本书综合使用空间、陆地、水下等不同来源信息,实现固定式与移动式相结合的信息获取技术,充分使用卫星遥感技术或新增最小量的地面监测站网,试图最大化地获取满足精度要求的流域动态信息,在现有公众通讯网络条件下,充分使用物联网动态组网技术,最大化地提高数字流域时空多元信息传输效率。
数字流域是流域信息化管理的重要内容之一,也是数字地球的基础。在数字流域建设过程中,需要采集流域控制节点上的关键信息。为了快速地采集这些信息,最有效的途径是在这些流域制节点上安装、部署信息采集装置,构建流域监测网。
数字流域信息获取要素包括降水、蒸发、径流、土壤墒情等自然水循环和取水、输水、用水、耗水、排水等社会水循环过程及其衍生的各种涉水过程。在考虑流域自然特征和社会特征的条件下,如何构建具有稳定可靠、及时有效、合理优化的感知多种状态下流域时空连续多元信息获取优化布局模式是本研究的一大难点。本书在分析基于物联网的时空连续多元信息获取途径的基础上,建立基于物联网的时空多元信息获取的一体化布局,构建基于物联网的时空多元信息传输体系。研究从雅砻江流域概况、河流水系、水电梯级开发规划和监测站网分布现状出发,采用容许最稀疏站网密度理论,在综合考虑下垫面地形地貌特征和植被特征的雅砻江流域水文分区的基础上,初步形成了雅砻江流域水文测站和雨量测站的新增布局方案。
全书内容共分为6章:第1章简要阐述了数字流域的研究背景、物联网技术的国内外研究进展以及物联网技术在水资源方面的应用研究。第2章讲述了基于物联网的时空连续多元信息获取优化布局技术的研究进展以及技术体系框架与技术路线。第3章主要讲述了基于物联网的时空连续多元信息获取途径分析,包括了空中、地面和水下三种获取技术,并对清江流域梯级水库温室气体立体监测进行了研究。第4章是基于物联网的时空多元信息获取一体化布局的陆地和水下优化方法进行了研究,其中水下优化方法提出了基于遗传算法的河流局域监测无线传感器节点分布优化方法和基于遗传算法多目标优化的流域监测传感器覆盖网优化方法,提出了雅砻江流域监测站网优化布局初步方案。第5章主要讲述了基于物联网的时空连续多元信息传输体系框架和水质多参数传感器监测传输系统研制。第6章对本书研究内容进行了总结和展望。
本书由李喆、谭德宝、王腊春提出写作大纲,李喆、谭德宝、王腊春、曾春芬、张静超、马小雪等参加书稿的写作和统稿,最后由李喆、谭德宝、王腊春、曾春芬定稿。
本书虽然做了大量的研究工作,尽管数次向多位学者请教,集思广益,但由于本书涉及众多学科领域,加之研究深度、广度和作者水平有限,书中难免有不当或错误之处,欢迎广大读者不吝雅正。
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 物联网技术研究
1.2.1 国内外物联网研究进展
1.2.2 水文站网的布局和优化的方法研究
1.2.3 物联网技术在水资源方面的应用研究
第2章 基于物联网的时空连续多元信息获取布局技术研究进展
2.1 基于物联网的时空连续多元信息获取途径研究进展
2.2 基于物联网的时空连续多元信息获取一体化布局研究进展
2.3 基于物联网的时空连续多元信息传输体系研究进展
2.4 基于物联网的时空连续多元信息获取布局技术研究框架与技术路线
第3章 基于物联网的时空连续多元信息获取途径分析
3.1 基于物联网的时空连续多元信息获取技术体系框架
3.2 基于物联网的时空连续多元信息“空中”获取技术
3.2.1 卫星遥感技术
3.2.2 无人机航空摄影技术
3.3 基于物联网的时空连续多元信息“地面”获取技术
3.3.1 物联网传感器原位观测技术
3.3.2 车载移动信息获取系统
3.4 基于物联网的时空连续多元信息“水下”获取技术
3.5 清江流域梯级水库温室气体立体监测研究
3.5.1 研究区域与研究方法
3.5.2 二氧化碳温室气体原位监测
3.5.3 甲烷温室气体原位监测
3.5.4 水布垭水库消落带土地利用与温室气体源汇变化的遥感分析
第4章 基于物联网的时空连续多元信息获取一体化布局研究
4.1 基于物联网的时空多元信息获取一体化布局技术体系框架和技术步骤
4.1.1 Y作框图
4.1.2 技术步骤
4.2 基于物联网的时空多元信息获取一体化布局的陆地(水上)优化方法
4.2.1 区域覆盖理论
4.2.2 布尔模型
4.2.3 模拟退火法
4.3 基于物联网的时空多元信息获取一体化布局的水下优化方法
4.3.1 基于遗传算法的河流局域监测无线传感器节点分布优化方法
4.3.2 基于遗传算法多目标优化的流域监测传感器覆盖网优化方法
4.4 雅砻江流域监测站网优化布局初步方案
4.4.1 雅砻江流域概况及监测站网分析
4.4.2 基于容许最稀疏站网密度的雅砻江流域水文监测站网布局设计
4.4.3 雅砻江流域监测站网布局初步结果
4.4.4 综合运用遥感降雨数据和地面实测数据的雅砻江流域雨量监测站网优化布局设计
第5章 基于物联网的时空连续多元信息传输体系研究
5.1 基于物联网的时空多元信息传输体系框架
5.1.1 ZigBee线采集网络
5.1.2 GPRS传输网络
5.1.3 远程监控平台
5.1.4 系统模块交互
5.2 水质多参数传感器监测传输系统研制
5.2.1 需求分析
5.2.2 系统设计
5.2.3 系统实现的关键技术
5.2.4 原型系统开发
第6章 研究总结与展望
6.1 主要研究成果
6.2 进一步研究方向
参考文献