基本信息
- 项目名称：
- 基于智能无线传感网络的鄱阳湖分布式远程水质监控系统研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 目前所采用的主要由人工完成的水质监控方法工作量大且效率不高，为了实现对水质的持续、快速监控，需要提供一个可自主运行的、易于移动的、可自我维护的监测系统，以实现水质监控的智能化，提高监控效率。智能无线传感网络为水质监控提供了一个模块化且可扩展的解决方案，它可在大范围的水域内快速的采集和记录数据，对鄱阳湖水质实行多维度的实时监控。
- 详细介绍：
- 为了实现鄱阳湖水质监控的自动化，达到在不受周围环境限制下的快速、持续的完成水质监控各项任务的目的，需要建立一个可自主运行、易于移动和能够自我维护的系统，而本项目所提出的这个系统可以很好的实现上述目标。本章就如何构建这样一个系统进行了系统的阐述，通过近年来迅猛发展的传感器技术、嵌入式计算机技术的运用，加上日趋成熟的信息技术和无线通信技术，本系统实现了利用移动平台搭载多种传感器载荷快速部署监测区域进行自主信息融合、目标跟踪与监测等功能。 通过智能无线传感网络的建立，系统可以远程跟踪与监测各种污染成分，自动的采集有效数据；信息系统为整个水质监控系统提供了一个可开发的、灵活的数据结构，实现对采集数据的预处理和再加工，提供优质、可靠的数据；而控制系统则通过现有的移动通信平台，对各个远程测量站点进行控制，同时，管理数据在各站点之间的传输，另外，它还将最终的数据呈现给操作人员。这个系统大大提高了水质监控的实效性和灵活性。
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撰写目的和基本思路
- 目的：及时掌握水质情况，对危险状况进行预测、报告，适应水资源管理与保护工作发展需求，提高水质监测有效性、实时性、智能性和低功率性。 基本思路：基于智能无线传感网络的水质监控系统根据当前水质监测需求，结合传感器技术、嵌入式计算技术、信息融合和无线通信技术，在移动平台上搭载多种专用水质无线传感器载荷快速部署监测区域进行自主信息融合，实现目标跟踪与监测，态势评估等功能。运用混合能源进行供电，节能环保。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性、先进性：本项目基于智能无线传感网络设计以有机物、无机物和微生物为典型污染类型的专用水资源污染传感器器件，并以鄱阳湖为例，构建多维尺度高精度监测鄱阳湖水资源环境演变规律与智能控制系统，在其分析终端具有多层次的数据处理模式。 独特性：本项目基于智能无线传感网络利用低功率传感器器件，进行多层次水质监控,其传感器能有效结合湖面风能、太阳能等混合能源自给，低碳环保。
应用价值和现实意义
- 本项目通过建立一个包括专用水质监测传感器在内的智能无线传感网络，可为鄱阳湖水质监测提供一个模块化的、可拓展的方案，同时也为鄱阳湖特定环境下的大中小多维尺度检测提供无线传输和检测手段，并利用小型化低功率的无线传输节点，以适宜于野外快读部署和观测。另外，通过智能信息处理系统，对现场采集的样本信息进行处理，得出处理结果并在需要的时候发出相关预警信号，为鄱阳湖水质监控提供实时、有效、科学、可靠的数据。
学术论文摘要
- 鄱阳湖是具有水文调节、元素循环等多种功能的重要生态系统和自然资源。然而鄱阳湖水污染问题不断加剧，水质监测成保护水资源的必要措施。为及时掌握水质情况，对危险状况进行预测、报告，适应水质管理和监控的需求，必须克服传统人工采样的限制性、低效性以及监控子系统的高成本性，提高水质监测的各项技术。 基于智能无线传感网络的鄱阳湖分布式远程水质监控系统根据当前水质监测的需求，结合近些年来迅猛发展的传感器技术、嵌入式计算技术、信息融合和无线通信技术，在移动平台上搭载多种专用水质无线传感器载荷快速部署监测区域进行自主信息融合，实现目标跟踪与监测，态势评估等功能，同时在控制终端使用用户友好工作界面以及关于过去与现在水质情况参数的数据库信息，方便管理员查看和控制水质状况，并且在项目中各结点处搭载太阳能、微型燃气轮机、惯性设备、浮力设备等混合能源供能设备保证各低功率部件在任何恶劣环境下能够正常工作。保证了水质监测的有效性、实时性、智能性和低功率性，可以高效地完成当前水质监测的各项任务。同时，本项目为适宜未来系统扩展的要求，系统在满足现有功能的基础上预留足够的接口以便系统扩充之用，以适应不断发展的水质监控需求。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1）张明祥，张建军.中国国际重要湿地监测的指标与方法.湿地科学，2007,5（1）：36-45. 2）沈欣，欧阳志云，段晓男，Jan de leuww.白洋淀湿地生态系统水分条件遥感监测方法，生态学报，2008,28（10）：56-72. 3）廖富强，刘影，叶摹亚，郑林.鄱阳湖典型湿地生态环境脆弱性评价及压力分析。长江水域资源与环境，2008,17（1）：12-18. 4） 5）Touzi R.,Deshamps A.,Rother G.,Phase of Target Scattering for Wetland Characterization Using Polarimetric C-Band SAR,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2009,47(9). 6）Yajima Y.,Yamaguchi Y.,Sato R., Yamada H., Boerner W.-M, POLSAR Image Analysis of Wetlands Using a Modified Four-Component Scattering Power Decomposition,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2008,46(2). 7）Hong S.-H.,Wdonwinski S.,Kim S,-W.,Evaluation of TerraSAR-X Observations for Weland InSAS Application.
同类课题研究水平概述
- 1、利用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式，该方式仅限于对河流、湖泊的几个断面采样，采样频率从每月数次到每日数次。上述方法主要有以下三点不足：1、无法保证水质监测的实时性。由于本方法的采样频率受限，使得无法高频率的更新水质数据，使得无法对水质情况进行及时了解；2、缺乏水质监测的全面性。由于人工采样的受限无法对整个水域的各部分进行监测，对于断面采样的数据不具有整个水域的有效性，使得数据偏差较大；3、耗费大量的人力、物力。 2、采用由一个中央控制室和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统对水环境参数进行自动连续监测，数据远程自动传输，可以实时查询所设站点的水环境参数。前者由于无法对水环境参数进行远程实时监测，存在水质监测周期长，劳动强度大，数据采集速度慢等问题，不能很好地反映水环境的连续变化，不易及早发现污染源并预警。后者能很好地解决水质监测周期长、劳动强度大、数据采集和传输速度慢等问题，由于有铺设电缆和建立子站的施工要求，因而存在对湖区缘由的生态环境影响大、系统投资成本高、监测水域范围有限等缺点也无法进行大面积布设监测子站、对每个小水域实施多点远程实时监测。然而，随着湖区水资源保护力度的加大，对于湖区水资源的监测已经不能仅仅停留在大尺寸统计其各项物理指标的层面上，诸如特定植被生长、生物种群观察、水质环境监测等微观需求逐步提上了日程。目前这种微观监测还是依赖于人工实地调查采样和分析。但是，湖区环境的恶化迫切需求低成本、快速部署、实时高清的微观与宏观相结合的多尺度监测手段。 3、利用遥感器进行水质监测也是当前较为先进的方法，遥感技术具有的快速、大范围、低成本和周期性的特点,可以有效地监测水体表面水质参数在空间和时间上的变化状况,还能发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征。自上世纪70年代以来,内陆水体遥感水质监测从简单定性分析发展到定量反演,从具有时空局限性的经验模型到广泛适用的生物光学模型不断的拓宽了遥感水质监测的应用前景。此外,随着各种遥感数据源特别是高光谱遥感数据的涌现以及对各种水质参数光谱的了解不断深入,遥感水质监测的参数不断增加,反演的精度也不断提高。但是遥感器对水质监测也同样存在一些不能很好有效解决的缺点，其空间分辨率低、传输数据不稳定、受自然环境影响较大这三者会影响其监测的数据获取和分析，进而影响整个对水质的实时监控。
