WSN森林微气象信息监测的组网试验研究

工作需求的方向进行传输，引入有限状态机制将网络节点分类划分为休眠状态和激活状态，以能量优先为导向，网络节点根据通信需要进行状态的自动切换。路由构建机制由3部分组成，分别是网络初始化、邻居报文交互、邻居表维护。在初始化阶段进行邻居表初始化，邻居间交互SniffMsg和AckMsg消息报文，完成节点入网并更新自身HC（跳数信息）。根据邻居信息把邻居划分到不同的邻居记录表AdjacencyList中，包括父节点记录表、兄弟节点记录表、子节点记录表。路由维护阶段通过邻居交互报文更新节点邻居状态表AdjacencyState。

2  试验研究与数据管理

2.1  节点部署方案

在森林微气象环境监测当中，由于考虑到野外环境的不确定性，对于硬件节点必须要进行封装，可采用金属外壳或者塑料外壳进行防水密闭设计，并且在部署节点过程中要考虑到节点的朝向以及周边有无覆盖物，最好部署在较为宽广的地方，以避免外界环境因素引起的通信质量差的问题。为控制系统的成本，在实际监测的试验中会在满足覆盖整片区域的基础上减少部署节点的数量，但是，为了提高网络容错能力，仍需保证网络具有一定冗余性[5]。

本系统于2018年5月至今在火炉山森林公园进行了面向森林微气象监测的实地试验，火炉山森林公园位于广州市天河区，长约3km，面积6km2，火炉山森林资源丰富，共30多个科、50多个属、100多个品种，主要由亚热带和南亚热带优良阔叶树种组成。监测系统布置了22个无线传感器网络节点，森林环境监测节点部署图如图4所示。在实际组网监测过程中发现，采用定向天线与全向天线相结合的节点部署方案在保证节点连通性上效果较好。网络覆盖面积为3500m2，构成森林微气象数据监测系统，实现了网络节点通过采集森林环境信息、数据处理和数据融合后达到基站，再通过GPRS传送到远程上位机软件，在一年多的时间里，累计收集到的数据有1.75万条。

2.2  SQL Server數据处理

森林微气象数据监测汇聚节点能够将收集到的数据传输至远程服务器当中，服务器的数据经过处理后，在森林微气象监测系统进行在线显示。其数据处理过程为：SQL Server进行解析、处理收集到的数据后进行校验，分析图像数据包的完整性，并进行报文传输，再以动态图呈现出实时的数据，如温度、湿度、CO2浓度。

2.3  数据显示与参数配置

采用Web形式实现对森林微气象监测系统的数据管理，用户可通过已接入互联网的PC机、Pad、手机等远程进行数据查询和网络参数的配置。远程上位机监测系统能对数据进行实时显示，并能将数据存储在数据库当中，方便用户进行历史数据查询，基于DreamWare技术可视化，将探测到的节点温度、湿度、CO2浓度信息进行连续显示，能够有效呈现网络的拓扑状态以及节点的信息，对于温度过高或者湿度较低的区域，进行灾情预警。表1为2016年6月14日不同节点监测到的温度数据，表2为不同节点监测到的湿度数据。

3  结  论

经实际组网部署试验，基于混合天线WSN的森林微气象数据监测系统能够实现对森林微气象信息的采集、分析、存储及预警功能，在森林微气象环境信息监测方面具有广泛的应用前景，对于林业工作者开展数字林业、推动生态环境保护具有重要意义。

参考文献：

[1] 王霓虹，刘晓锡.林区生态环境监测的无线传感器网络数据融合技术研究 [J].森林工程，2012，28（4）：85-88.

[2] 郑少雄.基于混合天线无线传感器网络的森林微气象数据监测研究 [J].农业网络信息，2017（6）：10-13.

[3] 李敬兆，郭明明，张晓明.地空交互多感融合森林防护监测系统 [J].传感器与微系统，2019，38（1）：110-113+116.

[4] 左是，刘竹林，李祯.基于森林环境监测的无线传感器网络路由技术研究 [J].湖北工业职业技术学院学报，2018，31（3）：62-65.

[5] 蒋小川.节能型无线传感器网络在森林环境监测中的应用 [J].南京林业大学学报（自然科学版），2014，38（4）：14-18.

作者简介：郑少雄（1990-），男，汉族，广东饶平人，讲师，硕士研究生，毕业于华南农业大学，研究方向：信息系统管理、无线传感器网络。

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