yīng)用。最近幾年在動(dòng)物監(jiān)護(hù)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(duì)于地域的要求也存在靈活性，能很好的實(shí)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(duì)藏羚羊的監(jiān)測(cè)與控制

2.1 系統(tǒng)的組成

在這個(gè)無線傳感系統(tǒng)中，包含監(jiān)控中心的上位PC機(jī)、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(diǎn)、報(bào)警系統(tǒng)等組成。首先無線傳感技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)控藏羚羊的狀態(tài)，無線通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳遞到PC機(jī)上，同時(shí)把指令信息傳遞給個(gè)個(gè)基站的PC機(jī)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)其它基站和藏羚羊的網(wǎng)絡(luò)化管理。對(duì)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(cè)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(xí)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(shí)定位藏羚羊的位置信息，能更好的保護(hù)藏羚羊。

其次，無線遠(yuǎn)程通信模塊解除了距離對(duì)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(duì)于數(shù)據(jù)的收集和分析

藏羚羊由于活動(dòng)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(jī)，這些數(shù)據(jù)制作成一個(gè)表，記錄藏羚羊經(jīng)常活動(dòng)的范圍，從而更好地實(shí)施保護(hù)措施。通過移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)為用戶提供透明TCP無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸或者透明UDP無線遠(yuǎn)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(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)很好地收集和分析；它同時(shí)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(cè)和保護(hù)藏羚羊，就要建立一個(gè)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(yùn)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(yuǎn)距離傳輸，監(jiān)控中心對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(cè)量信號(hào)報(bào)警上限信號(hào)Ps，報(bào)警下限信號(hào)Px，正常上限信號(hào)Pu，正常下限信號(hào)Pd。這四個(gè)測(cè)量信號(hào)把藏羚羊的安全分為三個(gè)區(qū)域。

安全區(qū)：Pd

警戒區(qū)：P>Ps ；

危險(xiǎn)區(qū)：P

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

（2）若藏羚羊的心跳和體溫大于它的報(bào)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(bào)警下限，這說明藏羚羊有危險(xiǎn)，盜獵人獵殺了藏羚羊死以后溫度下降，這時(shí)需要最近的藏羚羊保護(hù)人員采取相應(yīng)的措施保護(hù)它。

通過傳感器傳遞的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)藏羚羊保護(hù)的及時(shí)性和有效性，同時(shí)減少了資金的投入、能源的消耗。因?yàn)椴亓缪蚴呛銣貏?dòng)物，它會(huì)根據(jù)外部的溫度調(diào)節(jié)自身的體溫一直維持在相對(duì)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(cè)藏羚羊的安全情況。還能夠通過藏羚羊的活動(dòng)路線和范圍，使得人們對(duì)于藏羚羊的遷徙和生活范圍有更精確地了解和認(rèn)識(shí)，也有利于在遷徙的過程中和生活的范圍內(nèi)，實(shí)施一些人為的保護(hù)措施。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用了當(dāng)代最先進(jìn)的無線通信系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)和研究藏羚羊，對(duì)于藏羚羊的保護(hù)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(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信息傳輸，由于其能實(shí)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(shí)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(yùn)輸業(yè)等。無線通信系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，對(duì)于未來的科研和社會(huì)效益都能帶來巨大的優(yōu)勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介

張金良（1987-），男，河南省駐馬店市人。西藏大學(xué)2013級(jí)碩士研究生。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全。

作者單位

西藏大學(xué) 西藏拉薩市 850000