基于物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

1、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的定義

對于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，許多人有不同的理解。全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將其定義為是一種綜合技術(shù)，可相對廉價地收集大范圍內(nèi)生命支持系統(tǒng)能力的數(shù)據(jù)。前蘇聯(lián)學者曾提出，生態(tài)監(jiān)測是生物圈的綜合監(jiān)測。美國環(huán)保局把生態(tài)監(jiān)測定義為自然生態(tài)系統(tǒng)的變化及其原因的監(jiān)測。國內(nèi)有學者提出“生態(tài)監(jiān)測就是運用可比的方法，在時間和空間上對特定區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)組合體的類型、結(jié)構(gòu)和功能及其組合要素等進行系統(tǒng)地測定和觀察的過程，監(jiān)測的結(jié)果那么用于評價和預測人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，為合理利用資源、改善生態(tài)環(huán)境和自然保護提供決策依據(jù)〞，這一定義從方法原理、目的、手段、意義等方面作了較全面的闡述。

2、生態(tài)監(jiān)測的對象

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測已不再是單純的對環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀調(diào)查，它是以監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)條變化對環(huán)境壓力的反映及趨勢，側(cè)重于宏觀的、大區(qū)域的生態(tài)破壞問題。生態(tài)監(jiān)測的對象包括農(nóng)田、森林、草原、荒漠、濕地、湖泊、海洋、氣象、物候、動植物等，每一類型的生態(tài)系統(tǒng)都具有多樣性，不僅包括了環(huán)境要素變化的指標和生物資源變化的指標，同時還要包括人類活動變化的指標。另外根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)標準》的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標：生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，提出了生態(tài)監(jiān)測的因子。

3生態(tài)監(jiān)測的類型

根據(jù)生態(tài)監(jiān)測2個根本的空間尺度，可將其劃分為宏觀生態(tài)監(jiān)測和微觀生態(tài)監(jiān)測兩大類。

(1)宏觀生態(tài)監(jiān)測。是在大區(qū)域范圍內(nèi)對各類生態(tài)系統(tǒng)的組合方式、鑲嵌特征、動態(tài)變化和空間分布格局及其在人類活動影響下的變化等進行監(jiān)測。主要利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和生態(tài)制圖技術(shù)等進行監(jiān)測。

(2)微觀生態(tài)監(jiān)測。其監(jiān)測對象的地域等級最大可包括由幾個生態(tài)系統(tǒng)組成的景觀生態(tài)區(qū)，最小也應代表單一的生態(tài)類型。它是對某一特定生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)集合體的結(jié)構(gòu)和功能特征及其在人類活動影響下的變化進行監(jiān)測。

宏觀生態(tài)監(jiān)測起主導作用，且以微觀生態(tài)監(jiān)測為根底，二者既相互獨立，又相輔相成。4、生態(tài)監(jiān)測的特點

生態(tài)監(jiān)測是一個綜合性的工作，牽涉到多學科的交叉，它包含了農(nóng)、林、牧、副、漁、工等各個生產(chǎn)領(lǐng)域。又是一個長期性的復雜性的工作，因為生態(tài)系統(tǒng)的開展是十分緩慢的復雜變化過程，受污染物質(zhì)的排放、資源的開發(fā)利用，還有自然因素等的影響，長期監(jiān)測才能揭示其變化規(guī)律。其還具有分散性，生態(tài)監(jiān)測站點的選取往往相隔較遠，監(jiān)測網(wǎng)的分散性很大。同時由于生態(tài)過程的緩慢性，生態(tài)監(jiān)測的時間跨度也很大，所以通常采取周期性的間斷監(jiān)測。

生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)性強。生態(tài)監(jiān)測本身是對系統(tǒng)狀態(tài)的總體變化進行監(jiān)測，要了解的是各因子間的關(guān)系，各因子的綜合效應，二個監(jiān)測工程是不能說明問題的，要有系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)分析才能反映問題。

5、生態(tài)監(jiān)測的技術(shù)方法

當前國家監(jiān)測總站確定的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)路線是以空中遙感監(jiān)測為主要技術(shù)手段，地面對應監(jiān)測為輔助措施，結(jié)合GIS和GPS技術(shù)，完善生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡，建立完整的生態(tài)監(jiān)測指標體系和評價方法，到達科學評價生態(tài)環(huán)境狀況及預測其變化趨勢的目的。

生態(tài)監(jiān)測是一項宏觀監(jiān)測與微觀監(jiān)測相結(jié)合的工作，依靠傳統(tǒng)監(jiān)測手段只能解決局部監(jiān)測問題，而綜合整體且準確完全的監(jiān)測結(jié)果必須依賴“3s技術(shù)〞3s技術(shù)，即地理信息技術(shù)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)和全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)，3項技術(shù)形成了對地球進行空間觀測、空間定位及空間分析的完整的技術(shù)體系，能反映全球尺度上生態(tài)系統(tǒng)各要素的相互關(guān)系和變化規(guī)律，提供全球或大區(qū)域精確定位的高頻度宏觀資源與環(huán)境影像，揭示巖石圈、水圈、氣圈和生物圈的相互作用和關(guān)系。

6、生態(tài)監(jiān)測的指標體系

從宏觀角度上可以將生態(tài)系統(tǒng)劃分為陸地、海洋兩大生態(tài)系統(tǒng)。

主要監(jiān)測要素指標：

(1)氣象指標：氣溫、濕度、風向、風速、降水量及其分布、蒸發(fā)量、土壤溫度、日照和輻射收支。

(2)水文指標：地表徑流量及其化學組成、地下水位。

(3)土壤指標：養(yǎng)分含量及有效態(tài)含量、pH值、交換性酸(鹽)及其組成、陰離子交換量、有機質(zhì)含量、土壤顆粒組成、團粒結(jié)構(gòu)組成、容重、孔隙度、透水率、飽和水量及凋謝水量。

(4)植物指標：種類及組成、指示種、指示群落、種群密度、覆蓋度、菌體量、生長量、凋落物量。

(5)動物指標：種類、種群密度、菌體量及時空動態(tài)、能量和物質(zhì)收支、熱值。

(6)微生物指標：種類、分布及其密度和季節(jié)動態(tài)變化、菌體量、熱值。

(7)底質(zhì)指標：有機質(zhì)、總氮、總磷、pH、重金屬、農(nóng)藥、氰化物。

(8)浮游動物指標：種群數(shù)量、分布及變化、總生物量。

(9)底棲生物指標：種群構(gòu)成及數(shù)量、優(yōu)勢種及動態(tài)。

(10)游泳動物指標：生物種群與數(shù)量、洄游規(guī)律、食物鏈、年齡結(jié)構(gòu)、豐富度、生產(chǎn)量、珍稀動物種類及數(shù)量。

7、存在問題及未來開展趨勢我國生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測由于起步較晚，缺乏統(tǒng)一的標準，國家尚未制定技術(shù)標準，僅在農(nóng)業(yè)、海洋等方面研究制定了比擬具體的技術(shù)標準。環(huán)境監(jiān)測工作比擬注重城市環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)污染源監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，而無視了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。我國當前的生態(tài)監(jiān)測主要限于污染生態(tài)監(jiān)測，現(xiàn)有監(jiān)測能力、技術(shù)與設(shè)備水平有限，生態(tài)監(jiān)測評價經(jīng)驗不多，對生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律性認識不夠，因此確定當前優(yōu)先監(jiān)測指標必須從實際出發(fā)，屬于污染的生態(tài)指標仍為當前優(yōu)先監(jiān)測指標。同時，由于經(jīng)濟開展過快對生態(tài)環(huán)境形成壓力影響的指標的監(jiān)測，在當前亦顯得十分迫切，需盡快列入優(yōu)先監(jiān)測指標。目前，我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的開展面臨著內(nèi)外兩方面的巨大壓力。外部壓力主要有兩方面：一是參加WT0后，環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域面臨對國外檢測機構(gòu)開放的壓力；二是國內(nèi)各部門、各行業(yè)監(jiān)測站和局部科研院所不標準從事環(huán)境監(jiān)測工作帶來的壓力。從目前來看，外部帶來的沖擊和壓力不是主要的，尚不能對我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的開展構(gòu)成威脅或產(chǎn)生大的障礙。制約我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)大開展的真正壓力來自內(nèi)部。一是環(huán)境監(jiān)測的性質(zhì)、地位、作用和環(huán)境監(jiān)測站的職能沒有法定化，缺乏標準全國環(huán)境監(jiān)測工作的法律法規(guī)；二是現(xiàn)行的環(huán)境監(jiān)測管理體制和運行機制不適應環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的開展要求；三是環(huán)境監(jiān)測缺乏長效、穩(wěn)定的財政保障平臺；四是監(jiān)測隊伍混亂，缺乏監(jiān)測資質(zhì)和質(zhì)量監(jiān)督機制；五是監(jiān)測根底薄弱，監(jiān)測技術(shù)體系尚不完善，監(jiān)測能力和人員素質(zhì)尚待提高。面對這些問題，應從以下幾個方面著手應對：出臺由國務院公布的《全國環(huán)境監(jiān)測條例》；建立環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)資質(zhì)認證制度和環(huán)境監(jiān)測人員執(zhí)業(yè)資格認可制度；理順環(huán)境監(jiān)測管理體制和運行機制；組建完善的國家級環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的總體趨勢是：3s技術(shù)和地面監(jiān)測相結(jié)合，從宏觀和微觀角度來全面審視生態(tài)質(zhì)量；網(wǎng)絡設(shè)計趨于一體化，考慮全球生態(tài)質(zhì)量變化，在生態(tài)質(zhì)量評價上逐步從生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀評價轉(zhuǎn)為生態(tài)風險評價，以提供早期預警；在信息管理上強調(diào)標準化、標準化，

廣泛采用地理信息系統(tǒng)，加強國與國之間的合作。目前美國、歐洲、日本和我國都在制定新的觀測方案，國內(nèi)北京、上海、重慶、廈門等地都在推進根底數(shù)字化工作，推廣GPS定位觀測，這些方案的實施將為區(qū)域環(huán)境監(jiān)測提供重要的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)監(jiān)測手段只能解決局部監(jiān)測問題，而綜合整體且準確完全的監(jiān)測結(jié)果必須依賴3S技術(shù)。充分利用計算機技術(shù)把遙感、航照、衛(wèi)星監(jiān)測、地面定點監(jiān)控有機結(jié)合起來，依靠專門的軟硬件使生態(tài)監(jiān)測智能化，使生態(tài)資料數(shù)據(jù)上網(wǎng)，實現(xiàn)生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡化，是目前以及今后相當長的一段時間里監(jiān)測人員的重點工作內(nèi)容。面向未來的生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)顯示出新的開展動向：

a．目前以人工采樣和實驗室分析為主，向自動化、智能化和網(wǎng)絡化的監(jiān)測方向開展。

b．由勞動密集型向技術(shù)密集型方向開展。

c．由較窄領(lǐng)域監(jiān)測向全方位領(lǐng)域監(jiān)測的方向開展。

d．由單純的地面環(huán)境監(jiān)測向與遙感環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合的方向開展。

e．環(huán)境監(jiān)測儀器將向高質(zhì)量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化和智能化的方向開展。

f．環(huán)境監(jiān)測儀器將向物理、化學、生物、電子、光學等技術(shù)綜合應用的高技術(shù)領(lǐng)域開展總之，隨著經(jīng)濟的開展，人口、資源、環(huán)境問題的日益嚴峻，單純從理化、生物指標監(jiān)測是遠遠不夠的，生態(tài)監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測開展的必然趨勢，它必將被廣闊環(huán)境監(jiān)測工作者逐步認識和掌握。8、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的幾種常用方法、3s技術(shù)“3S〞技術(shù)是遙感〔RS〕、地理信息系統(tǒng)〔GIS〕和全球定位系統(tǒng)〔GPS〕的統(tǒng)稱，在信息技術(shù)迅速開展的今天，“3S〞技術(shù)日益成熟，已成為目前對地觀測系統(tǒng)中空間信息獲取、管理、分析和應用中的核心支撐技術(shù)，并廣泛應用于資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價。1、“3S〞技術(shù)及其開展趨勢1.1遙感〔RS〕

遙感是利用不同的物體具有不同的電磁波特性的原理來探測地表物體，并提取這些物體的信息而完成對遠距離物體的識別，具有視域廣、信息更新快的特點。將RS數(shù)據(jù)作GIS的數(shù)據(jù)源，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時更新，在RS與GIS根底上建立數(shù)學模型，實現(xiàn)空間和時間轉(zhuǎn)移，通過三維空間定量地預測未來。RS技術(shù)現(xiàn)已形成了多星種、多傳感器、多分辨率的開展趨勢，遙感衛(wèi)星所獲取的遙感信息具有厘米到千米級的多種尺度，重訪周期40~50也從1d到d不等，不同衛(wèi)星適宜的重訪周期有利于對地表資源環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測和過程分析。利用RS技術(shù)所得到的所有影像都是地理信息系統(tǒng)利用的信息源，不僅可獲取生態(tài)環(huán)境變化的根本數(shù)據(jù)的圖畫資料，還可以提供荒漠化、水土流失、生態(tài)惡化、水體污染、海洋污染等開展進程的數(shù)據(jù)和資料。1.2地理信息系統(tǒng)〔GlS〕

GIS是綜合計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學等為一體，在計算機技術(shù)支持下，將反映現(xiàn)實世界〔資源與環(huán)境〕的現(xiàn)狀和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特征的屬性，以一定的格式輸入、存貯、檢索、顯示和綜合分析應用的技術(shù)系統(tǒng)。自上世紀80年代以來，由于計算機技術(shù)的快速開展，GIS軟件和應用軟件得到了飛速的開展，在90年代，出現(xiàn)了APOGIS、APOviewGIS、Genamap、Mapinfo等許多功能強大的軟件系統(tǒng)。目前GIS的應用已擴展到地理、地質(zhì)、水文、測繪、環(huán)境、交通、城市、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事等領(lǐng)域，它與RS技術(shù)相結(jié)合，已開始用于全球變化與環(huán)境監(jiān)測等。1.3全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)〔GPS〕GPS是為所獲的空間目標及屬性信息提供實時、快速的三維空間定位的一個全球性、全天候、高精度的導航傳遞系統(tǒng)，由衛(wèi)星網(wǎng)和GPS地面控制站、GPS接收機三局部組成?，F(xiàn)覆蓋全球的24顆GPS衛(wèi)星分布在6個軌道平面上。每臺GPS接收機無論在任何時候、任何位置都能接收到最少4顆GPS衛(wèi)星發(fā)送的空間軌道信息，以確定該接收機的位置，從而提供高精度的三維定位導航及授時系統(tǒng)。目前，GPS三維定位精度已提高到6m。由于GPS提供了查找位置的最新手段，且速度快、精度高、不受氣候和通訊條件的影響，具有全天候、布點靈活、作業(yè)迅速的特點，現(xiàn)已廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、航空、測繪、平安防范、軍事、電力、通訊、城市管理等部門。中國林科院已利用此技術(shù)進行了飛播與飛防的導航試驗。GPS所得到的所有定點定位的數(shù)據(jù)都將能為GIS所利用。1.4“3S〞技術(shù)集成

“3S〞技術(shù)集成，即把RS、GIS和GPS整合為一個完整的技術(shù)系統(tǒng)。其中，GPS主要是實時、快速地提供目標的空間位置，RS用于實時、快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與地理信息及各種變化，GIS那么是多種來源時空數(shù)據(jù)的綜合處理和應用分析的平臺。3S技術(shù)的集成有多種方式，較為常見的是3S兩兩之間的集成，GPS與GIS的集成可用于環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、環(huán)境管理等；GPS與RS的集成可用于自動定時數(shù)據(jù)采集、自然災害監(jiān)測、環(huán)境變化等RS與GIS的集成可用于全球環(huán)境變化監(jiān)測、空間數(shù)據(jù)自動更新等；而同時集成并使用3S技術(shù)的應用實例那么較少。2“3S〞技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應用

開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是了解和評價一個國家、一個地區(qū)或某一生態(tài)區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，為生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護提供決策依據(jù)的重要工作。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是一項宏觀與微觀相結(jié)合的復雜的系統(tǒng)工程，涉及的空間和時間范圍廣，監(jiān)測的對象包括農(nóng)田、森林、草原、荒漠、濕地、湖泊、海洋、氣象、物候、動植物等，對其數(shù)據(jù)收集和處理難度大。傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、評價技術(shù)方法應用范圍小，只能解決局部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和評價問題，很難大范圍、適時地開展監(jiān)測工作，而綜合整體且準確完全的監(jiān)測結(jié)果必須依賴“3s〞技術(shù)，利用RS和GPS獲取、管理地貌及位置信息，然后利用GIS對整個生態(tài)區(qū)域進行數(shù)字表達形成規(guī)劃、決策系統(tǒng)。目前，“3S〞技術(shù)已經(jīng)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛應用，并取得了較好效果。

2.1城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

“3S〞技術(shù)較早應用于城市規(guī)劃、大氣污染監(jiān)測等。利用RS資料和GIS平臺，可編繪城市大氣污染源的分布圖，同時采用航空多光譜攝影手段可監(jiān)測大氣污染的主要污染物、顆粒大小及空間區(qū)域的分布，分析城市地面輻射溫度和城市“熱島〞現(xiàn)象形成的關(guān)系。應用衛(wèi)星或機載熱紅外圖像，通過圖像處理技術(shù)，可定期把熱污染的分布范圍和強度顯示出來。根據(jù)植被光譜反射率及其影像特征，可以獲得許多植被信息資料，如植被覆蓋率、葉面積指數(shù)、植被類型等，采用多光譜有關(guān)數(shù)據(jù)及其生成的植被指數(shù)，經(jīng)圖像處理和定量分析，可以對植被和土地狀況進行分類，監(jiān)測城市化等環(huán)境變化進程。GIS技術(shù)還用于城市生態(tài)環(huán)境調(diào)查、現(xiàn)狀和污染源監(jiān)測、生態(tài)功能和環(huán)境影響評價等。利用“3S〞技術(shù)，全國大局部省市都已建立了環(huán)境根底數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了城市環(huán)境地理信息系統(tǒng)、環(huán)境污染應急預警預報系統(tǒng)等，利用GIS制作污染源分布圖、大氣質(zhì)量功能區(qū)劃圖等專題圖，建立各種環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫。

2.2水資源環(huán)境監(jiān)測

利用“3S〞技術(shù)對河流水質(zhì)、水量等進行監(jiān)測，可準確地顯示不同區(qū)域的水環(huán)境狀況，反映水體環(huán)境質(zhì)量在空間上的變化趨勢，更加直觀地反映如污染源、排污口等環(huán)境要素的空間分布。利用RS可以快速監(jiān)測出水體污染源的類型、位置分布及水體污染的分布范圍等。“3S〞技術(shù)還應用于流域水文模擬和水資源調(diào)查評價、生態(tài)耗水分析，開展水域分布變化和水體沼澤化、水體富營養(yǎng)化、泥沙污染等監(jiān)測。如利用GIS技術(shù)開發(fā)的東深流域水環(huán)境管理信息系統(tǒng)可直觀顯示和分析東深流域水環(huán)境現(xiàn)狀、污染源分布、水環(huán)境質(zhì)量評價，追蹤污染物來源，確保東深供水工程的供水平安；RS技術(shù)也在南水北調(diào)工程生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中得到應用。

2.3生態(tài)環(huán)境災害監(jiān)測

我國是一個自然災害種類繁多、發(fā)生頻繁和危害嚴重的國家，“3S〞技術(shù)在洪澇、干旱、林火、森林病蟲害、沙漠化等突發(fā)性自然災害監(jiān)測中已得到廣泛應用。森林病蟲害、沙漠化等監(jiān)測主要以陸地衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)為主，林火、洪水、雪災、旱災等災害監(jiān)測主要以NOAA數(shù)據(jù)來進行，災后的評價多采用航空遙感手段，以便更準確地制定生產(chǎn)自救和重建家園方案。利用GIS和RS技術(shù)可對水土流失、土地沙化和鹽堿化、森林和草場的退化與消失、海水入侵、河流斷流等進行監(jiān)測；利用GIS和GPS技術(shù)還可以對由于過量開采地下水導致的地面沉降進行實時監(jiān)控，利用RS可監(jiān)測赤潮發(fā)生的時間、地點和范圍，并根據(jù)水文氣象資料進行赤潮的實時速報；利用RS調(diào)查與滑坡、泥石流有關(guān)的環(huán)境因素，可以推測滑坡、泥石流發(fā)育環(huán)境因素及產(chǎn)生條件，進行區(qū)域危險性分區(qū)及預測，可為防治地質(zhì)災害提供依據(jù)。目前，我國已建立了重大自然災害的歷史數(shù)據(jù)庫和背景數(shù)據(jù)庫，從全國范圍的角度，宏觀地研究了自然災害的危險程度分區(qū)和成災規(guī)律。

2.4森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

近年來，“3S〞技術(shù)已廣泛應用于森林資源、荒漠化、濕地、野生動植物、森林火災、森林病蟲害等資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。RS技術(shù)主要用于森林資源的調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測，編制大面積的森林分布圖，對宜林荒山荒地進行立地條件調(diào)查，繪制林地立地圖、土地利用現(xiàn)狀圖和土地潛力圖等，測算各類土地面積，進行土地評價。RS應用于“三北〞防護林綜合調(diào)查，兩年時間查清了占全國60%面積的“三北〞地區(qū)森林、土地、草場等再生資源的數(shù)量，并對其生態(tài)環(huán)境進行了評價。甘肅省利用RS、GIS技術(shù)對林地和草地資源進行本底調(diào)查、分析和資產(chǎn)評估，最終建立具有友好界面和易操作的林、草生態(tài)資產(chǎn)評估系統(tǒng)。目前，我國利用RS技術(shù)已開展了多項草地資源的調(diào)查、監(jiān)測和資源評價，2003年完成的全國草地資源動態(tài)監(jiān)測工作，建成了l：50萬比例尺的草地資源數(shù)據(jù)庫。GIS與RS結(jié)合在宏觀上對森林害蟲進行有效監(jiān)測害蟲適宜生境的風險評估、病蟲害空間分布動態(tài)監(jiān)測、病蟲害發(fā)生趨勢預測，GIS與專家系統(tǒng)、人工智能相結(jié)合還可建立森林害蟲治理決策模型和支持系統(tǒng)?！?S〞技術(shù)在森林火災防控中主要應用于火災的實時監(jiān)控和災后的損失評估。

2.5農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

“3S〞技術(shù)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中可用于土地的生產(chǎn)潛力評價、土地的適宜性評價、土地持續(xù)利用評價及土壤侵蝕、土地沙化和土地次生鹽漬化等監(jiān)測。對土地環(huán)境的監(jiān)測除實地進行定位觀測外，還可用不同時期的同一幅影像進行影像迭加、比照，來準確地看出土地資源的變化情況，耕地地面溫度、土壤水分的旱澇狀況等環(huán)境條件以及農(nóng)作物的生長狀況都可通過近紅外和熱紅外接收的遙感影像探測到。

2.6海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

利用“3S〞技術(shù)可以獲得海面懸浮泥沙、浮游生物、可溶性有機物、海面油膜和其它污染物等信息，監(jiān)測海洋生物體污染、石油污染、洋面溫度等。RS在海洋資源的開發(fā)與利用、海洋環(huán)境污染監(jiān)測、海岸帶和海島調(diào)查等方面也已取得了成功的應用。

2.7區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

“3S〞技術(shù)可以廣泛地應用于區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價。在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價工作中，可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，利用GIS軟件的空間分析模塊，對整個區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行客觀、全面的評價，以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。如：利用“3S〞技術(shù)對青海湖環(huán)湖重點區(qū)域生態(tài)環(huán)境的遙感本底監(jiān)測，制作出生態(tài)環(huán)境分類圖，建立了生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫；通過對鄱陽湖區(qū)圍湖造田、洪澇、湖盆泥沙淤積、水質(zhì)污染、血吸蟲病疫區(qū)等監(jiān)測，完成了湖區(qū)特大洪澇災害動態(tài)監(jiān)測、圩堤分布及防洪能力評價、濕地生態(tài)及生物多樣性分布、湖體水質(zhì)評價等；長三角、珠三角等地區(qū)

也利用“3S〞技術(shù)在開展城市生態(tài)、濕地或湖泊生態(tài)、農(nóng)業(yè)生態(tài)等監(jiān)測。3“3S〞技術(shù)在森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應用展望

森林生態(tài)系統(tǒng)是由植物、動物、微生物等組成的結(jié)構(gòu)復雜、功能穩(wěn)定、生物量巨大的生態(tài)系統(tǒng)，探討森林生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化、功能變遷，需要整個生態(tài)系統(tǒng)在不同空間、時間上的變化資料。隨著我國經(jīng)濟開展及社會環(huán)境意識的增強，傳統(tǒng)的森林資源監(jiān)測體系已不能適應社會經(jīng)濟可持續(xù)開展的需要，利用“3S〞技術(shù)建立森林資源監(jiān)測體系可以動態(tài)監(jiān)測森林資源的空間分布，不僅可對國家及大區(qū)域的森林資源宏觀監(jiān)測，也可對局部微觀區(qū)域的森林資源變化進行監(jiān)測；在監(jiān)測內(nèi)容上，不僅對森林資源數(shù)量進行監(jiān)測，還能加強對生態(tài)環(huán)境信息的動態(tài)監(jiān)測；在數(shù)據(jù)更新方面，利用“3S〞技術(shù)的實時或準實時功能，能更好地完成監(jiān)測體系的數(shù)據(jù)更新。通過“3S〞技術(shù)在林業(yè)重點工程、生態(tài)網(wǎng)絡建設(shè)及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的進一步應用，可為構(gòu)建全面“數(shù)字林業(yè)〞打下良好根底，更有利于建立現(xiàn)代的國家森林資源監(jiān)測體系，是我國林業(yè)新技術(shù)革命的突破口。

3.1森林生態(tài)網(wǎng)絡體系工程監(jiān)測與評價

我國林業(yè)生態(tài)建設(shè)正在進一步加快，“3S〞技術(shù)可為由點、線、面組成的森林生態(tài)網(wǎng)絡體系工程的總體布局、跟蹤監(jiān)測以及環(huán)境效益等方面提供高精度、全方位的圖像化、數(shù)據(jù)化、自動化信息效勞，為各級決策機構(gòu)進行林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的總體規(guī)劃和制定分階段實施方案提供重要科學依據(jù)。利用“3S〞技術(shù)還可以實施對天然林資源保護、退耕還林、京津風沙源治理等林業(yè)重點工程的監(jiān)測，及時了解工程建設(shè)動態(tài)，并對工程效益及時作出評價。

3.2濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價

人們目前對濕地生態(tài)系統(tǒng)特點和環(huán)境效應的認識還不夠深入，利用“3S〞技術(shù)加強濕地的動態(tài)變化監(jiān)測和評價，及時分析濕地損失原因、生物多樣性變化、濕地開發(fā)利用和自然資源保護、濕地生態(tài)系統(tǒng)及濕地在全球變化中的作用和濕地的環(huán)境凈化功能等，可為制定保護與利用濕地資源規(guī)劃提供科學依據(jù)。

3.3防災減災監(jiān)測與預警

“3S〞技術(shù)已在森林防火、森林病蟲害監(jiān)測方面廣泛應用，隨著“3S〞集成技術(shù)的進一步開展，這種應用將更加成熟。在防災減災體系建設(shè)中，可利用“3S〞技術(shù)建立完善的森林火災預警和撲火指揮系統(tǒng)、森林有害生物預警和管理系統(tǒng)，以及生態(tài)防災減災應急系統(tǒng)，提高預防和撲救森林火災的綜合能力，防止外來有害生物的傳入和擴散；建立野生動物疫病監(jiān)測系統(tǒng)，防止野生動物疾病傳播。

3.4生物多樣性監(jiān)測與評價

森林生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)及主要生態(tài)過程等可通過樣地法進行監(jiān)測，利用“3S〞技術(shù)可在永久樣地的設(shè)立中發(fā)揮重要作用，GPS可配合雷射測量儀，進行樣地的設(shè)置及立木調(diào)查，GIS可快速提供相關(guān)資料以供分層取樣使用；利用RS和GIS等技術(shù)可對一定區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)類型的面積及其分布格局進行監(jiān)測；利用“3S〞技術(shù)可繪制區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型圖，定期復查并用電腦模擬與預測未來變動趨勢，并可用于完善生物多樣性數(shù)據(jù)庫等。利用RS和GIS等可對一定區(qū)域內(nèi)不同森林生態(tài)系統(tǒng)類型的面積及其分布格局進行監(jiān)測。利用GIS技術(shù)還可建立動植物分布預測模型等。

3.5森林水文監(jiān)測與評價

利用GIS可描述降雨在下墊面上的空間分布情況，研制預測功能強的流域水文模型；RS技術(shù)、雷達技術(shù)、示蹤劑技術(shù)等新的水文實驗技術(shù)也將得到廣泛應用，并為人們實現(xiàn)以水文要素的面觀測值代替點觀測值、以動態(tài)觀測值代替靜態(tài)觀測值的理想提供可能。、GPRS技術(shù)0、引言

環(huán)境監(jiān)測點通常位置分散、地理條件復雜且無人值守，因此人工抄取各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)很不方便、執(zhí)行效率低，有線方式收集各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)投入大、布線麻煩且傳輸距離有限，因此需要一種適宜環(huán)境監(jiān)測特點的數(shù)據(jù)傳輸方式來解決監(jiān)測點數(shù)據(jù)的收集問題。針對國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設(shè)缺乏的情況，設(shè)計了一種符合我國環(huán)境監(jiān)測需求，適應我國現(xiàn)有實際條件的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，主要從兩個方面進行了環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡設(shè)計：(1)環(huán)境監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡設(shè)計，區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測中心計算機一般都有Internet網(wǎng)絡條件，各監(jiān)測點的嵌入式監(jiān)測儀器通過GPRS網(wǎng)絡無線接人Internet網(wǎng)絡與中心計算機進行數(shù)據(jù)傳輸；(2)各環(huán)境監(jiān)測區(qū)域之間的網(wǎng)絡設(shè)計，由于各監(jiān)測區(qū)域的中心計算機都已接入Internet網(wǎng)絡，因此只需提供一種Internet網(wǎng)內(nèi)的信息交互手段即可，本系統(tǒng)選擇了B／S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)效勞方式，Internet網(wǎng)絡上的計算機都可以通過IE瀏覽器訪問各監(jiān)測區(qū)域中心計算機上的環(huán)境數(shù)據(jù)信息。

1、GPRS網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡根底上疊加了一個新的網(wǎng)絡，同時在網(wǎng)絡上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級，形成了一個新的網(wǎng)絡邏輯實體，提供端到端且廣域的無線IP鏈接。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效地利用。GPRS網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡中增加GGSN

(GateGPRSSupportingNode，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)和SG—SN(ServingGPRSSupportNode，GPRS效勞支持節(jié)點)使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同時兼容電路型數(shù)據(jù)和分組交換數(shù)據(jù)，屬于2．5G移動通訊系統(tǒng)。GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM網(wǎng)絡和外局部組交換網(wǎng)(如因特網(wǎng)和局域網(wǎng))的網(wǎng)關(guān)。GGsN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，也有將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP／IP或X．25網(wǎng)絡。SGSN和GGSN利用GPRS隧道協(xié)議(GTP)對IP或X．25分組進行封裝，實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。采用信息融合技術(shù)。根據(jù)已得參數(shù)進行交通狀態(tài)判別，并分析預測下一時段路段的交通流量和行程時間等。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS通訊模塊及上位機數(shù)據(jù)中心3個局部。系統(tǒng)采用了分布式體系結(jié)構(gòu)，在整個系統(tǒng)中不存在一個所謂的中心處理系統(tǒng)，而是由許多分布在各個地方的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組成，它們處于相對平等和獨立的地位；同時，各個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)之間又是有聯(lián)系的，它們通過Internet網(wǎng)絡相連，能夠進行信息的交互。系統(tǒng)可以分為：下位機系統(tǒng)局部和上位機系統(tǒng)局部。系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)又可以分為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)效勞器、數(shù)據(jù)庫效勞器和Web效勞器。中轉(zhuǎn)效勞器負責與環(huán)境監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)庫效勞器負責存取和管理各系統(tǒng)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)；Web效勞器負責與外界的數(shù)據(jù)交互。上位機系統(tǒng)采用性能較好的PC機來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)效勞器、數(shù)據(jù)庫效勞器和web效勞器可以分別在不同的PC上實現(xiàn)，也可以在同一臺PC上實現(xiàn)，但是考慮到對性能的影響，一般把數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)效勞器和數(shù)據(jù)庫效勞器放在不同的PC上來實現(xiàn)。上位機系統(tǒng)，按功能劃分包括以下3個局部：(1)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)效勞器：與下位機進行數(shù)據(jù)通信，并且把下位機的相關(guān)配置信息、設(shè)備狀態(tài)信息和環(huán)境數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中；(2)數(shù)據(jù)庫效勞器：有機的組織各種數(shù)據(jù)信息，為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)效勞器和Web效勞器提供效勞；(3)web效勞器：為各環(huán)境監(jiān)測區(qū)域之間提供數(shù)據(jù)交互手段，對外進行數(shù)據(jù)發(fā)布，到達信息共享的且的。

下位機系統(tǒng)：下位機系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，負責現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、暫存和傳輸，它可獨立于上位機系統(tǒng)工作，但是數(shù)據(jù)存儲容量有限，如果長時間不能把數(shù)據(jù)傳輸給上位機，原來的數(shù)據(jù)將有被覆蓋的危險。每個下位機都有自己的液晶顯示和鍵盤系統(tǒng)，可以在現(xiàn)場進行觀測和調(diào)試，但是一般情況下只有在儀器安裝時會用到，安裝調(diào)試好以后，采用上位機進行遠程觀測和配置更為方便，按功能可分為以下3個局部：

(1)數(shù)據(jù)采集局部：包括水質(zhì)、煙塵、煙氣、噪音和空氣質(zhì)量等各種環(huán)境參數(shù)的檢測和變送；

(2)數(shù)據(jù)處理和存儲局部：將采集來的信號轉(zhuǎn)換為計算機和操作人員可識別的數(shù)據(jù)量，并存儲在存儲芯片中；

(3)數(shù)據(jù)傳輸局部：將存儲在芯片中的環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機局部系統(tǒng)組成及嵌入式系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

3、系統(tǒng)組成及嵌入式系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

3．1嵌入式系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

按照功能劃分，本文所實現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺由以下幾局部組成：嵌入式微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS通訊模塊、存儲器單元、串口通訊電路、電源模塊、看門狗電路以及JTAG(JointTestActionGroup)接口，硬件框圖如圖3所示。3．2GPRS通訊模塊

GPRs通訊模塊的選擇對整個系統(tǒng)的實現(xiàn)相當重要，它為下位機與上位機之間建立通訊鏈路并實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信提供了可靠保證。GPRS模塊的運行穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，MC35i在各種應用系統(tǒng)中，運行穩(wěn)定性表現(xiàn)良好，因此本系統(tǒng)也選用了MC35i模塊。MC35i是西門子公司推出的GPRS通訊模塊，支持語音通訊，具有GPRS、USSD和CSD3種數(shù)據(jù)傳輸方式以及SMS和FAX功能。模塊具有體積小、重量輕及功耗低等特點。MC35i的工作電壓為3．3～4．8V，典型電壓為4．2V，最大T作電流為2A。模塊可以工作在EGSM900和GSMl800兩個頻段，工作于EGSM900時功耗為2W，工作于GSMl800時功耗為lW，利用AT指令進行控制。

3．3JTAG接口

JTAG是IEEE的標準協(xié)議。利用該協(xié)議可實現(xiàn)對具有JTAG接口的芯片硬件電路進行邊界掃描和故障檢測，并且通過JTAG接口與ARM內(nèi)核通訊時無需占用片上資源。在$3C4480X中己經(jīng)集成了JTAG功能，系統(tǒng)通過JTAG接口可實現(xiàn)對程序的仿真和對Flash的擦寫操作。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計

4．1GPRS模塊設(shè)置

硬件連接完成后，在進行GPRS連網(wǎng)操作之前，首先要對GPRS模塊進行一定的設(shè)置，該過程是通過AT指令完成。具體的設(shè)置工作有：

(1)設(shè)置通信波特率，可以使用AT+IPR一38400命令，把波特率設(shè)為38400b／s或其它適宜的波特率，默認的通信速度為9600b／s

(2)設(shè)置移動終端的類別，通過AT+CGCLAss一“B〞設(shè)置移動終端的類別為B類，即同時監(jiān)控多種業(yè)務，但只能運行一種業(yè)務，即在同一時間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語音通信；

(3)AT+CGATT一1；其中l(wèi)代表連接到GPRS網(wǎng)絡，如果是0代表斷開GPRS網(wǎng)絡；

(4)設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過AT+CGDCONT=1，IP，CMNET〞命令設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為移動互聯(lián)網(wǎng)。

(5)測試GPRS效勞是否開通，AT+cGACT=1，1；命令激活GPRS功能。如果返回OK，那么GPRS連接成功，失敗返回ERRoR，這時應檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務是含已經(jīng)開通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問題；

(6)GPRs連接成功后，即可進入數(shù)據(jù)傳輸模式AT+CGDATA=PPP，1；PPP代表MC35i的通信協(xié)議為PPP協(xié)議，l代表PDP上下文標識符；

(7)GPRS撥號過程，ATD*99g-**1#開始登陸GPRS網(wǎng)絡。

4．2PPP協(xié)議和Socket網(wǎng)絡實現(xiàn)

PPP協(xié)議是GPRS模塊與中國移動網(wǎng)關(guān)間通信的鏈路層協(xié)議，其功能是在完成對數(shù)據(jù)鏈路的建立、配置和測試后，對收到的PPP數(shù)據(jù)幀進行解析，并交給網(wǎng)絡層處理，同時將本地網(wǎng)絡層的lP包封裝成PPP數(shù)據(jù)幀發(fā)送給移動網(wǎng)關(guān)。監(jiān)測終端GPRS模塊上電后自動進行MODEM參數(shù)配置，然后發(fā)送“ATDT〞指令撥號登入基站效勞器，在通過LCP配置、PAP／CHAP認證和IPCP配置后完成PPP連接，連接流程如圖4所示。利用流Socket進行網(wǎng)絡通信，首先監(jiān)測中心效勞器端調(diào)用Socket函數(shù)創(chuàng)立一個流套接字，函數(shù)原型如下：SoCKETsocket(intaf，inttype，intprotoc01)；其中，af用于指定網(wǎng)絡地址類型，type用于指定套接字類型，protocol用于指定網(wǎng)絡協(xié)議，這里分別取AF—INET，SOCK—STREAM和0，表示創(chuàng)立的是流套接字，利用TCP／IP協(xié)議在Internet中進行通信，接著調(diào)用bind和listen函數(shù)使套接字和指定地址相連，并處于偵聽狀態(tài)。而戶外單元監(jiān)測終端為了與效勞器端進行Socket連接，同樣要建立一個客戶端套接字，并調(diào)用connect函數(shù)向效勞器端發(fā)出連接請求，效勞器端在偵聽到連接請求后調(diào)用accept函數(shù)完成兩端連接。監(jiān)測中心與監(jiān)測終端之間的通信是通過調(diào)用send和reev函數(shù)實現(xiàn)的，2個函數(shù)的原型分別為；

intsend(SOCKETS，char*bur，intlen，intflags)l

intrecv(SOCKETS，char*bur，intlen，intflags)；

其中，S是準備發(fā)送接收數(shù)據(jù)的套接字，bur是數(shù)據(jù)的字符緩沖區(qū)，len是緩沖區(qū)長度，flags是特殊標志位。接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)長度必須在緩沖區(qū)合理范圍內(nèi)，超過這個范圍會造成數(shù)據(jù)的喪失。因此在數(shù)據(jù)量較大的情況下，要對數(shù)據(jù)進行拆分，屢次發(fā)送以到達要求。當傳輸任務結(jié)束后，必須調(diào)用closesocket函數(shù)來關(guān)掉連接以釋放占用的資源，原型為：intclosesocket(SOCKETs)；利用Socket網(wǎng)絡接口監(jiān)測中心不僅能接受來自不同監(jiān)測

終端采集的聲級數(shù)據(jù)，而且能發(fā)送各類命令至監(jiān)測終端設(shè)置不同工作模式，從而到達二者之間理想的實時命令控制及數(shù)據(jù)傳輸。

4．3數(shù)據(jù)中心軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件基于pC／OS—II嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計，可將不同功能分別由不同任務來實現(xiàn)，根據(jù)各任務之間的關(guān)系及其重要性進行任務間調(diào)度。任務問的通訊可采用消息實現(xiàn)。這種模塊化軟件設(shè)計方法，更方便系統(tǒng)調(diào)試及軟件功能的擴充。對于系統(tǒng)的通訊模塊，一方面要實現(xiàn)與環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊的RS232串口通信，另一方面要實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心間GPRS通信。因此系統(tǒng)實際上相當于實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。根據(jù)系統(tǒng)需實現(xiàn)功能，系統(tǒng)在初始化完成后設(shè)計了4個任務函數(shù)TASK—RecNetData

()、TASKCmdToWeth()、TASKUipPeriodic()及TASK—Main()。數(shù)據(jù)中心軟件運行于遠程Internet上的PC效勞器中，完成氣象數(shù)據(jù)的接收及數(shù)據(jù)處理等功能。軟件基于VC++開發(fā)，與遠程環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊的通信過程中始終作為效勞器端，采用Socket方式實現(xiàn)，另外系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供更強大的數(shù)據(jù)處理和管理功能方便用戶使用。

5、系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)測試時可首先對每個模塊單獨進行測試，成功后再進行級聯(lián)，對各模塊間通訊進行測試。由于GPRS通訊模塊內(nèi)部協(xié)議較復雜，且只是起協(xié)議轉(zhuǎn)換作用，因此可先將環(huán)境數(shù)據(jù)采

集模塊直接通過PC機RS232接口與上位機通訊，測試成功后再接人GPRS模塊進行測試。

5．1GPRS模塊通信

GPRS通信模塊在使用之前需用戶進行各種參數(shù)配置，具體方法是：將模塊通過串口與PC機串口相連，并運行上位機配置程序，然后再對模塊上電，那么GPRS模塊會進入配置模式，并返回OK字符給上位機程序，那么上位機變?yōu)閰?shù)配置界面。GPRS模塊配置好后，我們可以先僅對模塊進行測試，由于GPRS模塊相當于完成從RS232串口到網(wǎng)絡的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可以將GPRS模塊串口與PC串口相接，在PC機上運行串口調(diào)試工具，并在聯(lián)網(wǎng)的電腦上運行數(shù)據(jù)中心監(jiān)測程序，那么通過GPRS模塊可進行串口調(diào)試軟件與數(shù)據(jù)中心間的裸數(shù)據(jù)通信。串口調(diào)試軟件可從網(wǎng)絡上方便下載到，數(shù)據(jù)中心測試軟件通過我們采用VC++平臺，基于Winsoek編程，為方便調(diào)試，我們將模塊發(fā)給MC35i的數(shù)據(jù)同時發(fā)給PC機，那么通過串口調(diào)試工具可以觀察到模塊工作狀態(tài)，在每個模塊單獨測試成功后，即可進行系統(tǒng)連調(diào)【7…。將GPRS通訊模塊配置好并通過RS232串口與環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊連接，聯(lián)網(wǎng)主機上運行環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心程序。啟動后即可進行環(huán)境數(shù)據(jù)采集與通信，數(shù)據(jù)中心獲得數(shù)據(jù)后進行解包并顯示。

5．2監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)效勞器端程序使用Ⅵsmlc++6．0開發(fā)，它提供了完善的對Winsoek的支持。在弘c／OS—II的調(diào)度下，采集的實時數(shù)據(jù)由TcP／IP協(xié)議棧打包，并通過GPRS的路由接入INTER—

NET，呼叫遠程效勞器的固定IP地址以及端口號，遠程效勞器收到請求以后，無誤那么響應并建立連接，然后拆包并將數(shù)據(jù)存儲從圖7～9比照可以看出，改良后系統(tǒng)和原系統(tǒng)在爆炸容器彈性變形階段，速度處理結(jié)果相差很小(原系統(tǒng)速度峰值為10．3027m／s，改良后系統(tǒng)速度峰值為10．2858m／s)；從圖10

～11比照可以看出，爆炸容器在塑性變形階段，原系統(tǒng)速度峰值超出量程(20m／s)，出現(xiàn)削波現(xiàn)象，改良后速度結(jié)果到達40．9859m／s，到達了提高系統(tǒng)量程的目的。

3、結(jié)論

本文在不改變系統(tǒng)硬件的情況下，利用測量信號的連續(xù)性特點，改良了系統(tǒng)的信號處理方法．擴大了系統(tǒng)的量程，提高了系統(tǒng)的分辨率，滿足了測試的需求，實驗證明此方法是可行的，并對以后處理此類信號具有一定的借鑒意義。在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)中心程序可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理和分析。如圖5所示是北京市噪音監(jiān)測的曲線分析圖。6、結(jié)束語

環(huán)境監(jiān)測的自動化、智能化和網(wǎng)絡化是目前世界環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的開展趨勢，由于環(huán)境監(jiān)測點通常地理位置分散且條件惡劣，傳統(tǒng)的人工抄取監(jiān)測數(shù)據(jù)很不方便、執(zhí)行效率低。有線方式收集監(jiān)測數(shù)據(jù)組網(wǎng)困難，受條件限制，且維護本錢較高。針對此類問題．結(jié)合最新的嵌入式技術(shù)、移動通信技術(shù)和Internet網(wǎng)絡技術(shù)，設(shè)計了一種基于GPRS的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，解決了環(huán)境監(jiān)測中的數(shù)據(jù)傳輸問題，系統(tǒng)已經(jīng)應用在環(huán)境監(jiān)測工作中，形成了以地、市和大型企業(yè)為環(huán)境監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，監(jiān)測點數(shù)據(jù)上傳及時且準確，監(jiān)測區(qū)域間信息交通暢，很好地滿足了環(huán)境監(jiān)測的要求．、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)0、引言

隨著社會的開展．自然環(huán)境對人類社會的重要性越來越大，因此，針對各種類型不同跨度生態(tài)地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測，包括對水質(zhì)量、空氣質(zhì)量、溫度、濕度、光照、噪聲污染、污染源排污情況等環(huán)境指標的監(jiān)測，成為國內(nèi)外研究人員追蹤的熱點之一，并巳取得一定的研究成果。1、基于物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)監(jiān)測模型與原理

基于物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)監(jiān)測模型，主要由四局部組成：數(shù)據(jù)采集傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點、移動代理Agent節(jié)點、控制中心。物聯(lián)網(wǎng)的分簇區(qū)域的自組織多傳感器網(wǎng)絡中，采用的傳感器節(jié)點包括各種水文傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、光照強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等組成。此外，在所有傳感器上安裝無線短距離通信數(shù)據(jù)傳輸功能模塊。分簇區(qū)域內(nèi)的多傳感器采集到各種類型的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給該分簇的簇頭節(jié)點MJ，或者可以檢測到的移動Agent節(jié)點，簇頭節(jié)點或移動Agent節(jié)點將搜集到的數(shù)據(jù)會聚后轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心。

傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)采集模塊經(jīng)過一跳將數(shù)據(jù)發(fā)給簇頭節(jié)點，而且該節(jié)點裝有污染源實時監(jiān)控功能模塊，可以監(jiān)測該節(jié)點圓形監(jiān)測區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)排污現(xiàn)象，并及時發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù)，且該操作優(yōu)先級高于一般環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的發(fā)送，要求簇頭節(jié)點優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，這樣就可以充分滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和環(huán)境污染源監(jiān)測實際需求。監(jiān)測傳感器節(jié)點采用嵌入式技術(shù)設(shè)計，該節(jié)點功能模塊包括：數(shù)據(jù)采集類型模塊、數(shù)據(jù)無線發(fā)射模塊、高效電源模塊、污染源實時監(jiān)控模塊以及移動Agent監(jiān)測模塊等部件，如圖1所示。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測傳感器節(jié)點根據(jù)監(jiān)測需求自適應啟動，相應類型數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、采用集中數(shù)據(jù)采集方式，其工作流程如下：

1)根據(jù)來自控制中心的監(jiān)測需求啟動相應數(shù)據(jù)類型模塊，監(jiān)測數(shù)據(jù)類型有：各種水文數(shù)據(jù)采集模塊、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊、光照強度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、濕度數(shù)據(jù)采集模塊等；2)周期性地啟動移動Agent發(fā)現(xiàn)模塊，假設(shè)發(fā)現(xiàn)，那么將待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)給移動Agent節(jié)點；

3)周期性地啟動數(shù)據(jù)無線發(fā)射模塊，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點；

4)根據(jù)控制中心反應的控制信息，周期性地啟動污染源實時監(jiān)控模塊，假設(shè)發(fā)現(xiàn)污染現(xiàn)象，那么轉(zhuǎn)(3)；

5)假設(shè)該節(jié)點所處分簇內(nèi)的簇頭節(jié)點失效，那么轉(zhuǎn)(2)。圖2給出了基于物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡部署情況。從圖2可以看出：監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)中，把監(jiān)測區(qū)域分為了假設(shè)干個分簇區(qū)域J，每個分簇內(nèi)擁有一個簇頭節(jié)點，此外整個網(wǎng)絡中設(shè)置了假設(shè)干個移動Agent節(jié)點，一方面實時收集各分簇簇頭節(jié)點會聚的數(shù)據(jù)，另一方面，防止某分簇簇頭節(jié)點失效，導致監(jiān)測區(qū)域出現(xiàn)盲點，致使網(wǎng)絡癱瘓，無法實時監(jiān)測。2、基于ROSEN梯度投影法的最優(yōu)路徑

在每一個分簇內(nèi)，傳感器節(jié)點與簇頭節(jié)點經(jīng)一跳即可傳輸數(shù)據(jù)，無需路由選擇。但因為簇頭節(jié)點長時間接收數(shù)據(jù)，能量消耗很大，當簇頭節(jié)點失效后，其他傳感器節(jié)點無法與控制中心交換數(shù)據(jù)信息，處于癱瘓狀態(tài)，因此，本文采用移動Agent節(jié)點作為備用簇頭節(jié)點接收