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研究生:胡鐵艦
研究生(外文):Hu Tie-Jien
論文名稱:無線感測器網路於降雨深度及地下水位監測
論文名稱(外文):Applying Wireless Sensor Network on the Monitor of Rainfall Depth and Groundwater Level
指導教授:洪耀明洪耀明引用關係
指導教授(外文):Hone Wao Ming
學位類別:碩士
校院名稱:明道管理學院
系所名稱:管理研究所
學門:商業及管理學門
學類:企業管理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:無線感測器網路整合封包無線電服務技術環境監測
外文關鍵詞:Wireless Sensor NetworkGeneral Packet Radio Service techniqueEnvironmental monitor.
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台灣夏秋之際多颱風豪雨,經常帶來嚴重坡地災害,如何防範未然,並降低災害損失是當前重要的研究課題。為使災害發生前或發生時能立即通知下游居民並即時疏散,則需要有一套完善的預警措施。而預警設施則需要有偵測坡地危險性之設備,其中雨量筒及地下水位計為常見的設施之一。

由於微機電與無線通訊技術的進步,產生了耗電量低且能形成多點跳躍傳輸之無線感測器網路,並逐漸應用至相關領域。同時日漸普及的無線區域網路與遍佈全台的中華電信基地台,使得即時訊號傳輸能用較低的價格達成。

因此本研究整合無線感測器網路、嵌入式系統設備及整合封包無線電服務技術,以雨量筒及地下水位計為對象,建立完整的無線感測器網路環境監測系統;經由實際測試發現,當監測一區範圍且監測對象多時,無線感測器網路能夠建立密集之多點跳躍傳輸網路,確保傳輸路徑暢通;同時由於耗電量低,可減少設置電力供應設備之費用,達到降低成本之目的,而低價的整合封包無線電服務,也使得即時傳輸費用降低,未來值得推廣與應用。
During the summer and autumn, there are many typhoons and cloudburst in Taiwan. The disasters usually lead to landslide. Therefore, the most important research subject is how to prevent and reduce the damage cost to the lowest point. A well configured alarm system can immediately help lower-reaches residents to be evacuated from the hillside danger zone before the disasters damage them. Rainfall volume gauge and groundwater level gauge are the most common tools.
Because of the improvement of tiny electro-mechanical equipment and wireless communication technology, they are able to provide low-energy consumption and multiple points transmitting Wireless Sensor Network (WSN). The study of WSN is able to apply on the related research aspects. The more common WLAN, widespread HiNet signal transmitting stations, and affordable GPRS usage fee, are making the immediate signal transmission to be accomplished at low expense.
Therefore, this research combine (1) sensor: rainfall volume gauge and groundwater level gauge, (2) storage and communication equipment: WSN, Embedded System, and General Packet Radio Service technique (GPRS) to set up a complete WSN wireless surveillance system. After the real field testing, when the surveillance area is narrow and observing equipments are in high density, the WSN can establish multiple transmitting points to assure the network is unimpeded. Meanwhile, due to the low consumption of electricity, the system reduces the spending of electricity bill and cut down the cost. Furthermore, the low-cost wireless integrated package service gives low expenditure on the immediate transmitting service. Therefore, this service is positively encouraged and promoted to use in the further future.
.
摘 要 I
Abstract II
謝 誌 III
目 錄 V
表 目 錄 VII
圖 目 錄 VIII

第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究架構 2

第二章 文獻回顧 4
2.1 坡地環境監測 4
2.1.1 坡地監測設備 5
2.1.2 土石流監測設備 6
2.2 無線網路 10
2.2.1 無線網路 10
2.2.2 無線感測器網路 12
2.2.3 無線個人區域網路與無線感測器網路區別 13
2.2.4 無線感測器網路應用 19
2.3 無線感測器網路架構 19
2.3.1 星狀拓樸 20
2.3.2 網格拓樸 20
2.3.3 星狀-網格混合拓樸 21

第三章 無線感測器網路監測設備硬體架構 23
3.1 環境監測設備 24
3.1.1 環境監測器 24
3.1.2 環境監測輔助設備 25
3.2 無線感測器網路設備 27
3.2.1 無線感測器 27
3.2.2 Gateway 29
3.2.3 自製穏壓電源供應器 31
3.3 長距離傳輸設備 32
3.3.1 GPRS傳輸模式 32
3.3.2 無線傳輸模式 34
3.4 電源供應設備 35
3.4.1 太陽能光電板 35
3.4.2 太陽能專用控制器 36
3.4.3 蓄電池 37
3.5 環境監測站建制 38
3.5.1 試驗場配置 38
3.5.2 監測設備安裝 42

第四章 軟體系統發展與測試 47
4.1 感測器接收程式 47
4.1.1 系統介紹 47
4.1.2 程式輸出訊號說明 48
4.1.3 軟體測試流程 54
4.1.4 設備測試步驟 55
4.1.5 測試成果 55
4.2 伺服器接收端程式 56
4.2.1 程式撰寫要求 56
4.2.2 程式測試 57

第五章 系統實作 59
5.1 環境監測系統 59
5.1.1 系統模擬對象 59
5.1.2 系統架構 62
5.2 整體系統測試 64
5.2.1 系統連線傳送 64
5.2.2 感測器配置驗證 66
5.2.3 感測器實驗場實際配置 69

第六章 結論與建議 73
6.1 結論 73
6.2 建議 74

參考文獻 75
中文部分:
[1]詹錢登(1994),「土石流危險度之評估與預測」, 中華水土保持學報,第25卷,第2期,第95~102頁。
[2]廖洪鈞、廖瑞堂(1999),「坡地社區開發安全監測手冊」,內政部營建署營建自動化專案計畫報告。
[3]廖瑞堂、張志彰(2000),「坡地社區監測系統之預警防災功能探討」,網路技術應用於坡地安全監測研討會。
[4]李秉乾、連惠邦、周天穎(2001),「土石流監測站評估及系統整合計劃」,行政院農委會。
[5]連惠邦(2003)「鋼索檢知器及消能網應用於土石流監測與防災方面之研究」,行政院農業委員會水土保持局。
[6]財團法人中華顧問工程司資訊網路部(2003),「無線傳輸方式進行現地影像回傳計畫成果報告書」,行政院農業委員會水土保持局。
[7]林能褀(2003),「無線網路技術簡介」,元智大學,最佳化設計實驗室。
[8]詹錢登、李明熹(2004),「土石流發生降雨警戒模式」,中華水土保持學報,35(3):275-285。
[9]許績偉(2004)「ZigBee標準發展現況」,工業技術研究院。
[10]朱伯勛(2004),「GPS 衛星測量於遠距地滑監測的應用研究」,中原大學土木工程學系碩士論文。
[11]閻嘉義、蘇苗彬、陳育志、洪耀明、甘堯江、莊財福(2004),「孔隙水壓及感應器進行土石流監測之研究」,行政院農業委員會水土保持局。
[12]張聰榮、王文楓(2004)「研究與分析建構感測網路拓樸」,雲林科技大學資工所。
[13]張守陽(2005),「機械視覺應用於土石流監測之研究」,中華水土保持學報,36(1):18。
[14]林炳森(2005),「土石流監測與預報報系統之研究-子計劃:土石流規模與衝擊力監測技術之研究(I)」報告,行政院國科會。
[15]周志遠、方煒、蕭仲興、賴世裕(2005)「結合GSM與感測控制之現代化雞舍風險管理」,農機/生機論文發表會。
[16]洪耀明(2005),「土石流防災資訊整合與應用-現瑒感應器於土石流監測之應用」,行政院農委會水土保持局。
[17]方煒(2005)「田間伺服器與無線感測器網路的國內外發展」,物生產及運銷專家系統整合與促進研討會。
[18]王文宏、蘇偉仁(2005)「3G行動服務商機趨勢」,資策會電子商務研究所,IDEA中心。
[19]IDEA創新應用中心(2005)「淺談近距離無線通訊技術」,IDEA創新應用中心,技術觀測組。
[20]李俊賢(2006),「無線感測器網路與ZigBee協定簡介」電信國家型科技計晝,2006元月號/77期。
[21]亞東證劵投資顧問股份有限公司(2006),「BLUETOOTH產業分析」,亞東證劵投資顧問股份有限公司。
[22]邱佳怡、蘇筱惠(2006)「應用無線感測器網路於土石流監控」明道管理學院資工系專題研究論文。
英文部份:
[23]Alan, M., Joeph, P., Robert, S., David, C., Jhohn, A. "“Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring,” ACM International Workshop on Wireless Sensor Networks and Applications, Sept.2002.
[24] Akyildiz, I.F., Su, W., Sankarasubramaniam, Y. and Cayirci, E., “Wireless sensor networks: a survey” Computer Networks Volume: 38, Issue: 4, March 15, 2002, pp. 393-422

網站部份:
[25]行政院農委員會水土保持局,http://210.69.127.146/main/index_01.asp
[26]行政院農業委員會, http://bulletin.coa.gov.tw/view.php?catid=8206&print=1
[27]電子工程專輯,http://www.eettaiwan.com/ART_8800372353_617723.HTM
[28]IMUS實驗室, http://dblab.csie.ncku.edu.tw/imus/sensor/index.html
[29]上尚科技公司,http://www.atop.com.tw/t/product/GW51W-MAXI.htm
[30]明道管理學院網站, http://www.mdu.edu.tw/
[31]Crossbow, http://www.xbow.com
[32]Google Earth, http://earth.google.com/
[33]Intel, http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/20040316corp.htm
[34]Technology Review, http://www.technologyreview.com
[35]Smart Dust Project, http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust/
[36]Sensicast, http://www.sensicast.com/
[37]http://www.darpa.mil/ito/research/sensit
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