[發明專利]一種基于WSN的土壤表面CO2通量監測系統

有效

• 申請號: 201110363971.9
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102721435A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 周國模;吳曉平;莫路鋒;周宇峰
• 申請（專利權）人: 周國模
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G08C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于WSN的土壤表面CO₂通量監測系統，屬于大氣環境監測技術領域，還涉及一種城市森林環境效益監測系統，尤其是一種在復雜環境下基于無線傳感器網絡的森林環境效益監測系統。?

背景技術

土壤呼吸在一定程度上反映了土壤養分轉化和供應的能力，是土壤質量和肥力的重要生物學指標和土壤健康狀況的指示因子。因而，土壤表面二氧化碳通量做比較精確的測定，對準確地進行陸地生態系統的碳核算，實施聯合國氣候變化框架公約，具有實質而重要的意義。現有技術領域不存在能夠自動采集、自動處理海量信息的CO₂通量監測軟件和硬件產品，也不存在公開發表的文獻。?

基于WSN(Wireless?Sensor?Network)的土壤表面碳通量監測系統由多個土壤碳通量測量器組成，且都工作在野外環境，要實現機械構件的自動化啟閉操作需要比其他領域的WSN節點設備耗費更多的電能，因此碳通量監測系統設計對能耗具有很高的要求，其軟件和硬件設計更加復雜。在每個器件的選用和電路設計中，能耗、效率、協同性都是必須考慮的因素。現有技術領域不存在能實現上述設計需求和應用需求的軟件、硬件產品，也不存在公開發表的文獻。?

此外，在城市高溫的夏季，瀝青和水泥路面周圍的溫度常常要比農村相同地區的溫度高2～8度。樹木遮擋馬路、建筑物等，通過土壤水分蒸發、蒸騰作用使周圍的空氣降溫。不僅如此，還可以使周圍的空氣濕度增加。樹木遮擋馬路、建筑物等還可以降低城市噪音，起到隔噪音作用。目前對森林環境效益監?測一般采用特殊的儀器用人工方法逐點進行，不能進行大范圍、實時和連續的測量，測量的準確性較低，范圍較小，時效性較差。現有技術領域不存在能夠通過WSN網絡自動采集、自動處理海量信息的森林環境效益監測軟件和硬件產品，也不存在公開發表的文獻。?

此外，為了解決氣候變暖問題，發達國家推動全球建立了一套二氧化碳排放權交易系統，簡稱“碳交易”系統。它是一種向各國分配二氧化碳排放配額，并把配額投放到市場上進行交易，從而降低二氧化碳排放量的一種市場化環境保護體系。?

碳交易市場發展非常迅猛。例如，2005年京都議定書正式生效后，全球碳交易市場出現了飛速增長的態勢。2007年，全球碳交易量從2006年的16億噸躍升到27億噸，上升68.75％。碳交易成交額增長非常迅猛。例如，2007年，全球碳交易金額達400億歐元，比2006年的220億歐元上升了81.8％。2010年，全球碳交易額已超過930億歐元。到2020年，全球碳交易額預計將達到3.5萬億美元，可能超過石油行業，成為全球第一大能源交易市場。?

一些國家或地區強制推廣碳交易，將極大地促進碳交易市場的擴張。例如，根據歐盟法律，從2012年1月起，全球航空業被納入歐盟碳排放交易機制，開辟歐盟航線的外國航空公司全部被納入這一機制。為此，中國國航在2012年預計需要向歐盟繳納約3400萬歐元的二氧化碳排放量購買費用。為了抵制不公平的碳交易體制，中國的國航、南航、東航正醞釀與中航協一起，共同向歐盟提起訴訟。?

碳交易不但已成為貿易壁壘，而且在全球已演化為核心的經濟、政治問題。發達國家認為，中國是制造業大國，中國基本上占據了60％多的CDM市場份額，因此發達國家對中國提出了越來越多的環境保護約束，對中國的國家碳配?額提出了非常苛刻的要求。?

實際上，中國的碳排放在很大程度上是為發達國家提供消費品和工業品；而且，中國擁有非常龐大的地下碳庫，尤其中國有世界上最大的竹林，對氣碳的土壤固化能力非常強。?

盡管中國是世界上工業氣碳的最大排放國，但中國也可能是世界上最大的氣碳植被土壤固化國，可能擁有世界上最大的地下碳庫。如果這個大規模、高速度消耗氣碳的地下碳庫真的存在，而且擁有比北美、西歐、日本等發達地區擁有的植被環境更強大、更快速的氣碳消耗能力，那么中國應當在碳交易全球配額體系中擁有主導性話語權。?

目前，公開發表的文獻，以及公開銷售、展示的土壤碳通量監測設備不能滿足我國土壤碳通量測量的需求，不能為我國地下碳庫的土壤碳通量測量提供技術支持。其主要技術缺陷如：?