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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

森林有净化空气，调节气候，防范水土流失，维持生物多样性，涵养水源，消除噪音等重要作用。我国的森林覆盖率远低于全球31%的平均水平，人均森林面积仅为世界人均水平的 1/4，人均森林蓄积更只有世界人均水平的1/7，所以我国的森林资源是极其珍贵的。但是，经济社会不断提速的发展对生态环境造成越来越重的负担，尤其是森林的环境恶化问题也随着负担加重而越发明显。在导致森林环境恶化的因素中，酸雨侵蚀和土地退化是两个不可忽视的问题。

酸雨是一种区域降水酸化的污染现象，通常意义上的酸雨指的是ph值小于5.6的雨、雪、雾、雹等大气降水，我国酸雨主要是大量含硫量高的煤炭燃烧以及机动车尾气排放等造成的。酸雨对森林的主要影响是对植物的损伤和土壤的酸化。酸雨过后树木叶片受损光合作用能力降低，此外植物的茎也易受到酸雨的侵蚀，使得树木养分吸收变缓，使抵抗病虫害的能力减弱,生长速度变缓甚至直接死亡,最终因为森林生态系统退化而引发严重的环境问题。不仅如此，酸雨还会对树木的材质产生不利影响，给国家造成严重的经济损失，对社会产生不利的影响。

土地退化是指土壤肥力衰退导致生产力下降的现象。其中，土壤沙化和水土流失是严重土壤退化的表现。由于人们忽视生态环境对人类活动的承载能力而对森林滥砍滥伐，导致土地荒漠化引发滑坡、泥石流等其他自然灾害，最终造成水土流失。水土流失使森林土地的肥力下降，植物难以继续健康生长，森林规模进一步减小，环境恶化问题随之加剧，给人类带来巨大的损失。一直以来，人们正在寻求新的技术方案来有效监测上述环境恶化问题，其中基于物联网技术的监测系统是目前新兴的一个研究方向。

2. 研究的基本内容

本论文结合ZigBee技术、4G技术和传感器技术设计一个基于森林环境的环境恶化状态的实时远程检测系统。本设计由数据采集节点、远程传输节点和监测中心三部分组成，其中数据采集节点外围拓展酸雨雨量及PH值检测装置、土壤湿度传感器、ZigBee终端和北斗定位模块，远程传输节点包括ZigBee协调器节点、STM32单片机、TFT显示模块和4G|DTU模块，监测中心中放置计算机。酸雨雨量及PH值检测装置与土壤湿度传感器采集酸雨的雨量、PH值和土壤湿度，北斗定位模块对各采集节点所在位置进行精确定位；ZigBee终端将各数据采集节点采集的数据汇总到协调器；ZigBee协调器节点再将数据通过串口传送至STM32单片机，STM32初步处理后在TFT屏上显示；4G|DTU模块将数据转换为4G信号长距离传到监测中心的计算机，最后在计算机端对数据进行处理分析。

该系统不仅克服了当前森林环境监测系统实时性差、监测困难的缺点，实现对森林中酸雨PH值、雨量和土壤湿度的实时远程监测，而且能根据采集到的数据生成相应预警信息，有效监控酸雨侵蚀和土壤退化的情况。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

森林环境恶化状态监测系统的硬件组成包括zigbee终端、酸雨雨量及ph值检测装置、土壤湿度检测模块、北斗定位模块、zigbee协调器模块、单片机模块、4g|dtu模块、tft屏显示模块、pc显示端、电源模块等。其系统原理框图如下图所示。

森林环境恶化状态监测系统中的数据采集节点以zigbee终端为核心。zigbee终端的功能是对酸雨雨量及ph值检测装置、土壤湿度检测模块和北斗定位模块的数据采集，并通过zigbee网络向远程传输节点的协调器模块传输数据。

4. 参考文献

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