物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在保護(hù)瀕危植物中的應(yīng)用

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的瀕危植物監(jiān)測(cè)系統(tǒng),——對(duì)珙桐目前分布狀況的分析以及未來(lái)分布的預(yù)測(cè),社會(huì)實(shí)踐十組： 李 飛 馮倩文 邵文初 汪明山 路闌閣 彭思遠(yuǎn) 田亦如 蔣超威,珙桐分布的現(xiàn)狀,利

2、用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)珙桐生存環(huán)境的監(jiān)測(cè),系統(tǒng)（模型）評(píng)價(jià),1,2,4,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)預(yù)測(cè)其未來(lái)分布,3,,珙桐為落喬葉木，是1000萬(wàn)年前新生代第三紀(jì)留下的孑遺植物，在第四紀(jì)冰川時(shí)期，大部分地區(qū)的珙桐相繼滅絕，成為了植物界今天的“活化石”。分布于陜西東南部鎮(zhèn)坪、嵐皋，湖北西部至西南部神農(nóng)架、恩施、五峰等，湖南西北部桑植、永順等，貴州東北部至西北部納雍等。,珙桐簡(jiǎn)介及分布,影響珙桐分布的環(huán)境條件,水 文 氣 象空氣質(zhì)

3、量土 壤光照強(qiáng)度溫 度濕 度,監(jiān)測(cè)珙桐生長(zhǎng)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),遍布全球的許多植物物種正面臨滅絕的危險(xiǎn)，因此，對(duì)于瀕危物種的植物監(jiān)測(cè)已迫在眉睫，雖然部分瀕危植物已得到監(jiān)測(cè)，但大部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)粗略、監(jiān)測(cè)設(shè)備容易對(duì)植物及其生存環(huán)境有一定的破壞性等問(wèn)題。所以同時(shí)具備集成傳感器技術(shù)、遠(yuǎn)程遙測(cè)監(jiān)控技術(shù)和數(shù)據(jù)判讀技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和瀕危植物監(jiān)測(cè)的首選。,系統(tǒng)簡(jiǎn)介,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

4、 基于物聯(lián)網(wǎng)的瀕危植物監(jiān)測(cè)模型主要由四部分組成：部署在瀕危植物生態(tài)環(huán)境中的負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的集成傳感器節(jié)點(diǎn)，具有數(shù)據(jù)匯集和收集的簇頭節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)代理節(jié)點(diǎn)和控制中心。,監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)架構(gòu),,水文、氣象、空氣質(zhì)量、土壤、光照強(qiáng)度、圖像、溫度、濕度等不同類型數(shù)據(jù)采集模塊,,來(lái)自控制中心的數(shù)據(jù)采集需求,瀕危植物監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)架構(gòu),,無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊,,移動(dòng)代理節(jié)點(diǎn)檢測(cè)鏈接模塊,,突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊,,數(shù)據(jù)采集模塊,,,模型描述

5、 該系統(tǒng)采用自組織方式形成由若干個(gè)分簇組成的多傳感器網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)判讀功能，而且采用移動(dòng)代理節(jié)點(diǎn)收集和匯聚監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)層采用基于能量感知的多路徑路由協(xié)議選擇當(dāng)前最優(yōu)路由，提高數(shù)據(jù)匯集效率同時(shí)降低數(shù)據(jù)傳輸耗能，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的魯棒性，有效改善整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信功能。,,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)需求 （1）植物監(jiān)測(cè)儀器不能對(duì)植物體及其生態(tài)環(huán)境造成破壞。因此，監(jiān)測(cè)儀器必須體積足夠小，盡量采用隱蔽形式部署

6、； （2）對(duì)于瀕危植物的監(jiān)測(cè)可以脫離傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器硬件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)部署以及傳感網(wǎng)絡(luò)組織形式； （3）傳感器節(jié)點(diǎn)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足瀕危植物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特性。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)采集，并需要具備對(duì)于與植物監(jiān)測(cè)相關(guān)的突發(fā)事件監(jiān)測(cè)和處理功能。,,小結(jié) 該系統(tǒng)依據(jù)瀕危植物監(jiān)測(cè)生存環(huán)境區(qū)域的大小和特征分為若干個(gè)分簇，每個(gè)分簇采用自組織方式進(jìn)行通信，且每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有瀕危植物不同類型數(shù)據(jù)采集部件和數(shù)

7、據(jù)判讀設(shè)備，以及數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、篩選等功能；為了減小監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)于植物生存環(huán)境的破壞和避免節(jié)點(diǎn)失效縮短網(wǎng)絡(luò)生存周期，部署移動(dòng)代理節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用基于能量感知的多路徑路由協(xié)議選擇最優(yōu)路徑，并建立自適應(yīng)移動(dòng)管理方案。,,,如果監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)不符合珙桐正常生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn),！ ！ ！,利用分類回歸樹(shù)生態(tài)位模型對(duì)珙桐分布作出預(yù)測(cè),基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只是對(duì)珙桐現(xiàn)階段的生存環(huán)

8、 境作出判斷，給 科研人員提供相 關(guān)數(shù)據(jù)，確定其 適合生存與否。 但并沒(méi)有給出珙

9、 桐在未來(lái)一段時(shí) 間的分布趨勢(shì)。所以，這里應(yīng)用CART算法預(yù)測(cè)珙桐的未來(lái)分布情況。,CART—分類回歸樹(shù)算法,CART算法描述：CART是一種優(yōu)良的決策樹(shù)算法，有廣泛的應(yīng)用。其采用基于最小距離的基尼指數(shù)估計(jì)函數(shù)。這是因?yàn)榛嶂笖?shù)可以單獨(dú)考慮子數(shù)據(jù)集中類屬性的分布情況，用來(lái)決定由該子數(shù)據(jù)集生成的決策樹(shù)的拓展形狀。CART創(chuàng)建簡(jiǎn)單二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)新事例進(jìn)行分類

10、，這樣可以有效地處理缺失數(shù)據(jù)，尤其對(duì)于分類與預(yù)測(cè)時(shí)更好。并且CART方法中有貝葉斯分類的特征，使用者可以提供主觀的分類先驗(yàn)概率作為選擇分類的權(quán)重，則CART在獲得最終選擇樹(shù)前使用交叉檢驗(yàn)來(lái)評(píng)估候選數(shù)的誤分類率，這對(duì)分析復(fù)雜樣本數(shù)據(jù)非常有用。CART涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、市場(chǎng)營(yíng)銷等領(lǐng)域都得到了充分的應(yīng)用。,模擬模型和方法,分類回歸樹(shù)（CART）模型是廣泛用于模擬分析物種分布的生態(tài)位模型和分析氣

11、候變化對(duì)物種分布影響的方法。采用該模型模擬分析氣候變化對(duì)珙桐分布的影響，最小節(jié)點(diǎn)數(shù)選擇10，節(jié)點(diǎn)偏差選擇0.010.由于CART模型模擬計(jì)算的物種分布信息是以概率的形式反映的，概率值越高表示物種越適宜分布，常以分布概率>0.50作為物種一般適宜的標(biāo)準(zhǔn)。,,通過(guò)CART算法，我們可以大致預(yù)測(cè)：受溫度、水分等自然條件的影響，珙桐未來(lái)的分布趨勢(shì)?；谖锫?lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)可以作為CART算法的依據(jù)。這樣就可以把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和跟統(tǒng)計(jì)