本發(fā)明涉及林業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)森林調(diào)查過程中，森林溫度、濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等森林生境因子的獲取手段單一，在采集信息的過程中，不能根據(jù)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)更數(shù)已采集數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致采集獲取的數(shù)據(jù)精度低，可靠性差。

量子通信是量子信息學(xué)的一個(gè)重要分支，其理論是基于量子力學(xué)和經(jīng)典通信，即量子通信是量子力學(xué)和經(jīng)典通信相結(jié)合的產(chǎn)物。量子通信通過量子信道傳遞信息，并能夠確保所傳輸信息的絕對(duì)安全。將量子通信技術(shù)運(yùn)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中，將大大提高生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

本發(fā)明的有益效果為：適用于森林環(huán)境監(jiān)測(cè)。

附圖說明

利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

應(yīng)用場(chǎng)景1

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括電源，電源用于為微處理器供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了微處理器供電。

優(yōu)選地，所述森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器采用太陽能電池供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器供電。

本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測(cè)的無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點(diǎn)；

S3預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出與其對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動(dòng)管理終端。

本發(fā)明上述實(shí)施例構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的部署的方法包括：

(1)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)一般監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正六邊形中心，正六邊形邊長(zhǎng)

(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強(qiáng)的功能節(jié)點(diǎn)，設(shè)功能節(jié)點(diǎn)的通信半徑為4r，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和在一般監(jiān)測(cè)區(qū)域分別按照(1)中的方法對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測(cè)，在重點(diǎn)區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測(cè)區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測(cè)效果；增加功能節(jié)點(diǎn)，延長(zhǎng)了整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點(diǎn)過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點(diǎn)將收到的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示和參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送到上位機(jī)；

2)上位機(jī)對(duì)接收到的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值進(jìn)行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，求取選取的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值的平均值作為最終的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到的參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值滿足下述條件時(shí)，確定該強(qiáng)度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)第i次的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離；

4)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)k個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為d₁,d₂,...,d_k，未知傳感器節(jié)點(diǎn)X的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位精度，從而相對(duì)提高了監(jiān)測(cè)的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對(duì)信道進(jìn)行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測(cè)量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個(gè)發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動(dòng)方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機(jī)取0，每個(gè)單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送端對(duì)每個(gè)單光子脈沖的偏振態(tài)相位進(jìn)行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測(cè)器接收到光單子脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)接收量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，首先通過兩組不同基下的探測(cè)器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進(jìn)行相位及偏振基比對(duì)；

(3)接收端篩選測(cè)量信息，拋棄錯(cuò)誤偏振測(cè)量基得出的信息及錯(cuò)誤相位測(cè)量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對(duì)對(duì)篩選后的測(cè)量基計(jì)數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)比對(duì)，如果得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時(shí)，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進(jìn)行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時(shí)，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯(cuò)誤選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時(shí)，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時(shí)，存在竊聽。

本優(yōu)選實(shí)施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生改變，通過建立實(shí)際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進(jìn)行用戶的區(qū)分；對(duì)信道模型中安全門限進(jìn)行了分析，推得了實(shí)際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)由簇頭節(jié)點(diǎn)、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器組成，所述簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測(cè)成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測(cè)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測(cè)值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達(dá)到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測(cè)值，以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

本優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測(cè)量的非線性誤差，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)定T_L的值為0.4，傳感器節(jié)點(diǎn)定位的精度提高了8％，監(jiān)測(cè)精度提高了10％。

應(yīng)用場(chǎng)景2

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括電源，電源用于為微處理器供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了微處理器供電。

優(yōu)選地，所述森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器采用太陽能電池供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器供電。

本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測(cè)的無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點(diǎn)；

S3預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出與其對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動(dòng)管理終端。

本發(fā)明上述實(shí)施例構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的部署的方法包括：

(1)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)一般監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正六邊形中心，正六邊形邊長(zhǎng)

(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強(qiáng)的功能節(jié)點(diǎn)，設(shè)功能節(jié)點(diǎn)的通信半徑為4r，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和在一般監(jiān)測(cè)區(qū)域分別按照(1)中的方法對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測(cè)，在重點(diǎn)區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測(cè)區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測(cè)效果；增加功能節(jié)點(diǎn)，延長(zhǎng)了整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點(diǎn)過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點(diǎn)將收到的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示和參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送到上位機(jī)；

2)上位機(jī)對(duì)接收到的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值進(jìn)行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，求取選取的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值的平均值作為最終的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到的參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值滿足下述條件時(shí)，確定該強(qiáng)度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)第i次的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離；

4)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)k個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為d₁,d₂,...,d_k，未知傳感器節(jié)點(diǎn)X的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位精度，從而相對(duì)提高了監(jiān)測(cè)的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對(duì)信道進(jìn)行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測(cè)量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個(gè)發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動(dòng)方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機(jī)取0，每個(gè)單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送端對(duì)每個(gè)單光子脈沖的偏振態(tài)相位進(jìn)行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測(cè)器接收到光單子脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)接收量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，首先通過兩組不同基下的探測(cè)器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進(jìn)行相位及偏振基比對(duì)；

(3)接收端篩選測(cè)量信息，拋棄錯(cuò)誤偏振測(cè)量基得出的信息及錯(cuò)誤相位測(cè)量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對(duì)對(duì)篩選后的測(cè)量基計(jì)數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)比對(duì)，如果得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時(shí)，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進(jìn)行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時(shí)，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯(cuò)誤選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時(shí)，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時(shí)，存在竊聽。

本優(yōu)選實(shí)施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生改變，通過建立實(shí)際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進(jìn)行用戶的區(qū)分；對(duì)信道模型中安全門限進(jìn)行了分析，推得了實(shí)際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)由簇頭節(jié)點(diǎn)、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器組成，所述簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測(cè)成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測(cè)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測(cè)值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達(dá)到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測(cè)值，以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

本優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測(cè)量的非線性誤差，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)定T_L的值為0.45，傳感器節(jié)點(diǎn)定位的精度提高了9％，監(jiān)測(cè)精度提高了11％。

應(yīng)用場(chǎng)景3

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括電源，電源用于為微處理器供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了微處理器供電。

優(yōu)選地，所述森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器采用太陽能電池供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器供電。

本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測(cè)的無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點(diǎn)；

S3預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出與其對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動(dòng)管理終端。

本發(fā)明上述實(shí)施例構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的部署的方法包括：

(1)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)一般監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正六邊形中心，正六邊形邊長(zhǎng)

(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強(qiáng)的功能節(jié)點(diǎn)，設(shè)功能節(jié)點(diǎn)的通信半徑為4r，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和在一般監(jiān)測(cè)區(qū)域分別按照(1)中的方法對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測(cè)，在重點(diǎn)區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測(cè)區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測(cè)效果；增加功能節(jié)點(diǎn)，延長(zhǎng)了整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點(diǎn)過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點(diǎn)將收到的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示和參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送到上位機(jī)；

2)上位機(jī)對(duì)接收到的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值進(jìn)行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，求取選取的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值的平均值作為最終的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到的參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值滿足下述條件時(shí)，確定該強(qiáng)度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)第i次的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離；

4)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)k個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為d₁,d₂,...,d_k，未知傳感器節(jié)點(diǎn)X的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位精度，從而相對(duì)提高了監(jiān)測(cè)的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對(duì)信道進(jìn)行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測(cè)量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個(gè)發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動(dòng)方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機(jī)取0，每個(gè)單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送端對(duì)每個(gè)單光子脈沖的偏振態(tài)相位進(jìn)行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測(cè)器接收到光單子脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)接收量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，首先通過兩組不同基下的探測(cè)器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進(jìn)行相位及偏振基比對(duì)；

(3)接收端篩選測(cè)量信息，拋棄錯(cuò)誤偏振測(cè)量基得出的信息及錯(cuò)誤相位測(cè)量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對(duì)對(duì)篩選后的測(cè)量基計(jì)數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)比對(duì)，如果得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時(shí)，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進(jìn)行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時(shí)，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯(cuò)誤選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時(shí)，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時(shí)，存在竊聽。

本優(yōu)選實(shí)施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生改變，通過建立實(shí)際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進(jìn)行用戶的區(qū)分；對(duì)信道模型中安全門限進(jìn)行了分析，推得了實(shí)際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)由簇頭節(jié)點(diǎn)、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器組成，所述簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測(cè)成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測(cè)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測(cè)值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達(dá)到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測(cè)值，以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

本優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測(cè)量的非線性誤差，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)定T_L的值為0.5，傳感器節(jié)點(diǎn)定位的精度提高了10％，監(jiān)測(cè)精度提高了12％。

應(yīng)用場(chǎng)景4

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括電源，電源用于為微處理器供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了微處理器供電。

優(yōu)選地，所述森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器采用太陽能電池供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器供電。

本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測(cè)的無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點(diǎn)；

S3預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出與其對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動(dòng)管理終端。

本發(fā)明上述實(shí)施例構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的部署的方法包括：

(1)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)一般監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正六邊形中心，正六邊形邊長(zhǎng)

(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強(qiáng)的功能節(jié)點(diǎn)，設(shè)功能節(jié)點(diǎn)的通信半徑為4r，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和在一般監(jiān)測(cè)區(qū)域分別按照(1)中的方法對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測(cè)，在重點(diǎn)區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測(cè)區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測(cè)效果；增加功能節(jié)點(diǎn)，延長(zhǎng)了整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點(diǎn)過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點(diǎn)將收到的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示和參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送到上位機(jī)；

2)上位機(jī)對(duì)接收到的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值進(jìn)行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，求取選取的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值的平均值作為最終的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到的參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值滿足下述條件時(shí)，確定該強(qiáng)度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)第i次的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離；

4)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)k個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為d₁,d₂,...,d_k，未知傳感器節(jié)點(diǎn)X的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位精度，從而相對(duì)提高了監(jiān)測(cè)的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對(duì)信道進(jìn)行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測(cè)量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個(gè)發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動(dòng)方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機(jī)取0，每個(gè)單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送端對(duì)每個(gè)單光子脈沖的偏振態(tài)相位進(jìn)行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測(cè)器接收到光單子脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)接收量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，首先通過兩組不同基下的探測(cè)器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進(jìn)行相位及偏振基比對(duì)；

(3)接收端篩選測(cè)量信息，拋棄錯(cuò)誤偏振測(cè)量基得出的信息及錯(cuò)誤相位測(cè)量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對(duì)對(duì)篩選后的測(cè)量基計(jì)數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)比對(duì)，如果得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時(shí)，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進(jìn)行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時(shí)，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯(cuò)誤選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時(shí)，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時(shí)，存在竊聽。

本優(yōu)選實(shí)施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生改變，通過建立實(shí)際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進(jìn)行用戶的區(qū)分；對(duì)信道模型中安全門限進(jìn)行了分析，推得了實(shí)際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)由簇頭節(jié)點(diǎn)、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器組成，所述簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測(cè)成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測(cè)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測(cè)值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達(dá)到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測(cè)值，以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

本優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測(cè)量的非線性誤差，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)定T_L的值為0.55，傳感器節(jié)點(diǎn)定位的精度提高了8.5％，監(jiān)測(cè)精度提高了8％。

應(yīng)用場(chǎng)景5

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微處理器，森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器，森林溫度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林溫度信息，森林濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的森林濕度信息，光強(qiáng)度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的光照強(qiáng)度信息，土壤濕度傳感器用于采集被監(jiān)測(cè)森林區(qū)域的土壤濕度信息。

優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括電源，電源用于為微處理器供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了微處理器供電。

優(yōu)選地，所述森林溫度傳感器、森林濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器和土壤濕度傳感器采用太陽能電池供電。

本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器供電。

本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種森林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測(cè)的無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點(diǎn)；

S3預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值進(jìn)行比較，若所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出與其對(duì)應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動(dòng)管理終端。

本發(fā)明上述實(shí)施例構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的部署的方法包括：

(1)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和一般監(jiān)測(cè)區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)一般監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點(diǎn)部署于正六邊形中心，正六邊形邊長(zhǎng)

(2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強(qiáng)的功能節(jié)點(diǎn)，設(shè)功能節(jié)點(diǎn)的通信半徑為4r，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域和在一般監(jiān)測(cè)區(qū)域分別按照(1)中的方法對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測(cè)，在重點(diǎn)區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測(cè)區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測(cè)效果；增加功能節(jié)點(diǎn)，延長(zhǎng)了整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點(diǎn)過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點(diǎn)將收到的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示和參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送到上位機(jī)；

2)上位機(jī)對(duì)接收到的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值進(jìn)行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，求取選取的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值的平均值作為最終的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到的參考節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值滿足下述條件時(shí)，確定該強(qiáng)度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點(diǎn)收到每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)第i次的接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離；

4)計(jì)算未知傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)k個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為d₁,d₂,...,d_k，未知傳感器節(jié)點(diǎn)X的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的定位精度，從而相對(duì)提高了監(jiān)測(cè)的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對(duì)信道進(jìn)行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測(cè)量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個(gè)發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動(dòng)方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機(jī)取0，每個(gè)單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送端對(duì)每個(gè)單光子脈沖的偏振態(tài)相位進(jìn)行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測(cè)器接收到光單子脈沖，根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)接收量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，首先通過兩組不同基下的探測(cè)器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進(jìn)行相位及偏振基比對(duì)；

(3)接收端篩選測(cè)量信息，拋棄錯(cuò)誤偏振測(cè)量基得出的信息及錯(cuò)誤相位測(cè)量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對(duì)對(duì)篩選后的測(cè)量基計(jì)數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)比對(duì)，如果得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時(shí)，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進(jìn)行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測(cè)量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時(shí)，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯(cuò)誤選擇測(cè)量基時(shí)準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時(shí)，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時(shí)，存在竊聽。

本優(yōu)選實(shí)施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生改變，通過建立實(shí)際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進(jìn)行用戶的區(qū)分；對(duì)信道模型中安全門限進(jìn)行了分析，推得了實(shí)際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點(diǎn)由簇頭節(jié)點(diǎn)、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器組成，所述簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測(cè)成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測(cè)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測(cè)值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達(dá)到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對(duì)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測(cè)值，以自適應(yīng)的方式尋找各個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

本優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)處理節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測(cè)量的非線性誤差，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)定T_L的值為0.6，傳感器節(jié)點(diǎn)定位的精度提高了9.5％，監(jiān)測(cè)精度提高了10.5％。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。