基于无线传感网络的森林火灾定位方法研究

发布时间：2017-05-06 05:07

  本文关键词：基于无线传感网络的森林火灾定位方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：森林作为人类赖以生存的宝贵资源,在国民经济和社会进步中具有无可替代的功能。但近几年来,林火事件频繁发生,不仅会对生态环境系统造成了严重损害,而且还严重危及到了人们人身安全,全球各国政府都越来越关注如何防止林火爆发的相关工作。传统的林火预防主要依靠人工方式,智能化程度和火灾定位精度都比较低,已不能满足现代林火预防的需求。因而,如何利用无线传感网络、卫星遥感等高科技技术对森林火灾进行定位和监控,成为国内外科研工作者研究工作的重要点。通过对森林火灾定位方法和无线传感网络特点的分析,提出了把无线传感网络应用到森林火灾定位中去的新方法。该方法首先利用能够感知温度、湿度和可燃气体浓度的器件采集森林监测区域内的主要物理参数,而后通过无线传感网络将其发送至3G模块,再由3G模块将这些参数发送至Internet网络,最终到达远程火情监控中心,从而实现实时监测和实时报警的目标。本文设计内容主要包括WSNs中节点定位方法的研究和森林火灾定位系统设计这两个方面。其中,WSNs中的DV-Hop定位方法是本文主要的研究内容。针对DV-Hop定位算法的定位精度较低和环境适应能力较差等问题,提出了基于RSSI跳段数目连续的DV-Hop改进算法,该算法主要在两个方面进行了改进:其一是改进了RSSI测距模型以便于其应用于复杂多变的森林环境,其二是引进了连续跳段数目的定义以便于该算法能够获取更为准确的平均单跳长度,从而达到定位精度较高的目的,仿真结果证明了该DV-Hop改进定位方法的实用性和环境适应性。森林火灾定位系统设计主要包括火情参数采集节点的软硬件设计、网关节点的软硬件设计和远程火情监控中心界面设计。硬件方面主要讲述了芯片选择要求和各个模块的原理图,软件方面则给出了不同类型节点的程序设计框图,远程火情监控中心是利用C#语言开发的具有实时监控和实时报警功能的界面。最后,系统测试部分证明了设计的实用性。
【关键词】：森林火灾 无线传感网络 定位 DV-Hop
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S762;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景及目的意义12-13
• 1.2 森林火灾定位方法国内外研究现状及发展趋势13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.2.3 发展趋势15-16
• 1.3 课题的主要工作16-17
• 1.4 论文的组织结构17-18
• 第2章 无线传感网络定位算法基本理论18-26
• 2.1 定位相关基本概念18-19
• 2.2 定位算法的分类19-21
• 2.2.1 基于测距定位方式与无需测距的定位方式19
• 2.2.2 集中式定位方式与分布式定位方式19-20
• 2.2.3 绝对定位方式与相对定位方式20
• 2.2.4 递增式定位算法与并发式定位算法20
• 2.2.5 移动节点定位方式20-21
• 2.3 定位常用几何计算方法21-23
• 2.3.1 三边测量法21-22
• 2.3.2 三角测量法22
• 2.3.3 极大似然估计法22-23
• 2.4 定位算法的评价指标23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 DV Hop定位算法分析26-34
• 3.1 DV Hop定位算法原理26-28
• 3.2 DV Hop定位算法误差分析28-30
• 3.2.1 客观因素28-29
• 3.2.2 主观因素29-30
• 3.3 DV Hop算法研究现状30-33
• 3.3.1 误差修正法30-31
• 3.3.2 锚节点筛选法31-32
• 3.3.3 引入锚节点法32
• 3.3.4 结合基于测距的定位算法32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 基于RSSI跳段数目连续的DV Hop改进算法34-42
• 4.1 改进算法的整体思路34
• 4.2 RSSI测距模型34-37
• 4.2.1 经验模型35
• 4.2.2 理论模型35-36
• 4.2.3 改进的Shadowing模型36-37
• 4.3 改进的DV Hop算法37-38
• 4.3.1 连续跳段数目定义37-38
• 4.3.2 改进算法步骤38
• 4.4 改进算法仿真实验分析38-41
• 4.4.1 仿真环境和参数选择39
• 4.4.2 算法精度分析39-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 基于无线传感网络森林火灾定位系统设计42-58
• 5.1 系统总体方案设计42-43
• 5.2 火情参数采集节点软硬件设计43-46
• 5.2.1 Zig Bee模块电路设计43-44
• 5.2.2 温湿度采集模块设计44
• 5.2.3 可燃气体浓度检测模块设计44-45
• 5.2.4 电源模块设计45
• 5.2.5 火情参数采集节点软件设计45-46
• 5.3 网关节点软硬件设计46-52
• 5.3.1 微处理器模块设计47-48
• 5.3.2 存储模块设计48-49
• 5.3.3 3G无线模块设计49-50
• 5.3.4 电源模块设计50-51
• 5.3.5 网关节点软件设计51-52
• 5.4 远程火情监控中心界面设计52-55
• 5.4.1 用户登录主界面设计52-53
• 5.4.2 火情数据监测界面设计53
• 5.4.3 火灾预警界面设计53-54
• 5.4.4 历史火情数据查询界面设计54
• 5.4.5 密码修改界面设计54-55
• 5.5 系统测试55-57
• 5.6 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文63-64
• 致谢64

【参考文献】

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