無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域應(yīng)用與設(shè)計技術(shù)

前言

近年來，傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究幾乎呈爆炸式的發(fā)展，國內(nèi)有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和通用技術(shù)介紹的書籍已有不少，這對國內(nèi)科研學(xué)者和技術(shù)開發(fā)人員提供了前期指導(dǎo)，對普及和掌握以自組網(wǎng)技術(shù)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有很好的啟蒙作用。本書旨在為進行具體方案設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)研制提供借鑒和參考。本書介紹的內(nèi)容主要突出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研制的關(guān)鍵技術(shù)特征。具體地說，以軍事與安全救災(zāi)領(lǐng)域、現(xiàn)代交通領(lǐng)域和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求為牽引，介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)集成和測試評估技術(shù)等方面的內(nèi)容。將自組網(wǎng)的先進終端設(shè)備融入軍事領(lǐng)域的戰(zhàn)場態(tài)勢感知系統(tǒng)，利用各類微型傳感器的探測功能進行系統(tǒng)集成，及時獲取戰(zhàn)場目標(biāo)和環(huán)境的信息，可以實現(xiàn)的軍事應(yīng)用價值十分明顯。利用這些技術(shù)為監(jiān)測機動目標(biāo)提供位置和類別的信息，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離通信，使得部隊指揮人員可以方便、快速地判斷目標(biāo)活動情況和戰(zhàn)場態(tài)勢，彌補航空航天戰(zhàn)略偵察不能實施區(qū)域戰(zhàn)術(shù)偵察的不足，相關(guān)技術(shù)也可以推廣應(yīng)用于公安警察部門的反恐偵查活動。交通傳感網(wǎng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成，因其應(yīng)用前景而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。目前，在國內(nèi)各種探測技術(shù)日趨成熟和硬件成本大幅度下降的基礎(chǔ)上，傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代交通系統(tǒng)中得到了很大的應(yīng)用。應(yīng)用范圍主要涉及監(jiān)控交通樞紐和高速公路的運行狀況、統(tǒng)計通過的車數(shù)和某類車輛出現(xiàn)的頻度等數(shù)據(jù)，提供交通運行信息為決策者服務(wù)。目前，中國科學(xué)院的研究人員在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性的成果。信息的獲取、傳輸、處理、應(yīng)用是數(shù)字農(nóng)業(yè)研究的四大要素；先進傳感技術(shù)和智能信息處理是保證正確地定量獲取農(nóng)業(yè)信息的重要手段。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的信息采集與處理提供了新思路，彌補了以往傳統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控的缺點，已經(jīng)成為現(xiàn)代大農(nóng)業(yè)的研究熱點。借助傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實時向農(nóng)業(yè)機構(gòu)提供土壤、作物生理生態(tài)與生長的信息以及有害物、病蟲害監(jiān)測報警，幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問題，真正實現(xiàn)無處不在的數(shù)字農(nóng)業(yè)，因而在設(shè)施農(nóng)業(yè)、節(jié)水灌溉、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林草業(yè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

內(nèi)容概要

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近年來國內(nèi)外研究和發(fā)展非常熱門的一項技術(shù)，目前在多個行業(yè)和領(lǐng)域得到高度的重視和應(yīng)用。本書共分3篇計15章，以傳感器網(wǎng)絡(luò)為主題和技術(shù)路線，側(cè)重介紹它在軍事與安全救災(zāi)領(lǐng)域、現(xiàn)代交通領(lǐng)域、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用方案、設(shè)計研制和實際運行效果。    第一篇詳細(xì)地介紹了美軍沙地直線無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目、基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場目標(biāo)探測、戰(zhàn)場機動目標(biāo)分類識別、地面戰(zhàn)場目標(biāo)跟蹤、針對反恐應(yīng)用的槍聲定位系統(tǒng)、用于煤礦井下安全救災(zāi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其典型應(yīng)用實例；第二篇闡述了智能交通系統(tǒng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智能交通系統(tǒng)、基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的路況信息監(jiān)測技術(shù)、基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的車輛管理系統(tǒng)；第三篇敘述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用、設(shè)施農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通用平臺、基于ZigBee的智能大田灌溉系統(tǒng)等。    本書的特點是以特定的具體應(yīng)用領(lǐng)域為系統(tǒng)設(shè)計背景，詳細(xì)介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)在政府和科技部門重點關(guān)注的上述3個領(lǐng)域應(yīng)用情況，著重論述設(shè)計思路與關(guān)鍵技術(shù)方案等內(nèi)容，對其他領(lǐng)域的應(yīng)用和類似網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研制也具有借鑒與參考價值。    本書在內(nèi)容安排上，盡量避免與現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通用技術(shù)和協(xié)議理論介紹方面的書籍相重復(fù)，適合于從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)和課程的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第一篇  軍事與安全救災(zāi)領(lǐng)域　第1章　美軍沙地直線項目　  1.1　美軍沙地直線項目背景　  1.2　地面?zhèn)刹斓膫鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)模型　    1.2.1　項目的軍事需求　    1.2.2　戰(zhàn)場應(yīng)用的數(shù)理模型　    1.2.3  系統(tǒng)環(huán)境模型　  1.3　傳感器的選型　  1.4　目標(biāo)探測信號的檢測　  1.5　傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計　  1.6　傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步機制的設(shè)計　  1.7　項目系統(tǒng)試驗　    1.7.1  網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的封裝問題　    1.7.2　試驗部署與實施　  參考文獻　第2章　基于微型網(wǎng)絡(luò)化傳感器的戰(zhàn)場目標(biāo)探測　  2.1  常見的地面戰(zhàn)場傳感器及探測效果　  2.2  目標(biāo)探測發(fā)現(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)　    2.2.1  戰(zhàn)場感知體系下的信息采集網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)　    2.2.2　微型傳感器探測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的原理　  2.3　戰(zhàn)場感知的傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗平臺　    2.3.1　無線通信模塊　    2.3.2　低功耗技術(shù)　    2.3.3  實驗平臺硬軟件設(shè)計　    2.3.4　實驗結(jié)果分析　  2.4　無線視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)　    2.4.1  無線視頻傳感器節(jié)點、的設(shè)計　    2.4.2　視頻監(jiān)控程序的移植　    2.4.3　監(jiān)控局域網(wǎng)的配置　    2.4.4  電池能量供應(yīng)問題　  2.5　傳感器網(wǎng)絡(luò)的自然能供電機制　  參考文獻　第3章　基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場機動目標(biāo)分類識別　  3.1　機動目標(biāo)的分類識別技術(shù)　    3.1.1　基本概念　    3.1.2　基于微型傳感器的目標(biāo)識別通用框架　  3.2　基于磁阻傳感器的地面機動目標(biāo)分類算法　    3.2.1  基于磁阻傳感器的目標(biāo)特征識別原理　    3.2.2  目標(biāo)簡單分類的依據(jù)　    3.2.3  目標(biāo)分類算法模型　    3.2.4　原型系統(tǒng)研制與試驗結(jié)果　  3.3　基于混合傳感器探測信號的機動目標(biāo)分類　    3.3.1　基本設(shè)計原理　    3.3.2　混合探測信號的分類算法模型　    3.3.3  目標(biāo)分類試驗系統(tǒng)與性能　  3.4　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)性　  參考文獻　第4章　基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場目標(biāo)跟蹤　  4.1　常見的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤算法　  4.2　傳感器二元感知的跟蹤定位技術(shù)　  4.3　基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的機動目標(biāo)二元感知跟蹤模型　    4.3.1  目標(biāo)跟蹤算法模型　    4.3.2　跟蹤試驗平臺設(shè)計方案　  4.4　炮彈目標(biāo)炸點的自動聲定位　    4.4.1  基于微型傳感器陣列的炮彈炸點定位技術(shù)　    4.4.2  聲傳感器自動定位炸點的短基線方案　  4.5　傳感器網(wǎng)絡(luò)自身節(jié)點的定位技術(shù)　    4.5.1  問題背景與發(fā)展現(xiàn)狀　    4.5.2　無錨點傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位　    4.5.3　傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位誤差　  參考文獻　第5章　槍聲定位反恐裝備系統(tǒng)　　……　第6章　礦井安全救災(zāi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第二篇　現(xiàn)代交通領(lǐng)域　第7章　智能交通系統(tǒng)中的傳感器與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)　第8章　無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同智能交通系統(tǒng)　第9章　智能交通系統(tǒng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)　第10章　基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的路況信息監(jiān)測技術(shù)　第11章　基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的車輛管理系統(tǒng)第三篇　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域　第12章　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用　第13章　設(shè)施農(nóng)業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通用平臺　第14章　智能大田灌溉的ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計　第15章　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用英漢對照術(shù)語

章節(jié)摘錄

插圖：第一篇軍事與安全救災(zāi)領(lǐng)域第2章基于微型網(wǎng)絡(luò)化傳感器的戰(zhàn)場目標(biāo)探測2.1常見的地面戰(zhàn)場傳感器及探測效果隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)場目標(biāo)信息采集的手段和設(shè)備日益先進，可以通過地面和空中的各種偵察設(shè)備獲取大量的情報。目標(biāo)信息感知系統(tǒng)具有實現(xiàn)確定重點偵察地域的功能，提高偵察器材的偵察針對性，從而提高目標(biāo)信息感知的科學(xué)程度。系統(tǒng)還實現(xiàn)偵察器材與目標(biāo)信息處理系統(tǒng)的有效連接，從而實現(xiàn)目標(biāo)信息的自動傳輸和析取，提高目標(biāo)信息的采集效率。目標(biāo)信息感知系統(tǒng)需要充分考慮系統(tǒng)的擴展，在實現(xiàn)現(xiàn)有偵察器材數(shù)據(jù)接收接口的基礎(chǔ)上，預(yù)留對多種偵察設(shè)備進行數(shù)據(jù)接收的接口。地面?zhèn)刹煸O(shè)備通常包括戰(zhàn)場監(jiān)視雷達、地面?zhèn)鞲衅骱碗娮觽刹煸O(shè)備。目標(biāo)信息感知系統(tǒng)能充分利用這些先進的情報采集手段，接收和處理它們所提供的各種情報。在陸軍地面?zhèn)刹煸O(shè)備系統(tǒng)中，地面?zhèn)鞲衅骺梢猿洚?dāng)現(xiàn)代戰(zhàn)場的隱身偵察兵。所謂地面?zhèn)鞲衅?，顧名思議就是一種專門植于地面，通過對地面目標(biāo)運動所引起的電磁、聲、微震動和紅外輻射等物理量的變化進行探測，并轉(zhuǎn)化成電信號后對目標(biāo)進行偵察與識別的探測設(shè)備。其實早在20世紀(jì)60年代后期的越南戰(zhàn)爭中，美軍為了阻斷越南“軍事物資的動脈”——胡志明小道，采用了各種高技術(shù)偵察手段。但是，由于胡志明小道處在密林中，且常年陰雨綿綿，這大大降低了美軍先進偵察器材的偵察效果，無論是衛(wèi)星照相，還是航空偵察都難以奏效。在這種情況下，美軍研制了代號為“白屋”和“雙刃”兩個系列的戰(zhàn)場偵察傳感系統(tǒng)，并將這些鉛筆盒大小、重約1.5kg～3kg的偵察器材拋灑在胡志明小道所在的密林。結(jié)果它們隱蔽地獲取了準(zhǔn)確度很高的情報，取得了令人意想不到的偵察效果。

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