基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统技术方案

技术编号:20016000 阅读:27 留言:0更新日期:2019-01-05 23:26
本发明专利技术提供了基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,包括:数据采集子系统,用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集,并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理装置;预处理装置,被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理,并发送至服务器处进行存储;服务器,被配置为对存储的数据进行管理;计算机分析终端,被配置为将土壤质量参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果;报警装置,被配置为接收所述比较结果,并在土壤质量参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统
本专利技术涉及农田监测
,具体涉及基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统。
技术介绍
现有技术中,信息化技术在推动农业的发展上越来越受到重视。无线传感器网络是实现农业信息化的重要手段,无线传感器网络技术集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体,能够通过各类微型传感器节点间的协作、实时感知和采集被监测对象的信息。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现:提供了基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,包括:数据采集子系统,用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集,并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理装置;预处理装置,被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理,并发送至服务器处进行存储;服务器,被配置为对存储的数据进行管理;计算机分析终端,被配置为将土壤质量参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果;报警装置,被配置为接收所述比较结果,并在土壤质量参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。优选地,所述服务器包括:元数据管理单元,被配置为元数据的添加、删除和更新;数据融合单元,被配置为对相关数据进行融合处理;数据查询单元,被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据;所述相关数据包括所述土壤质量参数、所述元数据。本专利技术的有益效果为:实现了农田土壤质量的监测,能够实时将土壤的情况进行记录和分析,在土壤质量参数不满足条件时及时预警,提高了农田监测的自动化程度以及数据采集精度。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术一个示例性实施例的基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统的结构示意框图;图2是本专利技术一个示例性实施例的预处理装置的结构示意框图。附图标记:数据采集子系统1、预处理装置2、服务器3、计算机分析终端4、报警装置5、数据修正单元10、数据填补单元20。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1,本专利技术实施例提供了基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,包括:数据采集子系统1,用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集,并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理装置;预处理装置2,被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理,并发送至服务器3处进行存储;服务器3,被配置为对存储的数据进行管理;计算机分析终端4,被配置为将土壤质量参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果;报警装置5,被配置为接收所述比较结果,并在土壤质量参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。其中,所述数据采集子系统1包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点,所述汇聚节点部署于设定的数据采集区域的中心位置,四个中继节点设置于数据采集区域中的不同位置,且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同,所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内;传感器节点负责采集土壤质量参数并将土壤质量参数发送至其中一个中继节点,中继节点将接收的土壤质量参数单跳发送至汇聚节点,以由汇聚节点将土壤质量参数传输到预处理装置2。在一种可能实现的方式中,所述服务器3包括:元数据管理单元,被配置为元数据的添加、删除和更新;数据融合单元,被配置为对相关数据进行融合处理;数据查询单元,被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据;所述相关数据包括所述土壤质量参数、所述元数据。在一种能够实现的方式中,如图2所示,预处理装置2包括数据修正单元10和数据填补单元20,数据修正单元10被配置为对接收的土壤质量参数进行异常检测,并将检测出的异常数据进行修正处理;数据填补单元20被配置为对土壤质量参数进行缺失检测,并对检测出的缺失序列进行数据填补。本专利技术上述实施例设计的农田土壤质量智能可靠监测系统,实现了农田土壤质量的监测,能够实时将土壤的情况进行记录和分析,在土壤质量参数不满足条件时及时预警,提高了农田监测的自动化程度以及数据采集精度。在一种能够实现的方式中,传感器节点模型采用布尔感知模型,传感器节点感知半径异构,任意传感器节点的感知半径在[Kmin,Kmax]范围内,其中Kmax和Kmin分为传感器节点感知半径的上下限;将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内后,将数据采集区域平均划分为多个方形的网格区域,按照监测需求强度为每个网格区域分配监测重要等级,所述的监测重要等级包括低级重要、中级重要和高级重要,设置低级重要对应的理论覆盖密度为0.8,中级重要对应的理论覆盖密度为1.0,高级重要对应的理论覆盖密度为1.2,计算每个网格区域为满足理论覆盖密度而需要部署的传感器节点数量,设Mi表示第i个网格区域为满足理论覆盖密度而需要部署的传感器节点数量,所述第i个网格区域中实际已部署的传感器节点数量为Mi0,若Mi0<Mi,则在所述第i个网格区域中添加部署Mi-Mi0个传感器节点。其中,Mi的计算公式为:式中,Di为所述第i个网格区域对应设置的理论覆盖密度,Hi为所述第i个网格区域的面积大小;int为取整函数。本实施例将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内后,将数据采集区域平均划分为多个方形的网格区域,并基于监测需求强度为每个网格区域设置相应的理论覆盖密度,并按照理论覆盖密度计算网格区域应该设置的传感器节点数量,在实际部署的传感器节点数量小于该应该设置的传感器节点数量时,继续增添传感器节点。本实施例能够使得每个网格区域中的传感器节点部署都能够达到一定的网络覆盖密度,保障了监测需求,且相对于随机部署传感器节点的方式,优化了网络拓扑结构,进而提升无线传感器网络的监测性能。在一个实施例中,完成传感器节点部署后,将设定的数据采集区域随机划分为L个虚拟网格区域,且使得各中继节点在不同的虚拟网格区域内;在不包含中继节点的虚拟网格区域中选取簇头;簇头负责收集所在虚拟网格区域内的各传感器节点采集的土壤质量参数,每个簇头将收集的土壤质量参数发送至距离最近的中继节点;在包含中继节点的虚拟网格区域中,各传感器节点将所采集的土壤质量参数通过直接发送或者多跳发送的形式发送至对应的中继节点;其中按照下列公式确定虚拟网格区域的划分数目L:式中,D为所述数据采集区域的面积,So为中继节点到汇聚节点的距离,int为取整函数。本实施例在不包含中继节点的虚拟网格区域中通过分簇的方式进行土壤质量参数的收集,而在包含中继节点的虚拟网格区域中不进行组簇,有利于降低网络的整体能耗,同时避免不必要的分簇,节省分簇能耗,有效延长无线传感器网络的生命周期。本实施例基于数据采集区域的实际情况,设计了数据采集区域划分成虚拟网格区域的数目的计算公式,根据该计算公式确定虚拟网格区域的数目,相对于随机设定的方式,优化了分簇的数目,有利于节省网内传感器节点的能耗,进而降低土壤质量参数的采集成本。在一种实施方式中,在不包含中继节点的虚拟网格区域中选取簇头,包括:(1)计算虚拟网格区域的重心位置:式中,Br表示虚拟网格区域r的重心位置,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,其特征是,包括:数据采集子系统,用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集,并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理装置;预处理装置,被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理,并发送至服务器处进行存储;服务器,被配置为对存储的数据进行管理;计算机分析终端,被配置为将土壤质量参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果;报警装置,被配置为接收所述比较结果,并在土壤质量参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息;其中,所述数据采集子系统包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点,所述汇聚节点部署于设定的数据采集区域的中心位置,四个中继节点设置于数据采集区域中的不同位置,且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同,所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内;传感器节点负责采集土壤质量参数并将土壤质量参数发送至其中一个中继节点,中继节点将接收的土壤质量参数单跳发送至汇聚节点,以由汇聚节点将土壤质量参数传输到预处理装置。

【技术特征摘要】
1.基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,其特征是,包括:数据采集子系统,用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集,并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理装置;预处理装置,被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理,并发送至服务器处进行存储;服务器,被配置为对存储的数据进行管理;计算机分析终端,被配置为将土壤质量参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果;报警装置,被配置为接收所述比较结果,并在土壤质量参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息;其中,所述数据采集子系统包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点,所述汇聚节点部署于设定的数据采集区域的中心位置,四个中继节点设置于数据采集区域中的不同位置,且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同,所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述数据采集区域内;传感器节点负责采集土壤质量参数并将土壤质量参数发送至其中一个中继节点,中继节点将接收的土壤质量参数单跳发送至汇聚节点,以由汇聚节点将土壤质量参数传输到预处理装置。2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,其特征是,所述服务器包括:元数据管理单元,被配置为元数据的添加、删除和更新;数据融合单元,被配置为对相关数据进行融合处理;数据查询单元,被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据;所述相关数据包括所述土壤质量参数、所述元数据。3.根据权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的农田土壤健康智能监测系统,其特征是,预处理装置包括数据修正单元,数据修正单元被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员:不公告发明人
申请(专利权)人:广州文搏科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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