摘要
矿山生态环境监测是矿山生态环境保护与修复的重要内容之一。矿山生态环境监测是指对矿山及其周边环境进行全面、系统、科学的监测和分析的过程。现有监测方法主要采用遥感巡检、人工抽样、定点监测等方式，但存在成本高、准确性差以及在数据处理方面存在效率低、时效性差等不足。为此，本文结合云平台技术对矿山生态环境监测展开研究，设计与实现一款矿山生态环境监测系统。此外，考虑在矿山环境下，系统选用的Zigbee无线网络受限于电池能量的问题，设计低功耗的路由协议尤为重要。因此，为提升网络能量利用效率、延长节点及网络生命周期，本文提出一种基于改进蚁群算法的AODV路由协议。 本文主要研究工作: (1)确定系统监测的矿山生态环境指标与功能需求，设计系统整体硬件结构，将其分为主控制端与传感采集终端。主控制端采用STM32F429IGT6作为主控制器，利用LCD屏显示、查询环境指标数据;通过SD卡存储数据;使用WiFi模块将数据上传至OneNET云平台;驱动GPRS模块发送预警短信;选取Zigbee协调器构建无线传感网络。传感采集终端分为Zigbee路由器、Zigbee终端，其中路由器负责维护网络与转发数据，Zigbee终端负责采集监测区域中气象、土壤环境指标数据。经实测，系统各功能均可稳定工作。 (2)为解决传统矿山生态环境监测方式在数据处理效率、数据共享与安全性存在的不足，系统采用具有数据处理效率高、易用性、安全性高及数据可视化等优势的OneNET云平台作为数据监测平台，实现对矿山生态环境指标数据进行可视化展示、存储与共享。该平台不仅提升矿山生态环境监测工作的灵活性与效率，同时有效地解决数据共享与数据安全性差等问题。 (3)针对Zigbee网络在实际监测工作中，依靠电池供电，能量资源有限，且其常用AODV路由协议进行路由规划，存在网络能耗高与能耗不均衡，极大限制网络运行与传输性能。为此，本文综合考虑节点能量、路由跳数及距离等因素，提出利用改进蚁群算法优化AODV路由协议。仿真结果表明，该协议可在不同环境中有效降低网络能耗、提升寻优能力，同时可均衡网络节点能耗，避免出现节点失效。
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