通信工程師論文衛(wèi)星通信在林業(yè)中的應(yīng)用

　　測(cè)試硬件環(huán)境為原野無線傳感器節(jié)點(diǎn)(FieldServer)、Digi公司的M10衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器;測(cè)試操作系統(tǒng)為CentOS6.2,衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)代碼編寫語言為C,邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。測(cè)試地點(diǎn)為中國林業(yè)科學(xué)研究院的白皮松人工純林(116°14'31″E,40°0'17″N),該林分面積0.57hm2,株行距1.67m×1.67m,現(xiàn)存活立木800多株,郁閉度約為0.8。

　　《當(dāng)代通信》秉承“為企業(yè)服務(wù)”的宗旨，積極宣傳政府宏觀產(chǎn)業(yè)政策、關(guān)注產(chǎn)業(yè)最新動(dòng)態(tài)趨勢(shì)、傳播現(xiàn)代企業(yè)管理理念、解讀信息產(chǎn)業(yè)營銷策略、預(yù)測(cè)通信市場發(fā)展前景、探索企業(yè)創(chuàng)新模式、推介最新通信技術(shù)產(chǎn)品、助力信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。并努力成為：政府、通信企業(yè)和社會(huì)之間的橋梁;通信企業(yè)了解通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和市場競爭態(tài)勢(shì)的窗口;通信科研、技術(shù)、管理的專家、學(xué)者的論壇;國內(nèi)外通信制造商捕捉商機(jī)，發(fā)布觀點(diǎn)的平臺(tái)。

　　1用戶任務(wù)定制

　　通過用戶任務(wù)定制模塊結(jié)合用戶控制指令下傳模塊,用戶可以根據(jù)自己的需求,定制自己的監(jiān)測(cè)任務(wù),遠(yuǎn)程獲得特定時(shí)間段的數(shù)據(jù)。定制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類別分為林業(yè)傳感器數(shù)據(jù)類型、圖像數(shù)據(jù)類型等多種類型。用戶通過指定監(jiān)測(cè)的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類別及監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔參數(shù),可以靈活獲得指定時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　2野外測(cè)試與分析

　　2.1測(cè)試環(huán)境

　　測(cè)試硬件環(huán)境為原野無線傳感器節(jié)點(diǎn)(FieldServer)、Digi公司的M10衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器;測(cè)試操作系統(tǒng)為CentOS6.2,衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)代碼編寫語言為C,邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。測(cè)試地點(diǎn)為中國林業(yè)科學(xué)研究院的白皮松人工純林(116°14'31″E,40°0'17″N),該林分面積0.57hm2,株行距1.67m×1.67m,現(xiàn)存活立木800多株,郁閉度約為0.8。衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)通過FieldServer傳感器節(jié)點(diǎn)獲取白皮松林的空氣溫度、濕度、風(fēng)速、土壤溫度、濕度、光強(qiáng)度、降水量信息及圖像數(shù)據(jù),并通過M10衛(wèi)星模塊對(duì)獲取的林業(yè)傳感器數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。FieldServer是一個(gè)小型的監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn),集多種傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)以及處理器于一體。一個(gè)原野服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主要分為數(shù)據(jù)板模塊、網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)和Wi-Fi路由器3個(gè)部分。數(shù)據(jù)板模塊可連接多種傳感器,并對(duì)傳感器進(jìn)行管理和數(shù)據(jù)的采集;測(cè)試采用的傳感器主要有空氣溫濕度、土壤溫濕度及水分、日射、CO2濃度、近紅外等類型。網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)的采集;Wi-Fi路由器通過Wi-Fi將傳感器數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)。

　　2.2測(cè)試結(jié)果及分析

　　為驗(yàn)證衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的可靠性及實(shí)用性,筆者在2013年2月2日對(duì)白皮松林獲取的傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)和圖像測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。獲取的傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)、圖像測(cè)試原始數(shù)據(jù)及GZIP壓縮后解壓縮圖像結(jié)果見圖4。為獲得衛(wèi)星模塊的傳輸速率,在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下,對(duì)500Byte的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳,經(jīng)多次測(cè)試,上傳測(cè)試結(jié)果如圖5所示。通過對(duì)多次測(cè)試數(shù)據(jù)求平均,衛(wèi)星模塊的數(shù)據(jù)傳輸速率穩(wěn)定在31.27Byte/s。為獲得傳感器設(shè)備最佳采集時(shí)間間隔,在研究中通過調(diào)整傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)采集間隔,獲得固定時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)剩余累積量作為衡量指標(biāo)。在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下,測(cè)試在1h時(shí)間內(nèi)不同數(shù)據(jù)采集間隔傳感器數(shù)據(jù)的剩余累積量,多次測(cè)試結(jié)果見圖6。通過圖6可以看出,在1h的時(shí)間范圍內(nèi),設(shè)置傳感器數(shù)據(jù)的采集間隔約100s時(shí),傳感器數(shù)據(jù)的采集量為2556Byte,成功發(fā)送數(shù)據(jù)量為2501.6Byte,剩余累積量55.4Byte,趨近于零。這表明,在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下,衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)能對(duì)采集間隔為100s的傳感器節(jié)點(diǎn)獲得的林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)上傳而不產(chǎn)生累積。

　　3結(jié)論

　　針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在林區(qū)無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴},筆者設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ORB-COMM衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),能通過DigiM10衛(wèi)星通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ORBCOMM衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供全球范圍內(nèi)全天候的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。系統(tǒng)基于該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),采用主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式,通過RS232串口和以太網(wǎng)口讀取無線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),并對(duì)獲得的林業(yè)傳感器數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。同時(shí),為便于圖像數(shù)據(jù)上傳,衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊和無損壓縮處理。考慮用戶交互,衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)設(shè)置了靈活的人性化的用戶采集任務(wù)調(diào)度。用戶可以定制自己需要的某個(gè)時(shí)間區(qū)段的固定時(shí)間間隔內(nèi)的采集數(shù)據(jù),從而進(jìn)一步提高了衛(wèi)星通信系統(tǒng)在林區(qū)的實(shí)用性,為決策者提供更多的客觀分析數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明,對(duì)于40kB左右的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行GZIP的壓縮比為4.06,減少了數(shù)據(jù)的上傳量,節(jié)省了傳輸資源,縮短了傳輸時(shí)間。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)良好時(shí),模塊傳輸速率穩(wěn)定在31.27Byte/s,當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)間隔設(shè)置在100s時(shí),衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)能及時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳而不產(chǎn)生數(shù)據(jù)的累積,滿足了林區(qū)數(shù)據(jù)上傳的需要,對(duì)在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的林區(qū)推廣無線傳感器設(shè)備具有重要意義。此次通過衛(wèi)星通信模塊對(duì)無線傳感器設(shè)備在林區(qū)野外無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸獲得了較好的結(jié)果。但衛(wèi)星通信會(huì)受到天氣等自然因素的影響,如在云層覆蓋密集的情況下,云層會(huì)干擾衛(wèi)星信號(hào),導(dǎo)致連接不穩(wěn)定,中斷圖像等大數(shù)據(jù)的傳輸,致使數(shù)據(jù)難以實(shí)時(shí)上傳。為加大衛(wèi)星模塊在林區(qū)野外的適用性,這將在以后進(jìn)行進(jìn)一步的研究。