大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)

1、1.大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)原文依據(jù)：P172-項(xiàng)圈：需提供詳細(xì)設(shè)計(jì)方案；GPS妾收基站：需提供詳細(xì)設(shè)計(jì)方案;數(shù)字電臺(tái)：需提供產(chǎn)品技術(shù)白皮書(shū)；大鍍貓定位跟蹤系統(tǒng)設(shè)備配置需求如下:序號(hào)設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1定位跟蹤器項(xiàng)圖1;102信息接收器（基站）套43高增益天線面324數(shù)字電臺(tái)485.5. 1.3.4.2設(shè)備性能要求（1）定位跟蹤器I項(xiàng)圈）性能需求L定位精度:<10米2,場(chǎng)率：不高于433MHz3一超過(guò)125Kg的道里時(shí)能自動(dòng)斷裂;4.4t:小于200g5一工作時(shí)間：兩年以上&工作溫度-20-707.要求提供詳細(xì)設(shè)計(jì)方窠8每天不少于定位4次，發(fā)送4次0防水、防震10 .電磁干擾性:滿足

2、GJB151A-1997中RE102的要求；11 .電磁敏感性:滿足GJB151A-1997+RS103的要求；12 .低電壓報(bào)警功能13 .工作濕度：5%95%（2）信息接收器（基站）信息接收器采用高性能的天線接收定位跟蹤器發(fā)射的無(wú)線數(shù)據(jù),其天線的指標(biāo)如下：14 接收靈敏度小于15 接收距離大于5Km16 整機(jī)質(zhì)保不低于3年17 電源要求：24V18 要求提供詳細(xì)設(shè)計(jì)方案19 工作功耗小于15W（3）數(shù)字電臺(tái)數(shù)字電臺(tái)的性能指標(biāo)如下：1 .工作頻率：22（卜240MHZ.2 .傳輸速率：大于等于19200bps.3 .工作方式：支持單工，半雙工,全雙工等方式，話音和數(shù)據(jù)兼容，提供對(duì)講通話.4

3、.傳輸犯離：30公里以上（開(kāi)闊無(wú)阻擋）.5 .物理接口：標(biāo)準(zhǔn)RS-232,通信速率可從300到38400bps可調(diào)，完全透明傳輸.6 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸，一級(jí)或多級(jí)中轉(zhuǎn)組網(wǎng).7 .調(diào)制方式：CPFSK,8 .信道間隔：12.5KHZ/25KHz.9 .發(fā)射功率：100mW5W連續(xù)可調(diào).10 .誤碼靈敏度：以上（誤碼率BER<10E-6）.11 .收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間：3ms.12 .工作溫度：-30C+60C,工作時(shí)：40C+70C.13 .相對(duì)濕度：95%,40C,無(wú)冷凝.數(shù)字電臺(tái)1 .工作頻率：220240MHz。2 .傳輸速率：大于等于19200bp13 .工作方式：支持

4、單工，半雙工,全雙工等方式，話音和數(shù)據(jù)兼容，提供對(duì)講通話。4 .傳輸距離：30公里以上（開(kāi)闊無(wú)阻擋）。5 .物理接口：標(biāo)準(zhǔn)RS-232,通信速率可從300到38400bps可調(diào)，完全透明傳輸。6 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸，一級(jí)或多級(jí)中轉(zhuǎn)組網(wǎng)。7 .調(diào)制方式：CPFSK。8 .信道間隔:12.5KHz/25KHz。9 .發(fā)射功率：100mW5W連續(xù)可調(diào)。10 .誤碼靈敏度：-111dBm以上（誤碼率BER010E-6）。11 .收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間：3ms。12 .工作溫度：-20C+60C,工作時(shí)：-20C+70C。13 .相對(duì)濕度：95%,40C,無(wú)冷凝。14 .支持220V交流供電/24

5、V直流電源。15 .提供投標(biāo)產(chǎn)品的技術(shù)白皮書(shū)。1.2補(bǔ)充說(shuō)明一摘自招標(biāo)初步設(shè)計(jì)文檔（3）大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)野化區(qū)大熊貓的實(shí)時(shí)定位跟蹤大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)需求分析臥龍保護(hù)區(qū)管理局的科研工作主要集中在其下屬的中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心。2003年,在雅安市碧峰峽建設(shè)大熊貓基地，對(duì)人工繁育種群進(jìn)行了分流。該中心原位于臥龍核桃坪。建立近30年，開(kāi)展了多方面的科學(xué)研究工作，研究范圍包括野生大熊貓及其棲息地、圈養(yǎng)大熊貓及其飼養(yǎng)繁殖、疾病防治、野外搶救、野化培訓(xùn)與野外放歸等，并成功克服了大熊貓繁殖的難題，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。研究中心現(xiàn)擁有世界上規(guī)模最大的大熊貓圈養(yǎng)種群，數(shù)量達(dá)142只，是世界上大熊貓保護(hù)與研

6、究的成功典范，并惠及以大熊貓為主的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。由于繁殖技術(shù)的改善，大熊貓種群數(shù)量得到快速增加，因此下一步的科研工作的重心將向放歸培訓(xùn)轉(zhuǎn)移。把一部分人工繁殖的大熊貓個(gè)體通過(guò)適應(yīng)性訓(xùn)練進(jìn)而放歸野外才能把遷地保護(hù)與棲息地的物種保護(hù)有效的結(jié)合起來(lái)。由于研究中心在地震中受到重大的破壞，目前亦處在危險(xiǎn)的陡坡之下，不適宜在原址重建。計(jì)劃將中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心從核桃坪原址遷建于耿達(dá)鄉(xiāng)幸福溝神樹(shù)坪-黃草坪-天臺(tái)山區(qū)域。中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心重建規(guī)劃圖如圖所示。中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心重建規(guī)劃圖研究中心主要分為兩大區(qū)域：第一部分：人工飼養(yǎng)繁育研究與環(huán)境教育區(qū)，選址在神樹(shù)坪，區(qū)內(nèi)包括飼養(yǎng)區(qū)、繁殖區(qū)，育幼區(qū)，飼料加

7、工區(qū)，獸醫(yī)院和科研中心，行政辦公及大熊貓博物館，是中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心的核心部分；第二部分：野化培訓(xùn)區(qū)。從神樹(shù)坪到黃草坪之間沿幸福溝分布中小規(guī)模的野化過(guò)渡培訓(xùn)區(qū)，可滿足初期、中期的野化培訓(xùn)和體能培訓(xùn)的需求；黃草坪以上至天臺(tái)山為大型的野化培訓(xùn)區(qū)，可滿足后期的野化培訓(xùn)需求。其中，人工飼養(yǎng)繁殖科研及環(huán)境教育部分位于神樹(shù)坪，大熊貓野化過(guò)渡培訓(xùn)區(qū)延幸福溝分布化培訓(xùn)基地位于黃草坪以上的天臺(tái)山區(qū)域。大熊貓野化培訓(xùn)可以分為三個(gè)階段：(1)從人工飼養(yǎng)放養(yǎng)到可控制環(huán)境，解決環(huán)境問(wèn)題，飼料逐減，一周稱重一次。范圍約為3公頃，持續(xù)時(shí)間約為2年。(2)過(guò)了第一階段之后，可以放養(yǎng)到大約30公頃的相對(duì)固定的區(qū)域范圍內(nèi)，基

8、本有大熊貓的食物。對(duì)人工飼料不再很依賴，除非大熊貓受傷，否則不再干預(yù)，稱體重的頻率很少，使得大熊貓適應(yīng)無(wú)巢、無(wú)飼糧的環(huán)境。(3)完全自然的活動(dòng)空間，周邊用脈沖電網(wǎng)控制起來(lái)，范圍約為300公頃，除非有特殊情況，否則不會(huì)對(duì)大熊貓進(jìn)行人為干預(yù)。在后兩個(gè)階段，可以借助行為學(xué)方面知識(shí)，了解觀察熊貓行為的變化來(lái)進(jìn)行評(píng)估。在上述整個(gè)過(guò)程中，考慮采用視頻探頭，在3公頃的范圍內(nèi)布設(shè)幾個(gè)視頻探頭，對(duì)大熊貓的行動(dòng)進(jìn)行觀察和研究。但是更重要的是對(duì)大熊貓?jiān)谂嘤?xùn)區(qū)域活動(dòng)規(guī)律的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，例如了解大熊貓?jiān)谀硡^(qū)域的停留頻率，從而推測(cè)出大熊貓喜歡停留的地區(qū)。因此需要借助定位系統(tǒng)，并希望利用現(xiàn)有技術(shù)把位置數(shù)據(jù)直接發(fā)送到后臺(tái)計(jì)算機(jī)

9、。由此可見(jiàn)，“數(shù)字臥龍”項(xiàng)目中臥龍大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)需要在合理整合現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，控制投入成本，提高系統(tǒng)實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)對(duì)野生大熊貓活動(dòng)范圍的研究，發(fā)現(xiàn)野生大熊貓個(gè)體與群體之間，各個(gè)體之間活動(dòng)范圍的相互關(guān)系等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)野生大熊貓活動(dòng)模式的研究。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范(GBT18314-2001)»全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程(CJJ73-97)國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范(GB/T17942-2000)»數(shù)字地形圖系列和基本要求(GB/T18315-2001)»臥龍自然保護(hù)區(qū)申報(bào)四川省大熊貓棲息地自然遺產(chǎn)環(huán)境綜合整治規(guī)劃，四川省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院國(guó)家林業(yè)局臥龍

10、自然保護(hù)區(qū)管理局中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心野化培訓(xùn)場(chǎng)工程可行性研究報(bào)告，中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司，2005年4月15日大熊貓野外放歸培訓(xùn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告2005年5月2日軟件工程術(shù)語(yǔ)(GB/T11457)»計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范(GB8566)計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)文件編制指南(GB8567)計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范(GB/T12504)»計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范(GB/T12505)»軟件配置管理計(jì)劃(CADCSC)建設(shè)方案臥龍大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)為中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心野化培訓(xùn)大熊貓期間，提供大熊貓個(gè)體位置識(shí)別及周?chē)h(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能，并通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為

11、研究人員在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上展示大熊貓的日常移動(dòng)路線以及周?chē)h(huán)境因素對(duì)大熊貓選擇經(jīng)停地點(diǎn)的影響程度等情況，供研究人員進(jìn)一步研究大熊貓活動(dòng)范圍及活動(dòng)模式。臥龍大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)主要由定位跟蹤器、信息接收器以及信息處理系統(tǒng)三部分組成，其中定位跟蹤器是指安置在大熊貓個(gè)體上用于獲取地理位置以及周?chē)h(huán)境參數(shù)等信息的設(shè)備，信息接收器是指獲取定位跟蹤器的位置及周?chē)h(huán)境參數(shù)等信息并將其傳輸給后臺(tái)信息處理系統(tǒng)的設(shè)備，而信息處理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理根據(jù)研究人員要求在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)輸出結(jié)果。臥龍大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)組成由于大熊貓野化培訓(xùn)環(huán)境相對(duì)的復(fù)雜性，為保證參與野化培訓(xùn)的大熊貓?jiān)谂嘤?xùn)期間能夠被相對(duì)完整的跟蹤

12、定位，本項(xiàng)目采用人造衛(wèi)星定位技術(shù)獲取地理位置信息，并通過(guò)ISM頻段工作頻率的無(wú)線傳輸?shù)榷喾N技術(shù)并用的方式研發(fā)適用于大熊貓的定位跟蹤系統(tǒng)，完成對(duì)大熊貓的跟蹤定位研究。具體實(shí)現(xiàn)方案如下：系統(tǒng)各部分功能需求如下：（一）定位跟蹤器（GPS頸圈）大熊貓個(gè)體攜帶的定位跟蹤器是本系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的源頭，決定了系統(tǒng)的成敗。由于大熊貓野化培訓(xùn)的環(huán)境及本項(xiàng)目需要在較長(zhǎng)期持續(xù)采集數(shù)據(jù)，因此需要保證大熊貓個(gè)體攜帶設(shè)備能在各種復(fù)雜環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。定位跟蹤器應(yīng)由GPS定位模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊、供電模塊以及控制模塊組成。其中GPS模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)地理位置信息的獲取功能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模傳輸塊用于存儲(chǔ)GPS定位模塊信息并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存

13、儲(chǔ)模塊中數(shù)據(jù)的傳輸功能；供電模塊為監(jiān)控器提供電力能源；控制模塊負(fù)責(zé)管理其他各模塊的工作模式。具體結(jié)構(gòu)如下：定位跟蹤器組成結(jié)構(gòu)GPSt位模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊供電模塊-GPS定位模塊：采用GPS(GlobalPositioningSystem,全球定位系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)。GPS是一種基于人造衛(wèi)星定位技術(shù)的系統(tǒng)，具體而言，其是美國(guó)具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種部門(mén)，并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。GPS具有以下特點(diǎn)：(1)全球，全天候工作。(2)能為用戶提供連續(xù)，實(shí)時(shí)的三

14、維位置，三維速度和精密時(shí)間。(3)不受天氣的影響。定位精度高，單機(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。(4)功能多，應(yīng)用廣。GPS具有電子羅盤(pán)、測(cè)速、測(cè)高、測(cè)面積、測(cè)距、測(cè)經(jīng)緯度、自動(dòng)畫(huà)出運(yùn)行軌跡、導(dǎo)航等功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊：采用閃存技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)，采用ISM頻段工作頻率的無(wú)線傳輸方式，通過(guò)定向接收方式傳輸數(shù)據(jù)回中心處理機(jī)。供電模塊：選用大容量鋰電池?？刂颇K：具備計(jì)時(shí)和定時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)于各個(gè)模塊的控制，并對(duì)用戶提供設(shè)定接口。定位跟蹤器具備防水防腐蝕等特性，封裝形式為異形環(huán)帶式，以便于安裝在大熊貓個(gè)體上。為保證定位跟蹤器的小型化和長(zhǎng)時(shí)間工作，考慮每天定位4次

15、。定位跟蹤器的應(yīng)進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，其將有利于大熊貓的佩戴，并且減小對(duì)大熊貓正常生活的影響程度。定位跟蹤器的環(huán)帶部分建議具備開(kāi)關(guān)裝置，并可由控制模塊進(jìn)行管理，以實(shí)現(xiàn)定位跟蹤器在超過(guò)一定時(shí)間(兩年)后自動(dòng)從大熊貓個(gè)體上脫落，從而減小對(duì)大熊貓正常生活的影響，以增強(qiáng)熊貓?jiān)谝巴獾纳婺芰?。為保護(hù)熊貓的安全，頸圈在設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，比如頸圈被樹(shù)枝掛住，熊貓被鉤住，掙扎過(guò)程中超過(guò)熊貓的承受重量時(shí)能自動(dòng)斷裂。具體構(gòu)成情況建議如下：(1)采用扁帶狀的真皮項(xiàng)圈，設(shè)計(jì)承重125KG，保證在超過(guò)設(shè)計(jì)承重重量時(shí)能夠斷裂。(2)項(xiàng)圈的總體重量：真皮項(xiàng)圈50g;電池重量50g;盒體50g;GPS模塊和發(fā)送模塊(含天線

16、)40g；其他外圍10g。(3)項(xiàng)圈的供電有鋰聚合物電池進(jìn)行供電。供電的有效時(shí)間根據(jù)公式：工作時(shí)間=電池容量/(睡眠模式電流+GPS定位功耗+發(fā)送功耗)得出：睡眠模式功耗：100ua定位功耗：約每秒50ma發(fā)送功耗：約每秒40ma每天睡眠模式下耗電：100/1000000*24=0.0024ah;每天GPS定位4次耗電(每次定位需45秒)：45/3600*0.05*4=0.0025ah;每天發(fā)送模塊耗電(每次發(fā)送需10秒)：10/3600*0.04*4=0.0004444ah;鋰電池配置需求：365*2*(0.0024+0.0025ah+0.0004444ah)=3.9ah,建議配置不低于4a

17、h。(二)信息接收器(基站)信息接收器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)定位跟蹤器信息的接收以及向信息處理中心的數(shù)據(jù)傳送。本期工程在如下位置架設(shè)信息接收器，建設(shè)信息接收網(wǎng)絡(luò)，該采用由ISM頻段工作頻率的無(wú)線傳輸模塊組成的局域網(wǎng)，并通過(guò)使用高增益接收天線做無(wú)縫覆蓋，每個(gè)信息接收器單獨(dú)接收定位跟蹤器的信息。在數(shù)據(jù)采集完成后，通過(guò)數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器將項(xiàng)圈數(shù)據(jù)通過(guò)電臺(tái)進(jìn)行二次傳輸。信息接收器采用高性能的天線接收定位跟蹤器發(fā)射的無(wú)線數(shù)據(jù)，其天線的指標(biāo)如下：增益：20dB頻率范圍：433MHz土5駐波比：1.5輸入阻抗：50歐夾角：10度增益與距離的計(jì)算公式：PR=PT+GT-32.4-20log(f)-20log(d)+GR,其中

18、：PR=接收功率(dBm);PT=發(fā)射機(jī)輸出功率(dBm);GT=發(fā)射天線增益(dB);£=發(fā)射頻率(MHz);=傳播距離(km);GR=接收天線增益(dB)。各項(xiàng)參數(shù)考慮如下，PR=-68(dBm);PT=10(dBm);GT=2dB;f=433MHz;GR=20(dB),代入本公式，-20log(d)=PT+GT-32.4-20log(f)+GR-PR=10+2-32.4-20log(433)+20-(-68)=14.88,求出有效距離d為：d=Antilog(20log(d)/20)=d=Antilog(14.88/20)=5.54km為了覆蓋整個(gè)監(jiān)控地區(qū)，本期設(shè)置4個(gè)信息接收

19、基站，其中有兩個(gè)基站配置8個(gè)高增益定向天線，一個(gè)基站配置6個(gè)高增益定向天線，一個(gè)基站配置10個(gè)高增益定向天線進(jìn)行無(wú)縫覆蓋，基站的布置位置如下(經(jīng)緯度)：信息接收點(diǎn)1:31°8'8.28”103°19'38.80”信息接收點(diǎn)2:31°6'47.48"103°18'48.62”信息接收點(diǎn)3:31°7'42.22103°20'44.90"信息接收點(diǎn)4:31°5'18.07"103°20'4.13"具體布置圖如下所示：:

20、收器布i：置點(diǎn)t,-.-J信息接收器的電源采用太陽(yáng)能供電并安裝定時(shí)設(shè)備，保證在信息接收和發(fā)射時(shí)能夠準(zhǔn)確接收。由于環(huán)境的特殊性，在信息接收器與信息處理中心之間不便通過(guò)有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此采用工業(yè)級(jí)數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)圈采集數(shù)據(jù)的傳輸，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定可靠。（三）信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于項(xiàng)圈數(shù)據(jù)的接收以及對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。并對(duì)于接收到的定位跟蹤器數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分發(fā)、分析。且具備以下功能：能夠在后期對(duì)于熊貓運(yùn)動(dòng)軌跡能在GIS電子地圖上進(jìn)行回放通過(guò)設(shè)置閾值，在熊貓一定時(shí)間范圍內(nèi)如未有位置移動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)聲光報(bào)警，通知管理人員項(xiàng)圈低電壓報(bào)警，可在GIS電子地圖上顯示出幾號(hào)項(xiàng)圈電

21、壓不足，提示管理人員野化區(qū)域詳細(xì)電子地圖操作數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶需要保存至少2年（四）數(shù)字電臺(tái)數(shù)字電臺(tái)作為數(shù)據(jù)回傳信息處理系統(tǒng)與信息接收器的傳輸方式為數(shù)字電臺(tái)的傳輸方式。通道工具，通訊范圍在50公里以上。滿足可以全雙工、半雙工或單工方式工作，收發(fā)同頻或異頻，EIA-232數(shù)據(jù)接口異步透明傳輸。數(shù)字電臺(tái)采用單工方式，發(fā)送端與信息接收器合設(shè)，接收端設(shè)置在神樹(shù)坪研究中心。設(shè)備配置和性能要求設(shè)備配置需求大熊貓定位跟蹤系統(tǒng)設(shè)備配置需求如下:序號(hào)設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1定位跟蹤器（項(xiàng)圈）臺(tái)102信息接收器（基站）套43高增益天線面324數(shù)字電臺(tái)套8設(shè)備性能要求（1）定位跟蹤器（項(xiàng)圈）性能需求1 .定位精度:<10米2