基于無線通信系統的藏羚羊研究

基于無線通信系統的藏羚羊研究

文/張金良

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

【關鍵詞】無線傳感器 GPRS 數據收集 數據分析

1 無線傳感網絡在日常生活中的應用

1.1  Zigbee無線數據傳輸網絡

Zigbee 網絡是當代最熱的物聯網無線數據的終端，因而具有操作簡單，使用方便，價格低廉，可靠安全的特點。Zigbee 是一種無線自組網技術，同時 IEEE802.15.4 系列標準由Zigbee 聯盟制定。它提供 SMT 與 DIP 接口，可直接連接 TTL 接口設備，使其數據能很好的傳輸；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。它主要應用于自動控制與遠距離監控方面，能讓很多設備嵌入，更好的組建一個無線網絡系統。簡而言之，Zigbee 是一種價格低廉，功耗低的無線短距離組網技術。

1.2 無線傳感技術在動物監護方面的應用

無線傳感網絡是新興的傳感網絡，引領者數據傳輸的革新。當今大數據時代的到來，為它的發展和應用提供了更加廣闊的空間。它在交通業、工業、農業以及環境監測方面等都有很好的應用。最近幾年在動物監護方面的應用也日益廣泛。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，能很好的實現智能化數據通信，安裝方便也是它的一大特性。

2 無線傳感系統對藏羚羊的監測與控制

2.1 系統的組成

在這個無線傳感系統中，包含監控中心的上位 PC 機、熱釋電紅外傳感器、反射式光電傳感器、無線節能監控結點、報警系統等組成。首先無線傳感技術能實時監控藏羚羊的狀態，無線通信技術能實現數據實時的傳遞到 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，開始新的數據傳遞。從而實現監控中心對其它基站和藏羚羊的網絡化管理。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射和接收設備組成。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測藏羚羊的體溫、心率和位置，能夠使得監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的數據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據的限制，能夠更穩定、完整地接收和發送數據信息和監控中心的指令。

2.2 監控中心對于數據的收集和分析

藏羚羊由于活動范圍廣，我們可以通過無線傳感器傳輸數據到上位 PC 機，這些數據制作成一個表，記錄藏羚羊經常活動的范圍，從而更好地實施保護措施。通過移動 GPRS 網絡為用戶提供透明 TCP 無線遠距離數據傳輸或者透明 UDP 無線遠距離數據傳輸的功能。監控中心在接到數據以后要完成數據備份，以防止系統故障造成的數據丟失，多數據的傳遞要完成同步，進而對數據很好地收集和分析；它同時能完成高速、穩定、可靠的 TCP/UDP 透明數據傳輸功能。

3 工作原理

欲監測和保護藏羚羊，就要建立一個完善的控制管理系統。首先藏羚羊自身的體溫和心跳的信息轉化成虛擬信息傳遞到無線傳感器，經過 A/D 轉換把虛擬信息轉化為數字信息，運用 GPRS 技術傳遞到一些基站，這些基站通過信息的整合后，傳遞給監控中心，該系統根據藏羚羊的心跳和體溫來判斷其位置和是否安全。傳感器設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 完成信息的轉換，GPRS 無線通信完成數據的遠距離傳輸，監控中心對數據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域。安全區：Pd<P<Ps  or   Px<P<Pd；

警戒區：P>Ps  ；

危險區：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的措施保護它。

通過傳感器傳遞的數據信息，實現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，它會根據外部的溫度調節自身的體溫一直維持在相對穩定地范圍內，這樣不管是白天還是夜晚都能夠無偏差的監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，實施一些人為的保護措施。

4 結論

本文運用了當代最先進的無線通信系統來監測和研究藏羚羊，對于藏羚羊的保護起到了關鍵的作用。無線通信系統采用的網絡化管理，不用布線，就能完成傳感器到監控中心PC 計算機的數據信息傳輸，由于其能實現復雜、高效的監控，因此增加了應用的范圍。伴隨著大數據時代的到來，無線通信系統能更廣泛的應用到工業、農業、運輸業等。無線通信系統的推廣和應用，對于未來的科研和社會效益都能帶來巨大的優勢。

參考文獻

[1]王志波.基于無線傳感器網絡的目標檢測與跟蹤研究 [D]. 杭州 : 浙江大學 ,2014.

[2]任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網絡[J]. 軟件學報 ,2003,14(7):1282-1291.

[3] 何明星 . 基于 ZigBee 與 GPRS 技術的無線傳感器網絡網關的設計[J].工礦自動

化 ,2009,35(8).

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絡與信息安全。

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。西藏自治區十一五規劃項目“藏文軟件推廣應用”項目編號：175。