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基于ARM的嵌入式土壤水分、温度定点监测及远程传输系统的应用

湿地是人类重要的生存环境之一。拉姆萨尔《湿地公约》定义湿地是指天然或人造、永久或暂时

之死水或流水、淡水、微威或咸水沼泽地、泥炭地或水域，包括低潮时水深不超过6m 的海水区"。

同时又规定可包括邻接湿地的河湖延岸、沿海区域以及湿地范围的岛屿或低潮时水深不超过6m 的

区域"川。湿地具有巨大的环境功能和效益，在涵养水源、净化水质、调蓄洪水、控制土壤侵蚀、

补充地下水、美化环境、调节气候、维持碳循环和保护海岸等极为重要的生态功能等方面有其它系

统不可代替的作用，被誉为"地球之肾与森林、海洋一起被称为地球的大生态系统。我国是湿地大

国，湿地面积位居世界第四、亚洲第一。我国目前的湿地管理已经进入湿地生态系统管理阶段，建

设湿地生态环境远程实时监测系统是首要任务。湿地土壤水分、温度定点监测及远程传输系统通过

远程实时监测生态环境的重要参数是浙江托普仪器的BNL-GPRS，监测污染等突发事件和环境急剧变

化所影响的区域的生态环境状况，并进行准确、快捷地评估，为湿地的管理提供准确、及时的数据

保证。因而，本研究以黑龙江省安邦河湿地为试验区，基于ARM 的嵌入式技术和元钱局域网技术相

结合，研究建立嵌入式湿地监测管理系统。

1 研究区概况与方法

安邦河湿地省级自然保护区位于黑龙江省集贤县东北45 km 处，总面积10 295 hm2 , 1993 年

建立安邦河县级湿地自然保护区， 1996 年晋升为市级湿地自然保护区， 2∞1 年晋升为省级自然

保护区。安邦河湿地自然保护区总面积10295平方米，其中核心区面积3980平方米，占保护区积的

38.7% ;缓冲区面积2436平方米，占保护区面积的23.7% ;实验区面积79平方米占保护区面积的

37.6% 。保护区气候属温带大陆性季风气候，冬季长、寒冷而干燥;夏季短、温热而多雨，属于内

陆湿地和水域生态系统保护区类型，是三江平原湿地的重要组成部分。

1. 1 湿地监测的内容、指标与现状

湿地监测是湿地管理过程的有机组成部分，是对湿地保护区管理行为的反馈。监测资料库将使

管理者既能跟踪湿地的环境状况，又能跟踪对湿地的特殊威胁，并且能方便地利用监视~资料生成

其它数据表及报告。湿地监测内容主要包括:监视l 不同尺度上的生物多样性;监视~生态系统的健

康状况或其完整性;监测特殊的威胁或压力;监视~环境状况和人类影响i 监测便于变化在地区水平

上的反映监视~游客数量和财政收入;监测地区发展和湿地保护区之间的相互作用等。研究者依据各

自不同的研究目的，选择监测指标对湿地进行监测[2J 。传统的地面监视~即湿地野外观测是定点

定时的人工采样观测，但是随着科学技术的发展，传统的地面监测方法在数据精度、时效等方面渐

渐不能适应现代化的要求了。目前的电子计算机和自动化技术已经发展到非常成熟的阶段，湿地监

测也渐渐地引入了自动化连续观测技术，主要体现在湿地气象观测、湿地水质观测、湿地面积变化

等方面。自动观测系统在可靠性、稳定性方面能够达到比较高的要求，而且自动化观测具有数据精

度高、灵敏度强、分辨率好等特点，基于现代电子技术的自动化仪器成本也在逐渐下降，可以在较

大的密度和范围内设置观测站点，在空间、时间上相对于传统观测方法都是非常高效的。

1. 2 研究方法

基于湿地监测的特点，为实现湿地的自动化远程监测，本研究提出基于ARM 的嵌入式系统监测

平台，硬件设备：浙江托普仪器-土壤水分、温度定点监测及远程传输系统BNL-GPRS系列。

研究基于ARM+WLAN( 元钱局域网)的嵌入式系统用于湿地生态信息的自动化监视~。相对于其它

湿地监视IJ 手段， ARM + WLAN 有如下优点:①高性能的AllM 微处理器可在硬件上实现高速、高精度

的数据处理及通信能力;②WLAN 技术成熟，能提供高速、稳定的网络连接，摆脱了传统有线监视IJ

网络布线限制，减少了对湿地生态环境的影响，监测点的设置可以更加灵活;③系统成本低，相对

于人工采样及传统监测站等方法，人工和设备费用大大降低。④可实现密集部署，密集部署多个监

视~点，可以对大范围湿地环境的每个小区域进行监测。整个系统包含2 个部分:湿地嵌入式监测系

统(以下简称WEMS) 和控制中心信息管理系统(以下简称CCMIS) 。系统技术路线见图l 。一个完全封

装了WLAN IEEE 802.11 b/g 的模块，主要应用于手机、VoIP 无线电话、PDA 、M凹、数码相机等，

该模块体积小，仅13 mm x 13 mm ，支持Linux , WinCE 等多种嵌入式平台，支持802. 11 b/g 标

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