基于物聯(lián)網(wǎng)的湖泊水域岸線及水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)的研究.pdf

1、湖泊監(jiān)控，是湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的研究熱點，具有廣泛的社會實用價值。目前，國內(nèi)外已經(jīng)對該課題展開了一些相關(guān)的研究，提出了多種湖泊監(jiān)控方法，比如人工監(jiān)控方法、物理化學(xué)生物監(jiān)控方法、電子儀器儀表監(jiān)控方法、湖泊衛(wèi)星遙感監(jiān)測方法以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方法等，這些方法對湖泊生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與研究具有十分重要的意義。但是，它們主要集中在湖泊水質(zhì)的監(jiān)控，卻對湖泊水岸線或者湖泊水域上人們是否會產(chǎn)生湖泊污染的行為缺乏必要的監(jiān)控技術(shù);同時，也缺乏對湖泊整個流

2、域的水質(zhì)進(jìn)行多站點監(jiān)控技術(shù)。
　　作為研究工作者，本文提出了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的湖泊水域岸線及水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)方案，運用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)技術(shù)等高科技手段，分別從湖泊水岸線的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控、湖泊水域上的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控與湖泊流域水質(zhì)的實時監(jiān)控三個方面，對湖泊水域岸線人的行為進(jìn)行定位和對湖泊水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，并對其技術(shù)架構(gòu)和監(jiān)控定位算法展開具體研究，對湖泊生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建設(shè)與推廣具有重要的參考價值。
　　本文主要研究工作如下：<

3、br>　　第一，針對目前湖泊監(jiān)控技術(shù)中，缺乏湖泊水岸線人的行為是否會對湖泊產(chǎn)生污染的監(jiān)控技術(shù)，提出了湖泊水岸線的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。其本質(zhì)上，就是對湖泊岸邊的移動物體（人的行為）進(jìn)行精確地定位。針對傳統(tǒng)的基于RSSI測距的定位算法中節(jié)點定位精度低的缺點，提出了一種改進(jìn)的RSSI測距定位算法——湖泊岸邊移動物體的定位算法LMOAL。該算法，在測距階段采用防脈沖干擾的滑動平均濾波算法MAF，即通過排序求均值策略減少RSSI平均值與實際采集RSSI

4、值之間的累積誤差值，應(yīng)用推進(jìn)策略用平均值來代表某個相鄰數(shù)據(jù)小區(qū)間中點數(shù)據(jù)的測量結(jié)果;在定位階段，通過建立的RSSI值與距離Distance之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系模型，計算出移動物體離湖泊岸邊的距離，以此用來判斷岸邊的移動物體是否進(jìn)入危險區(qū)、是否有可疑情況的發(fā)生等，從而預(yù)判是否會對湖泊產(chǎn)生威脅，并對其進(jìn)行定位，視頻跟蹤。最后，通過模擬實驗，分別對修正前和MAF算法修正后的RSSI值、未知節(jié)點坐標(biāo)值，進(jìn)行了實驗結(jié)果的分析。實驗表明，此改進(jìn)型算法

5、在節(jié)點定位精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)算法。
　　第二，針對目前湖泊監(jiān)控技術(shù)中，缺乏湖泊水域上人的行為是否會對湖泊產(chǎn)生污染監(jiān)控技術(shù)，提出了湖泊水域上的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。其本質(zhì)上就是對湖泊水域上的移動物體（人的行為）進(jìn)行精確地定位。針對傳統(tǒng)水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用基于距離定位算法中聲波傳播遲延大、測距準(zhǔn)度不高、移動節(jié)點定位精度低的缺點，提出了一種新型的基于距離定位算法——湖泊水域上移動物體的定位算法LMOOL。該算法利用聲吶的測速與測距原理，綜合運用G

6、PS、視頻識別技術(shù)，采用模擬假設(shè)策略，建立移動物體的測距模型，計算出聲吶傳感器節(jié)點同移動物體之間的斜距離，以及移動物體的行駛速度和距離;然后，根據(jù)湖泊視頻監(jiān)控設(shè)備捕獲到的異常行為，對湖面上產(chǎn)生漂浮物或漂流物等的行為進(jìn)行定位計算。通過模擬實驗表明，此改進(jìn)型算法在移動節(jié)點定位精度上更接近于實際定位數(shù)據(jù)。最后，為了解決LMOOL定位算法沒有考慮湖底的三維特性以及移動物體的運動特性等問題，又設(shè)計出了一種修正的基于湖底坐標(biāo)系的三維定位算法3DLA

7、，并對定位誤差進(jìn)行修正。
　　第三，如果當(dāng)湖泊水岸線或者湖泊水域上產(chǎn)生湖泊污染的行為時，出現(xiàn)定位監(jiān)控死角時，必定會對湖泊水質(zhì)造成影響，那么對湖泊水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)控也就成為必然。針對目前湖泊水質(zhì)監(jiān)測多采用單站點、人工監(jiān)測等方法，導(dǎo)致監(jiān)測覆蓋范圍小且周期長，無法實時反映整個湖泊流域水質(zhì)的狀態(tài)等缺點，提出了湖泊流域水質(zhì)的實時監(jiān)控。它采用基于多站點面狀的湖泊流域水質(zhì)監(jiān)測思想MSPM，在湖泊流域范圍內(nèi)設(shè)置多個監(jiān)測站點，同時對水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實

8、時監(jiān)測，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN傳輸至計算機(jī)系統(tǒng)，并且能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行糾正、處理、統(tǒng)計、生成圖表和報表等，為管理者提供決策。然后，借助基于IBM公司的IOC平臺，對無線傳感網(wǎng)絡(luò)湖泊流域水質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)IOW中重要功能模塊進(jìn)行再次地研究設(shè)計。通過模擬實驗證明，它比傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測方法的監(jiān)測范圍廣、周期短，還能夠反映湖泊流域水質(zhì)的整體狀態(tài)。最后，研究湖泊監(jiān)控技術(shù)在環(huán)保教育領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　總之，本文以湖北省武漢市11個重點湖泊作為實驗對