外文翻译-基于GPS的动物跟踪系统

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基于GPS的动物跟踪系统

1摘要：

野外感知系统是一种用于监测沼泽鹿行为和迁徙模式的无线传感网。该系统将收集微气候以及动物的位置信息，并将这些信息以数据流的方式使用点对点网络传达到基站。基站使用网关，将收集到的所有数据上传到互联网上的一个数据库和用基于可视化软件的浏览器将这些信息描绘出来。每一个点将显示五个信息，即：位置（用GPS），温度，湿度，前进方向和环境亮度。此外，该节点将有一个实时时钟同步网络和保持时间信息。一个外部数据闪存空间将会用于记录从传感器和网络节点上获取的数据。无线电收发机通过点对点的通信协议将数据传送到基站。一个太阳能接受系统为电池提供节点能量，用于延长节点的寿命。这个系统将会被做成项圈的形式，这样能比较容易的套在动物的脖子上。

关键词：GPS跟踪；野外感知系统；无线传感网，野生动物跟踪，微型气候感知器

I.前言

无线传感器网络(WSN)总是使用从分布式自治节点空间获得的感知。把微型传感器、微控制器、无线电收发机和一种带有电源,低功耗和廉价的传感器节点(我们将简单地称之为节点)结合可以用于监视物理或环境的条件,如不同位置上的温度、声音、振动、压力、运动等。对于正在移动的节点这个任务将变得更具挑战性。工程所要进一步研究的问题是如何使节点的电力供应足够维持到最后一年。这篇文章的重点就是如何通过对数据的处理，改善无限传感网的设计来突破无限传感网在能量方面的束缚。

过去已经见过各种各样的无线传感器网络应用于栖息地监控、地震检测,环境监测、健康系统监统等,这些领域很少会遇到移动节点,动态网络拓扑,通信失败,电力供应有限,恶劣的环境条件变化等情况。

为了从对野生动物监测中寻到解决问题的方法和了解动物与其周围环境的复杂的关系,科学家必须亲自到现场去收集所需要的数据。在某些情况下将无线电发射机安置动物身上能让研究变得更加容易,但是图像的大部分仍然不能被标记出来，因为缺少有效的数据收集。有许多理由去解释为什么频繁的到现场去做调查是困难和不明智的。首先,研究物种时要做到完全避免人类干扰几乎是不可能的。人类频繁的访问或打扰已潜移默化中对物种产生了影响[1]。其次,在晚上追踪活动的动物与其说是做实验或做研究还不如说是冒险。最后, 如果不使用专用的低成本传感器网络设备。它

1作者Vishwas Raj Jain, Ravi Bagree, Aman Kumar, Prabhat Ranjan；出处 Intelligent Sensors, Sensors Networks and Information Processing,2008.ISSNIP 2008.

不仅费时而且需要花费大量的资金来跟踪动物迁移以及其饮食习惯。

因此就需要一个自动化的系统,带有拥有众多网络传感器节点的自然空间能够长时间的收集数据(即使在夜间)、如果没有这样的系统，靠人工检测，则研究范围和结论的准确率则非常有限。它还能够在不对生态造成干扰的情况下收集数据和相比传统研究方式来说，它是一种更为经济方法来进行长期的研究。一些监控野生动物运动和习性的先进理念曾做过尝试，如斑马网络[2]和伟大的鸭子岛实验[1]。通过以上经验的学习，我们可以知道生物感知网络的构建也是出于同样的出发点。它是拥有更低能耗,更大的范围、更加多样的环境感知特性和更健壮数据备份的系统。

野外感知系统是一个用于监控沼鹿(泽鹿)行为和迁移模式的无线传感器网络系统。该系统对于那些中型或大型的物种同样适用。这个系统中配有GPS、无线收发器和其他各种传感器、硬件为支持野生动物监控的需要而设计的。捕获的数据可以提供给野生动物研究人员让他们完成研究和学习的目。它将有助于他们理解濒危物种的需求,以及这些物种与周围的环境关系。本文在节点，基地，网络的水平上探讨了野外感知系统的硬件和软件设计的体系结构。特别是它把设计和测试系统时遇到的问题也体现了出来。

II.基于GPS的动物跟踪系统

生物传感网是一种试图让研究人员了解更多有关沼鹿的生活习性的途径。输入的该系统的设计要有哪些功能由野生动物研究人员输入。这个系统计划将带有传感器的轻质项圈安放在动物的脖子上。这个项圈会从附近动物中收集到科学研究所需要的数。将收集到的有用数据数据发送到其他节点或基站, (基站越来越偏好的情况下两者都是可用)。

这个系统的主要的功能是使用GPS跟踪动物的迁徙运动。要获取的数据除了位置信息,还包括动物的生活习性和它的周围环境参数。也可以说成是一项对动物的活动的研究。动物的生活模式需要被记录下来。自从监测区域变大后,获得的数据需要不断的从一个节点传到另一个节点依据直到它转移到一个基站。最后系统需要运行持续至少12个月,因此电源设计和使用需要优化

位置记录: 在监测动物的迁移模式时，GPS需呀能够精准的定位。研究人员指定的位置每3个小时能发生三次GPS位置信息就足以绘画出这个动物的近一年的运动轨迹

周围环境:由于在过去的一年里沼鹿的迁徙受地面植被的覆盖率的影响,所以研究人员还需要监控动物的居住和觅食环境。用于测量温度、湿度,和光线以及动物活动的传感器也同时安装在了系统里。

数据传输和恢复: 分散的数据只有在被传播到基站(s)的情况下才能被科学家收集起来用于分析。因为沼鹿的活动范围相当的大，所以不可能在它们的整个活动地区安装众多基站。为了解决这个问题,我们需要通过移动网络,采用点对点通信方式是试

图在无线卡插槽上传输数据[2]。为了弥补时间上的延迟,节点上安装了一个较大的外部flash用来容纳数据在节点上的生成时间以及传输过程中获取的时间。3.1节讨论更详细的讨论了数据的交流问题。

能量获取:每一个检测点都必须工作最少一年,用于追踪迁移路径,避免人为干预。他们与其他节点唯一的连接是通过无线链接或基站。而且,由于在节点的重量上有一个限制,就不能提供一个巨大的电源供应。因此,节点需要轻量级电力备份系统。鉴于这种动物大部分在露天的环境下活动,所以可以通过太阳能来给系统提供电力供应。只要认真落实能源采集，补充的管理政策,能源的需求容易得到满足。能源的提供将会在3.3节更详细地讨论

III．系统概述

大体上生物传感网系统分为如图1所示的几个部分,即硬件、相关系统软件和驱动器,中间设备服务器连接数据记录和web主机服务设备最后基于浏览器的可视化软件。

图1 生物传感网系统概述

1)硬件架构

完整的传感器节点连同电池充电系统的是以一个项圈的形式呈现的，它被套在了沼鹿的脖子上。生物传感网节点的硬件系统的体系结构如图2所示。