森林是陆地生态系统中最大的碳库，其储存的碳总量几乎占陆地碳库总量的一半，在降低二氧化碳浓度、减缓全球气候变暖中，有着十分重要和独特的作用。目前遥感技术是进行森林碳汇监测的主要手段，但是仅基于遥感技术的森林碳汇监测存在精度较低等问题。为此，研制一套森林碳汇地面监测系统，获取详实的地面碳汇信息，辅助遥感技术进行数据源的解译验证及其预处理，从而实现高精度的森林碳汇监测。森林碳汇地面监测系统基于ZigBee技术和GPRS通讯技术进行设计，利用ZigBee技术进行监测节点间的数据近距离无线传输，利用GPRS技术进行监测区域与用户服务器之间的数据远距离传输，并结合上位机软件对采集的数据进行处理。硬件设计方面，采集节点由ZigBee模块、开关电源模块、电流电压转换模块、AD转换模块及各类型传感器组成；ZigBee模块既作为控制器，控制传感器采集数据，又作为无线传输模块，将采集的数据发送至中心节点；开关电源模块将AC220V电源转换成需要的直流电源提供给节点的各个模块；电流电压转换模块将传感器输出的电流信号转换成电压信号，为AD转换做准备；AD转换模块使用ZigBee内部的14位ADC，将电压信号转换成程序可识别的数字信号。中心节点由ZigBee模块、开关电源模块、GPRS模块组成；中心节点的ZigBee模块只作为无线传输模块，向采集节点发送指令并接收采集节点发送的数据；GPRS模块将所有节点采集的数据发送至服务器。软件设计方面，ZigBee程序基于SAMPLEAPP例程进行开发，在应用层中编写了AD转换程序、数字式传感器读写程序、数据组播程序、串口通信程序、看门狗程序等。根据系统的实际需要，并考虑到恶劣的野外工作环境，对ZigBee程序进行了优化：优化了ZigBee模块的启动过程，使ZigBee模块搜索、加入网络的速度更快，成功率更高；为ZigBee模块加入了防掉线功能；优化了数据传输过程，防止数据冲撞；可人为远程控制系统工作状态。上位机软件使用Microsoft Visual Studio2008开发环境和C#编程语言进行设计，具有数据实时显示、数据存储和数据分析等功能。数据库使用SQL Server2005数据库。森林碳汇地面监测系统在泰山监测站测投入了实际应用，采集了大量数据。应用情况表明，系统能够在森林中无人照料的情况下长期稳定的工作，可以可靠地应用于森林碳汇监测，具有较高的应用价值。在完成监测系统的研制后，针对使用电池作为能源的监测系统，为了降低系统的电池能耗，延长系统的使用寿命，对系统中直接通信和协作通信的电池能耗进行了比较和研究，得出了当为节能而引入协作机制时，源节点和目的节点需要满足的距离条件，协作节点需要满足的位置条件及相应的最佳位置，并对目的节点位置和通信服务质量产生的影响进行了分析。监测节点分布优化研究可以为监测节点的布署提供理论支持，通过合理分布监测节点减少系统的电池能耗，从而延长整个系统的工作寿命。