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【DO YOUR BIT】古树名木保护装置——谢宗晟、邱鑫泉、陈柏煊
林秋波 林秋波 2020-01-16 17:51:51
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简单

古树名木保护装置 

主题 :保护陆地生物(全球目标15) 

我们是来自中国厦门市的谢宗晟、邱鑫泉、陈柏煊,在这次Do your bit活动中,我们为了保护古树名木,三人合作设计并制作了“古树名木保护装置”,希望能够减少古树名木被盗伐的现象。 

一、项目背景 

我们最大的爱好是看科普视频和时事新闻,从中明白古树名木具有非常高的科研价值,是大自然留给我们的宝贵财富。但古树名木被盗伐事件常常发生,我们看到活了上百年的树,一下子就被砍了,觉得很可惜。于是,我们着眼于保护陆地生物的目标,制作了“古树名木保护装置”作为这次活动的作品。

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古树,是指树龄在一百年以上的树木。 名木,是指国内外稀有的以及具有历史价值和纪念意义及重要科研价值的树木。百年古树成长不易,保护树木,是每个人的职责与义务。

二、挖掘问题背后的根源 

古树名木价格高昂,盗伐者因利益驱使,盗伐国家保护植物与珍惜物种,即便是设有防护栏和看管人员,也无法阻止盗伐者违法犯罪的脚步,而且人员看管方式存在精力有限、人力耗费巨大,人员数量不足等问题。 

三、盗伐古树名木的后果 

古树名木具有多方面的价值,例如历史价值、文物价值、生物学价值、生态价值、观赏价值,可以说他们是“活着的文物”。盗伐古树名木,不仅破坏国家的林业资源,导致国家保护植物数量减少,而且当事人及其相关人员将构成盗伐林木罪,国家必定依法追究其刑事责任。 

四、现有的古树名木的保护措施 

1:行政主管部门备案,向全社会公布古树名木保护名录,并设立保护标牌和石碑,明令保护。 

2:通过多种途径加大对古树名木的宣传力度,提高全民的保护意识。 

3:安排警卫或林业管理人员进行监守。 

五、古树名木保护装置简介 

在每颗古树上装一个microbit用于检测是否有人砍树,可以减少人力物力的消耗;太阳能供电能够保证24小时都时刻保护着每一颗古树,不给盗伐者砍树的机会。 

项目原理: 

古树名木保护装置会实时监测古树名木的动态。我们将保护设备安装到古树名木上,给每一颗古树进行编号。然后,工作人员在初次把设备安装到树上时,会手工记录古树所处的地理位置(经度纬度),然后保存到数据库。当有非法入侵者在盗伐古树时,microbit设备会感受到振动。随后会向森林管理局发送“Danger=古树ID”信号。森林管理局就会根据设备ID,从数据库里面定位古树位置(经度纬度),及时赶过去阻止非法入侵者。

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 原理图

六、材料清单 

microbit开发板*4 

蜂鸣器*1 

鳄鱼夹 *3 

杜邦线 *若干 

太阳能电池*1 

纸板*1 

七、设计与制作过程 

头脑风暴几种不同的解决思路 

1:把几颗古树指定给一个工作人员来看管。但耗费的人力很大,古树名木数量多,看管不完。 

2:装防盗网,也不现实,森林范围非常大,装防盗网成本太高了 

3:用监控电锯声音来解决,后来被PASS掉了。因为盗伐者可能会通过播放音乐来避免被监控到 

4:在电锯上安装microbit板,这个工程太大了,全球这么多电锯,不现实。 

5:古树上安装microbit,然后用振动感应的思路来监控。 

最终,考虑到成本和效果,我们采用了第5个方案 

遇到的问题与解决措施 

灵敏度的问题: 

 一开始我们采用的是“当振动时”这个命令,可是,当我们在公园里模拟锯树的时候,发现没有效果。除非等到很大的振动,比如树倒下了,才会发出信号。可以那样就已经太晚了。后来,经过我们的摸索,发现程序命令清单里面,有一个加速度值,这个值,可以检测到轻微的振动。所以,我们就采用这个加速度值来判断是否有人在偷砍伐古树。

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模拟盗伐树木的场景,调试灵敏度范围

Microbit保护装置放的位置是哪里:

因为该装置是采用振动原理从而报警的,所以,不能放最顶端的树枝上,因为树枝容易受到风吹导致振动。所以,我们决定把装置放到一个防雨水的盒子里面,然后盒子固定在树干上,这样就比较不容易受到天气的影响。 

小动物碰撞或者果实掉落碰撞: 

森林里面的小动物(比如小松鼠)很多,树的果实掉落也挺多。如果碰到这个装置,可能会引起振动,导致误报。我们分析,如果小动物碰到的话,基本上不会超过2-3秒。所以,我们在代码里面,加上了判断,如果连续3秒的加速度值,都大于1250,那么,就认定有人在锯树,发出警告。反之,则认定是非人为的碰撞。不做任何处理。直接忽略。

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电源供应 :

考虑到森林里面没有电源,所以,电源需要自己提供。一开始想到用的是电池,但电池电量会消耗光,更换电池的话,非常麻烦。后来就想到用太阳能电池供电。把太阳能电池放到树的最顶端,阳光照射得到的地方,然后拉一条电线下来,接到microbit保护装置上面。 

另外,我们考虑到成本的问题,因为microbit耗电很小,所以,我们采用的是1个太阳能电池,同时给几颗树的microbit同时供电。

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太阳能电池供电

日常维护 :

考虑森林里面古树比较多,需要放置的microbit保护装置也比较多,时间久了可能会故障。如何判断是不是所有microbit都处于正常工作状态呢?一开始我们想到的是让森林管理员定期去检查,但这样工作量很大。后来,我们想到了一个方法,就是让每个microbit持续不断的,每隔1小时或者10分钟,就发出一个信号(“OK=古树ID”)给管理处,表明自己是处于正常工作状态的。这种方式,就节省了大量的人力物力。

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团队分工,提高工作效率

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制作装置的模型

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编写控制装置的代码

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放学后在学校初次绘制原理图 

程序设计

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发送端代码

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接收端代码

八、产品展示 

盗伐者一般在看管人员休息、下班的时候盗伐古树,人力看管不可能24小时打起精神。古树名木保护装置解决了这一难题,大大减少了人力物力。

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古树名木保护装置

九、视频介绍

十、反思拓展 

模型做完之后,我们又发现了3个问题。 

1:我们在制作的过程中,不小心,把其中一个microbit拿到带到另外一个房间里,结果,就发现接收不到信号了。然后我们上百度网查了2.4G无线通信的距离,发现2.4G无线通信的距离有限,只有10M-100M之间。

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考虑到森林里面古木和森林管理局距离比较远,所以,最终的方案,可能会用发射距离更远的手机GSM信号来代替2.4G通信。只需给每个microbit配套1个GSM信号模块就行了。 

2:森林管理局,管理者一大片森林,有好几百颗古树。所以,每时每刻都接收信号,并且要及时分析信号是否有异常,并及时做相应的处理。 

所以,森林管理局如果只用microbit来接受信号、处理数据,是远远不够的,建议采用普通的电脑主机,来做这件事情。 

3:如果加上烟雾传感器的话,就可以检测到森林火灾了。 

虽然我们发现了上述3个问题,也找到了解决思路。但因为最近要期末考,没有时间修改。所以,先标明出来,以后有机会再修改。 

Makelog作者原创文章,未经授权禁止转载。
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