大熊猫定位跟踪系统的解决方案.doc

1.1.1.1.1 大熊猫定位跟踪系统 1.1.1.1.1.1 概述熊猫定位跟踪系统主要用于解决熊猫的野化培训跟踪管理，实现对野生大熊猫活动范围的研究，了解大熊猫在某区域的停留频率，从而推测出大熊猫喜欢停留的地区等，进而实现对野生大熊猫活动模式的研究。1.1.1.1.1.2 业务描述大熊猫野化培训可以分为三个阶段：（1）从人工饲养放养到可控制环境，解决环境问题，饲料逐减，一周称重一次。范围约为 3 公顷，持续时间约为 2 年。（2）过了第一阶段之后，可以放养到大约 30 公顷的相对固定的区域范围内，基本有大熊猫的食物。对人工饲料不再很依赖，除非大熊猫受伤，否则不再干预，称体重的频率很少，使得大熊猫适应无巢、无饲粮的环境。（3）完全自然的活动空间，周边用脉冲电网控制起来，范围约为 300 公顷，除非有特殊情况，否则不会对大熊猫进行人为干预。在后两个阶段，可以借助行为学方面知识，了解观察熊猫行为的变化来进行评估。在上述整个过程中，考虑采用视频探头，在 3 公顷的范围内布设几个视频探头，对大熊猫的行动进行观察和研究。但是更重要的是对大熊猫在培训区域活动规律的监测和评估，例如了解大熊猫在某区域的停留频率，从而推测出大熊猫喜欢停留的地区。因此需要借助定位系统，并希望利用现有技术把位置数据直接发送到后台计算机。由此可见，大熊猫定位跟踪系统需要在合理整合现有技术的基础上，控制投入成本，提高系统实用性，实现对野生大熊猫活动范围的研究，发现野生大熊猫个体与群体之间，各个体之间活动范围的相互关系等，进而实现对野生大熊猫活动模式的研究。1.1.1.1.1.3 解决方案1.1.1.1.1.3.1 业务实现大熊猫定位跟踪系统完成对大熊猫行为轨迹的跟踪记录，然后对其进行分析，进而为上层应用系统提供数据支撑。整套系统首先需要通过相应的设备与大熊猫进行关联，标识相应的大熊猫，然后该设备反馈该熊猫的行为轨迹，通过信息接收系统反馈给后台的处理系统，由处理系统进行记录。大熊猫定位跟踪系统主要由定位跟踪器、信息接收器以及信息处理系统三部分组成，其中定位跟踪器是指安置在大熊猫个体上用于获取地理位置以及周围环境参数等信息的设备，信息接收器是指获取定位跟踪器的位置及周围环境参数等信息并将其传输给后台信息处理系统的设备，而信息处理系统通过对数据进行分析处理根据研究人员要求在地理信息系统平台输出结果。1.1.1.1.1.3.2 系统架构本系统主要由GPS定位跟踪器、信息接收基站、GIS信息处理系统组成。用于收集大熊猫个体位置信息，并通过后台GIS信息处理系统为研究人员在系统平台上显示大熊猫的活动路线、经停地点以及周围环境因素对大熊猫活动情况的影响程度等，供研究人员进一步研究大熊猫活动范围及活动模式。本系统由大熊猫个体上的GPS定位跟踪器、大熊猫信息接收基站、数据传输链路设备以及数据中心的GIS信息综合管理处理系统组成。1.1.1.1.1.3.3 系统功能1.1.1.1.1.3.3.1 GPS定位跟踪器GPS定位跟踪器，用于标识监控物，并反馈被监控物的反馈，根据大熊猫的实际情况，采取GPS颈圈的形式。大熊猫个体携带的定位跟踪器是本系统获取数据的源头，决定了系统的成败。由于大熊猫野化培训的环境及本项目需要在较长期持续采集数据，因此需要保证大熊猫个体携带设备能在各种复杂环境下长期稳定的工作。组成定位跟踪器应由GPS定位模块、数据存储传输模块、供电模块以及控制模块组成。其中GPS模块负责实现地理位置信息的获取功能；数据存储模传输块用于存储GPS定位模块信息并实现数据存储模块中数据的传输功能；供电模块为监控器提供电力能源；控制模块负责管理其他各模块的工作模式。具体结构如下：GPS定位模块：采用 GPS（Global Positioning System，全球定位系统）实现。 GPS是一种基于人造卫星定位技术的系统，具体而言，其是美国具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。GPS具有以下特点：（1）全球，全天候工作。（2）能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。（3）不受天气的影响。定位精度高，单机定位精度优于 10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。（4）功能多，应用广。GPS具有电子罗盘、测速、测高、测面积、测距、测经纬度、自动画出运行轨迹、导航等功能。数据存储传输模块：采用闪存技术实现相关监控数据的存储，采用ISM频段工作频率的无线传输方式，通过定向接收方式传输数据回中心处理机。供电模块：选用大容量锂电池。控制模块：具备计时和定时功能，实现对于各个模块的控制，并对用户提供设定接口。定位跟踪器具备防水防腐蚀等特性，封装形式为异形环带式，以便于安装在大熊猫个体上。为保证定位跟踪器的小型化和长时间工作，考虑每天定位4次。定位跟踪器的应进行小型化设计，其将有利于大熊猫的佩戴，并且减小对大熊猫正常生活的影响程度。定位跟踪器的环带部分建议具备开关装置，并可由控制模块进行管理，以实现定位跟踪器在超过一定时间（两年）后自动从大熊猫个体上脱落，从而减小对大熊猫正常生活的影响，以增强熊猫在野外的生存能力。为保护熊猫的安全，颈圈在设计时，当遇到特殊情况时，比如颈圈被树枝挂住，熊猫被钩住，挣扎过程中超过熊猫的承受重量时能自动断裂。技术参数l GPS定位精度：10米l 无线发射工作频率：400440MHz l 低电压报警阀值： 3.1Vl 供电方式：一次性锂电池l 电池工作时间：2年l 定位次数：4次/天l 数据发射次数：4次/天l 工作环境：温度 -3070，湿度：5%95%l 电磁防护性：符合GJB151A-1997中RE102、RS103的要求l 发射天线：柔性天线l 外壳：真皮环状l 外壳断裂拉伸力：125Kgl 外壳防护性：IP65l 整体重量：200g技术实现由于大熊猫野化培训的环境及本项目需要在较长期持续采集数据，因此要保证大熊猫个体携带设备能在各种复杂环境下长期稳定的工作。GPS定位跟踪器设计设计时需要遵从下列几个要素：（1）采用扁带状的真皮项圈，设计承重125KG，保证在超过设计承重重量时能够断裂。（2）项圈的总体重量：真皮项圈50g；电池重量50g；盒体50g；GPS模块和发送模块（含天线）40g；其他外围10g。（3）项圈的供电有锂聚合物电池进行供电。l 射频工作频段设计根据对熊猫的防护要求和山区射频传输特性及无线电频率管理模式，选用433MHzISM频段。l 外观设计参照国外动物跟踪器技术，采用项圈式环形设计和真皮材质。IP65的防护等级设计防护性。如下图：项圈总重量控制在200g以内。l 电源方案选用锂聚合物电池较为适宜。电池容量设计时需要依据下列几种工作状态：睡眠模式、GPS定位模式、信息发送模式。信息发送模式工作时，为了保证信息的传输距离和数据稳定，发射功率不应低于10dBm，所发射的信息少，发射时间控制在10秒以内。睡眠电流：90uA，长期连续工作GPS定位电流：38mA，每次工作时间47秒，每天工作4次信息发射电流：46mA,每次工作时间9秒，每天工作4次要求整机工作时间不小于2年电池容量=工作时间 X（睡眠电流+GPS定位电流+信息发射电流）电池容量=365天/年*2年（0.09mA*24h+38mA*47S/3600S*4+46mA*9S/3600S*4）以上计算所得电池容量=3361mAh=3.361Ah实际选用电池还要考虑锂电池的放电特性，所以选用电池要有一定冗余量，本GPS定位跟踪器选用4ah的锂电池作为供电电源。l 电磁特性设计符合国军标GJB151A-1997中RE102、RS103的要求。l 尺寸设计需要根据业主方提供的熊猫颈项尺寸统计数据，在一定范围内进行可调安装设计。调节部份调节安装成功后，允许剪掉多余的调节带部分。定位跟踪器（项圈）一.名称：定位跟踪器（项圈）,熊猫携带二.技术及功能要求1.定位精度:10米2.频率：不高于433MHZ3.超过125Kg的重量时能自动断裂；4.重量：小于200g 5.工作时间：两年以上 6.工作温度 -30707.要求提供详细设计方案 8.每天不少于定位4次，发送4次 9.防水、防震 10.电磁干扰性：满足 GJB151A-1997中 RE102的要求；11.电磁敏感性：满足 GJB151A-1997中 RS103的要求；12.低电压报警功能 13.工作湿度：5%95% 三.定制开发个10高增益天线一.名称：高增益天线二.技术及功能要求：1.驻波比：2 2.增益:不小于20dB3.要求提供详细设计方案 4.天线形式：反射面天线 5.口径：3m面32信息接收系统（基站）一.名称： 信息接收系统（基站），对天线实现阵列处理、低噪放大、数据处理等二.技术及功能要求套41.接收灵敏度小于-118dBm 。 2.接收距离大于5Km。 3.整机质保不低于3年。 4.电源要求：24V。 5.要求提供详细设计方案。 6.工作功耗小于15W。数字电台一.名称：数字电台二.技术及功能要求：1. 工作频率：220240MHz。2. 传输速率：大于等于19200bps。3. 工作方式：支持单工,半双工,全双工等方式,话音和数据兼容,提供对讲通话。4. 传输距离：30公里以上(开阔无阻挡)。5. 物理接口：标准RS-232，通信速率可从300到38400bps可调，完全透明传输。6. 系统结构：支持点对点,点对多点传输，一级或多级中转组网。7. 调