大学组三等奖优秀作品
一种新型牧场管理系统................................................ 2 一种基于北斗导航的精确公交信息监测系统.............................. 8 基于北斗导航系统的便携药品贮存系统的设计与实现..................... 13 基于北斗导航和3G网络的盲人导航终端设计............................ 24 GNSS/INS组合导航系统数据处理分析软件界面及其处理结果的多维同步显示和场景回放........................................................... 31 一种直接分离波浪运动信号的CNSS终端浮标器的设计.................... 41 基于北斗卫星导航定位系统的海啸应急预警应用......................... 48 基于北斗卫星导航的公务用车管理系统................................. 54 基于无人机遥感的移动应急联动系统关键技术研发与示范................. 59 神眼，出击！....................................................... 62 迷航............................................................... 65 纸条与暗战......................................................... 71 夏日温情........................................................... 79 基于GPS定位的遥控无人搜救机....................................... 83 基于GPS的野外动态定位核辐射检测无人车............................ 106 智能高速无人巡逻艇................................................ 117
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第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛优秀作品（大学组）
科技小论文
一种新型牧场管理系统
作者：侯天印、李庚、孙光银、毛逸菲 指导教师：王智森
（大连工业大学 信息科学与工程学院，大连 甘井子116034）
【摘要】 本文针对牧场管理，结合卫星导航定位技术，提出一种将卫星通信与地面通信相融合的系统，并首次应用到畜牧业上，实现无人化监管牧场和牧群即时生长信息获取。本系统通过巧妙地利用RFID这种无线短距离射频通信技术，拓展了卫星定位导航的应用，使其在畜牧业上广泛的应用成为可能。而用户只需通过手中的卫星手持终端便可定位牧群，再通过北斗卫星通信或地面GPRS通信随时获取和了解牧群的状况。涉及到得设备包括：北斗卫星、基站、WEB服务器、卫星手持终端设备、PC、车载终端、固定终端、RFID读写模块和标签等。【关键词】 “北斗”卫星导航定位、RFID
1 背景及意义
我国是农业大国，畜牧业又是我国一大产业，因而研制一款系统设备来监控畜牧业显得尤为重要。据调查，现在蒙古草原等区域放牧尚且用的还是传统的放牧方式，需要牧民亲自前往，难免会造成人力浪费。另一方面，卫星导航定位技术已经应用到很多领域，例如，监管老人小孩，稀有动物等等，但卫星定位导航技术的费用较高，所以未能应用到大型放牧的畜牧业上。因而，如何降低成本，将卫星导航技术普及，甚为重要。再者，随着人们生活水平的提高，对健康要求也逐渐增大，然而，类似猪流感，禽流感的问题亦会引起人们的恐慌，所以对动物的监控也显得相当重要，若能随时掌控动物的生长状况以及在运输过程的各种信息，才能为人类提供真正健康的食品。[1]
本发明的意义有：一便于他们对牧种的监控，实现无人化牧场管理，可以使牧民更有效地放牧；二可以使研究工作者，实时掌控动物的生长状况，及时对传染病源进行控制，给人类提供健康的畜牧产品。
2 设计方案或实验过程
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本发明是构造一个卫星导航定位与地面通信相结合的系统，通过手持终端来方便有效地掌控动物的生长状况和所处位置。大体过程即我们首先根据羊群的数目，按一定的比例选定出一定数目的代表羊，然后在它们身上佩戴一个小型的终端（例如项圈），植入卫星通信模块，GPRS模块和和RFID读写模块，用来通信和收集信息。剩余的羊则佩戴一个射频标签（可作为耳标）。
无人监管方面：当我们把羊放牧出去时，由于动物的流动性，我们标记的代表羊就会混在羊群的各个位置。由于射频信号能够检测到的范围是方圆80米左右，那么所标记的代表羊能检测的范围就基本上能够随时覆盖整个羊群，从而进行实时信息收集。通过代表羊身上的RFID读写模块读出它周围RFID标签数目，从而检测羊只信息，并统计数量，如果数量不足，则将收集到的信息通过GPRS模块上传到互联网,这些信息一方面通过服务器传到牧场主的计算机中，进行信息统计，另一方面则上传到牧场主的手持终端。当牧场主接收到信息，发现羊只数量不足时，就立即通过手持终端向卫星发送信息，代表羊颈上佩戴的卫星接收器就能够立即接收到信息，从而将羊群定位，并通过卫星提供给牧场主具体的羊群地理位置信息，并提示牧场主及时采取措施到给定的地理位置去核实羊群情况。
羊只生理信息测量方面：我们可以将所有大型牧群的羊只的生理信息都记录都数据库中，而羊只身上的每一个标签都携带着自身的信息，标签就相当于它们的ID，这样我们就可以实时监控各个羊群的生长状况，如果发生流感等疾病，可以及时采取措施进行控制，具体过程是，研究工作者通过卫星定位系统定位到各个羊群中的代表羊，而其他羊只的信息可以通过代表羊携带的RFID读写模块获取。
3 理论设计计算
假如牧场主饲养了200只羊，群聚时平均每只羊的活动范围8平方米，200只羊活动总范围约为1600平方米，射频读写模块所能接收到有效距离是10~15米，取其一般水平，探测到12.5米之内的信号是优良的。那么每头装有卫星终端的羊，能够收集到的信息是它周围方圆12.5米左右，约为490.5平方米，为了尽量减少误差给200只羊挑出8只羊带有终端，理想化的无重叠的覆盖面积是3925平方米，3925大于1600，能够保证羊群的信息随时被全面掌控。
该系统通过结合射频技术大大缩减了成本，现在市场上一个一般的卫星定位终端大概50左右，一个GPRS模块是30元，一个读写模块60元，一个射频标签一元以下。假如不采用射频技术每只羊都安上终端仅这些仪器的设备将花销28000元左右，通过射频技术将会缩减到1120元左右，非常经济。
4 工作原理及性能分析
本设计的基本工作原理是将北斗卫星导航技术与RFID射频通信技术相融合，结合手持终端，开发出一套适合草原牧场的管理系统， 实现畜牧业的无人化看管和牧群健康安全的实时掌控。北斗卫星畜牧业导航系统如图1所示。
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图1.北斗卫星畜牧业导航系统
无人监管方面：牧民通过手持终端或家中本地电脑获取牧群实时情况，随时掌控牧群的地理位置，利用的方式是北斗卫星导航定位。牧群之间又是通过RFID射频技术进行通信，如果出现羊只丢失，及时把信息通过GPRS无线技术传达给用户终端，让用户及时了解异常信息。对于GPRS覆盖率不足的区域，羊群可以利用“北斗卫星”的通信功能，将羊只丢失信息传达给用户。
具体工作流程如图2，首先，我们假设一个羊群中养殖数目为M，羊群中的头羊，可以作为代表羊，按常理，其他羊一般都会跟着头羊走。所以，我们只需将羊群中为数不多的头羊佩戴卫星终端，牧民便可以利用手持卫星终端来定位羊群位置。当羊群被放牧出去时，由于动物的流动性，佩戴卫星接收器的代表羊就会混在羊群的各个位置。由于射频信号能够检测到的范围是方圆80米左右，那么所标记的代表羊能检测的范围就基本上能够随时覆盖整个羊群，从而进行实时信息收集。[2]
我们现在模拟一下整个过程：早上，牧民将羊群放牧到草原的某个位置，人便可离开牧场回到家中或其他地方，当羊群中的某只羊走失（这里的“走失”指的是代表羊检测不到它所带的RFID标签）时，离它最近的代表羊会定时检测羊只携带的RFID标签数目。一旦检测到RFID信号数目m＜M（M为预设羊只数目），代表杨佩戴项圈中的微处理器便会检测周围GPRS信号覆盖率，如果达到通信功能，则通过GPRS模块的通信单元向用户发出警报信号，反之，GPRS信号覆盖率没有达到通信功能，则利用“北斗”卫星的通信功能，向用户发出警报信号。用户接受到信号后，可以利用手中的卫星导航定位终端，向地面中心站发出定位羊群的请求，地面中心站通过“北斗”导航定位系统定位到羊群，再将信息反馈给用户，用户便可以通过这些信息来及时寻找丢失的羊只。[3]
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图2.北斗卫星畜牧业导航流程图
另一方面：我们可以将所有大型牧群的羊只的生理信息都记录都数据库中，而羊只身上的每一个标签都携带着自身的信息，标签就相当于它们的ID，这样我们就可以实时监控各个羊群的生长状况，如果发生流感等疾病，可以及时采取措施进行控制，具体过程是，研究工作者通过卫星定位系统定位到各个羊群中的代表羊，而其他羊只的信息可以通过代表羊携带的RFID读写模块获取。[4]
项圈构造如图3，由低功耗微处理器，存储单元，GPRS通信模块，卫星通信单元，RFID读写模块，时钟控制单元，以及输入输出接口，电源等组成。
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