基于无线传感器网络的云南高原湖泊声层析监测关键技术研究

According to the characteristics and needs of the Yunnan plateau lakes on the ecological environment, this topic plans to discuss the feasibility of using acoustic method to solve related issues of plateau lakes in Yunnan, and study the related technique of ad hoc network of wireless sensors in moving medium, which provides theoretical basis and prior solutions to water contamination detection, aquatic environment detection and other fields. Research mainly involve:（1）Research on theoretical of sound propagation in water of plateau lakes. This research models the sound propagation in water of plateau lakes based on Normal Mode theory and Ray theory ，and study how contaminations in the water effect sound propagation.(2)Research on methods of acoustic tomography in plateau lakes. Based on Normal Mode theory and Ray theory, this research is about sound velocity sectional inverse calculating model, builds mathematical models for sound velocity section in moving medium of 3 dimensional lake environment and the current direction and velocity, and conducts simulation analysis and experimental verification to the inversion method.(3)Research on ad hoc network of acoustic tomography buoys based on network of wireless sensors. Several detection buoys for acoustic tomography experiment connect with each other to build a wireless sensor network, which receives remote control and sends real-time analysis results, study on ad hoc network building for wireless sensor network provides solutions.

针对云南高原湖泊的特点和对生态环境的需求，本课题拟讨论利用声学方法来解决云南省高原湖泊相关问题的可行性，同时研究在运动介质中无线传感器网络自组网的相关方法，为云南省高原湖泊的水污染检测、水文环境检测等方向应用提供理论基础和前期解决方法。 研究内容主要包括：(1)高原湖泊的水声传播理论模型研究：分别基于简正波和射线理论建立云南省高原湖泊环境下的水声传播理论模型，研究水中污染物对声传播的影响。(2)高原湖泊中的声层析方法研究：分别基于简正波和射线理论研究声速剖面反演计算模型，建立运动介质中三维湖泊环境下声速剖面及水流流向和速度的数学模型，对反演算法进行仿真分析及实验验证。 (3)声层析浮标基于无线传感器网络自组网方法研究。用于声层析实验的多个测量浮标彼此组成无线传感器网络，接收远程控制并可将监测结果实时回传，研究无线传感器网络的自组网方法，提出解决方案。

针对云南高原湖泊的特点和对生态环境的需求，本项目讨论了利用声学方法来解决云南省高原湖泊环境监测等相关问题的可行性，为云南省高原湖泊的水污染检测、水文环境检测等方向应用提供理论和前期基础方法。 研究内容主要包括：(1)高原湖泊的水声传播理论模型研究：分别基于简正波和射线理论建立适合云南高原湖泊环境下的水声传播理论模型。(2)高原湖泊中的声层析方法研究：在云南高原湖泊的特征下，分别提出了基于简正波和射线理论研究声速剖面反演计算模型，并对反演算法进行仿真分析及实验验证；同时根据实验过程中信号信噪比低的情况提出了一种信号降噪处理算法。(3)浮标形式的水下环境信息监测平台设计：本项目提出了设计方案。包括信息的采集和存储，并上传到远程控制中心。可对数据进行可视化、存储、数据融合等操作。本项目的开展，可为利用声学方法解决云南高原湖泊环境参数监测的新技术研发提供新思路。