基于ZigBee/GPRS/WebGIS的黄河兰州段水环境监测系统的设计

摘要

兰州是蜿蜒黄河唯一穿城而过的城市，黄河为金城兰州提供重要的地表水资源，同时也是兰州人民生产生活和城市经济发展的丰富宝贵水源。然而，独步黄河之滨，美丽的黄河风情线上有很多不和谐的现象，隐蔽的排污口和排污沟在偷偷的昼夜排放着各种废水，给兰州赖以生存的母亲河蒙上了阴影。“十三五”时期，是甘肃省全面建成小康社会的最后时期，同时也是全省工业化、城镇化和现代化快速发展的关键时期，兰州作为甘肃省的省会城市，是全省政治、经济的中心，而黄河是兰州市的生命水源，加强黄河水环境的保护，确保生命水源的安全是甘肃省的一项长期重要的任务，也是确保能全面完成小康社会的关键任务。面对黄河兰州段存在的一系列污染问题，为了改善环境质量，美化城市，保证经济的持续健康的发展，我们应该采取科学有效的技术来监测黄河流域兰州段的水环境信息。
　　本文针对传统监测方法在黄河兰州段水环境监测中存在的诸多问题，综合使用了目前先进的ZigBee无线传感器网络技术、嵌入式技术、GPRS通信技术、数据库技术和基于百度地图API的WebGIS技术设计了一套适合黄河兰州段的大范围、野外无人值守、智能化的水环境监测系统。系统主要有三层结构组成，分别是：感知层、网络层和应用层。感知层和网络层主要负责现场采集和传输水环境信息，系统采用ZigBee无线传感网络和GPRS无线网络相结合的方法，实现监测数据由近及远的传输。论文中详细的介绍了ZigBee无线传感器、数据采集模块和网关节点的硬件电路设计，其中网关节点选用STM32作为主控，GPRS模块采用SIM900A进行开发设计，并进行了相关硬件的软件编程和仿真测试。考虑到黄河沿岸供电布线比较困难，系统采用太阳能供电的方式为监测节点供电。系统应用层综合应用了计算机网络技术、SQL Server2003数据库技术和基于百度地图API的WebGIS技术设计了水环境监测信息发布与共享系统，实现了监测数据和地理信息系统的有机结合，对监测数据进行分析和管理，并将结果通过Web网页进行信息的发布与共享。
　　系统的设计可以让兰州市民和有关政府监督部门实时直观的掌握黄河兰州段的水环境状况，提高对黄河兰州段水环境的预测和预防突发性流域污染事故的能力，实现了黄河兰州段水环境监测的智能化、网络化和现代化。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外水环境监测的研究现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 论文的主要内容和结构安排

1.5 本章小结

2 系统设计的总体思路及关键技术

2.1 系统设计的原则和思路

2.2 系统的总体结构模型

2.3 系统实现的目标和功能

2.4 基于ZigBee的水环境监测网络

2.5 基于GPRS的数据传输技术

2.6 本章小结

3 水环境监测系统的硬件设计

3.1 传感器节点的设计

3.2 传感器模块的设计

3.3 协调器网关节点的设计

3.4 太阳能供电模块的设计

3.5 本章小结

4 系统下位机软件的设计与测试

4.1 数据通信协议

4.2 ZigBee监测网络的软件设计

4.3 协调器网关节点的程序设计

4.4 下位机软件的仿真与测试

4.5 本章小结

5 水环境监测信息发布与共享系统的设计与实现

5.1 系统的总体设计

5.2 WebGIS技术的研究

5.3 系统技术框架

5.4 系统数据库的设计

5.5 系统主要功能的实现

5.6 本章小结

总 结 与 展 望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果