基于北斗三号的自然生态监测系统的设计与实现.pdf
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1、 2024 年 2 月第 1 期 现代导航 1 基于北斗三号的自然生态监测系统的设计与实现 李光涛1,豆增发2,李卫斌3,杜建超3,尚保卫2,孙 喆4(1 陕西电子工业研究院,西安 710075;2 中电科西北集团有限公司,西安 710075;3 西安电子科技大学,西安 710071;4 国网陕西省电力有限公司培训中心,西安 710005)摘 要:面向秦岭、祁连山等野外生态保护区日常监测需求,创新性地将北斗三号 RDSS 技术、野生动物抓拍技术与图像极限压缩技术相结合,研究具备图像采集、图像压缩、图像传输、野生珍稀保护动物识别、动物检索、火灾监测和大数据分析等功能的北斗自然生态监测系统,满足生
2、态保护部门在野生珍稀保护动物发现、森林防火和日常巡视等方面的需求。该系统在秦岭北麓示范验证 8 个月,抓拍野生动物 34 类次,为客户节省了大量的人力成本,取得了较好的社会效益。关键词:自然生态保护;野生珍稀保护动物;北斗三号;图像压缩;图像传输 中图分类号:TP301 文献标志码:A 文章编号:1674-7976-(2024)-01-001-06 Design and Implementation of Natural Ecological Monitoring System Based on Beidou-3 LI Guangtao,DOU Zengfa,LI Weibin,DU Jian
3、chao,SHANG Baowei,SUN Zhe Abstract:Oriented to the daily monitoring needs of wild ecological protection areas such as the Qinling Mountains and Qilian Mountains,a natural ecological monitoring system is designed,which innovatively combines the Beidou-3 RDSS technology,wild animal capture technology,
4、and image extreme compression technology,and implements a few of functions such as image acquisition,image compression,image transmission,identification of rare and protected wild animals,animal retrieval,fire monitoring,and big data analysis,and meets the needs of ecological protection departments
5、in the discovery of rare wild animals,forest fire prevention,and daily inspections.The system was demonstrated and validated in the northern foothills of the Qinling Mountains for 8 months,captured 34 types of wild animals,saved a lot of labor costs and achieved tremendous social benefits.Key words:
6、Ecological Protection;Wild Rare Animals;Beidou-3;Image Compression;Image Transmission 0 引言 党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央把生态文明建设和生态环境保护摆在治国理政 收稿日期:2024-01-18。李光涛(1977.01),陕西西安人,硕士,正高级工程师,主要研究方向为北斗产业化及应用 技术。的重要位置,将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业总体布局,将“坚持人与自然和谐共生”列入新时代坚持和发展中国特色社会主义的基本方略,全面加强生态文明建设,一体治理山水林田湖草沙冰,开展了一系列根本性、开创
7、性、长远性工作,生态文明建设从认识到实践都发生了历史性、转折性、全局性的变化。但是,我国大多数自然生态保护区域的地理位 2 置都比较偏保护工作基大,保护覆盖因此,利用智能监测的自然生态保保护的成本针对大的难题,本测系统。北卫星导航系号、北斗二斗三号卫星合了导航与精确授时、较于北斗二服务能力方平方向优于服务能力提1 000 个汉字通信服务功2 北斗监北斗监的数据采集拍和上报,动物闯入检终端采用太偏僻,交通不基本上要靠人盖范围有限,用先进的信息的自然生态保保护工作人员本,提高自然大多数生态保本文设计实现北斗卫星导航系统,从 20二号的建设,星导航系统并与通信能力,位置报告和二号,北斗三方面都有较大
8、于 2.5 m,垂直提升到最大单字1。本文利功能,保证在监测终端的监测终端是部集设备,主要平时设备处检测范围,立太阳能供电,相机相机 北北终终野外林区野外林区 方便,通信条人力来完成,存,难以保障人化技术手段保护系统势在必的工作负担生态保护的工保护区域没有基于北斗三号系统是中国世纪开始建设目前,我国并投入运营。北具有实时导短报文通信服号在定位精度的提升:定位直方向优于 5单次报文长度用北斗三号的在极端偏远的的设计 部署在野外自实现对监测点于休眠状态即启动设备工主机采用低功北斗北斗天天太太阳阳北北斗监测斗监测终终端设备端设备条件差,日常存在人力投入人身安全等问,建设能够实必行,以便减,降低自然生
9、工作效率。有公网信号覆号的自然生态自主建设的全设,历经北斗已经成功建设北斗三号创新导航、快速定服务等功能。度和短报文通位精度提高到 m;短报文通14 000 bit,的定位和短报的生态保护区图 1 北斗自自然生态监测点附近动物的,一旦监测到工作。北斗监功耗设计,可北斗卫星北斗卫星天天线线 阳阳能能 现代导航常的入较问题。实现减轻生态覆盖态监全球斗一设北新融定位、。相通信到水通信,约 报文区域,如秦自然控中前野减少的成智能危野保护1 域的端两务、和告和视面覆络。然生态监测系测点的抓到有监测可以做到处理告警时休图像对采法对时上北斗天线北斗天线管理中台管理中台秦岭北麓、祁然生态监测图中心,保证生野保
10、相机抓拍少大量的巡视成效。另外,能识别技术,野生动物,并护区各区域生总体框架北斗自然生的需求而设计两部分。管理图像数据存告警信息展示视频数据采集覆盖整个保护系统总体架系统总体架构图到常年不间断北斗监测终理、图像处理警上报等模块休眠、抓拍设像处理模块支采集到的图像对图像压缩,上报服务器,数据数据 转发平台转发平台秦哨秦哨 管理平台管理平台祁连山等,可图像数据和位生态观测的实拍保存、人工视人员投入,本文利用视建立野生动并结合地理信生态监控数据架 生态监测系统计,主要包括理平台主要功存储与展示服示;北斗监测集、图像识别护区域,形成架构如图 1 所图 断使用。终端的主要功理、图像传输、块。设备管理设置
11、、动物感支持实时采集像进行智能 A将发现的野以便管理人互联网络互联网络 可以通过北斗位置数据实实时性和准确工定期收集的进而提高自视频图像数据动物数据库,信息技术,直据及变化趋势统主要面向括管理平台和功能包括北斗服务、北斗监测终端主要功别、数据分析成完善的自然所示。功能包括设备、北斗通信、理模块支持设感应、动物抓集监控区域的AI 识别,并野生珍稀保护人员采取相应APP PC 端端 数据展示数据展示 2024 年斗三号卫星将时传输到监确性,改变目的工作方式,自然生态监测据采集和人工及时发现濒直观展示秦岭势。生态保护领和北斗监测终斗数据接收服监测终端工况功能包括图像析等。系统全然生态监测网 备管理、
12、视频工况上报、设备重启、定抓拍等功能;的图像数据,并使用特定算护动物图片实应措施;图像将监测工濒岭领终服况像全频定算实像 第 1 期 传输模块将送到服务器的告警信息失败告警、天定时将自块利用外接网络向服务北斗监级精简指令ARM)、神经NPU)、北北斗监图像处设备管北斗通北斗 RDSS 数传终端 摄像头 将已压缩的图器;告警上报息上报到服务硬件告警等身工况信息接北斗三号数务器发送终端图 2 北斗监测终端的主令集机器主板经网络处理单北斗 RDSS 数图 3 北斗监监测终端外观图 4 北斗监处理 管理 通信 北斗太阳能电池板RJ45 网线直连李光涛等图片和视频数模块支持每天器,告警信息;工况上报模上
13、报到服务器数据传输终端端数据。功能监测终端功能要组成部分有(Advanced 单元(Neural 数传终端等,如监测终端硬件组如图 4 所示监测终端外观结斗监测终端 板 连 ARM NPU 等:基于北斗三数据定时分包天定时将所产息包括图片发模块支持终端器;北斗通信,通过北斗卫能图如图 2 所能图 有:摄像头、RISC MachProcessing U如图 3 所示。组成图。结构图 告警上报工况上报图像传输电池电源三号的自然生态包发产生发送端每信模卫星所示。、高hine,Unit,。3 作。录、管理等。据的图片支持数据的服询速理平4 4.1 终端态监测系统的设管理平台管理平台负如图 5 所示首页
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