高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统技术方案

本发明专利技术提供了高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，包括：土壤检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤质量参数发送至数据预处理模块；数据预处理模块，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块，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；异常报警模块，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】
高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统
本专利技术涉及农田监测
，具体涉及高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统。
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，与传统的数据采集系统相比，无线传感器网络具有监测范围大、土壤质量参数准确的优势。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，包括：土壤检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤质量参数发送至数据预处理模块；数据预处理模块，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块，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；异常报警模块，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，所述土壤检测模块包括：汇聚节点和多个采集土壤质量参数的传感器节点，汇聚节点与数据预处理模块通信，多个传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤质量参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤质量参数并发送至数据预处理模块。优选地，所述数据管理模块包括：元数据管理子模块，被配置为元数据的添加、删除和更新；数据融合子模块，被配置为对相关数据进行融合处理；数据查询子模块，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：通过无线传感器网络采集土壤质量参数，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，实现了提高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高精度低成本的农田土壤质量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数据预处理模块的结构示意框图。附图标记：土壤检测模块1、数据预处理模块2、数据管理模块3、分析模块4、异常报警模块5、异常数据处理单元10、缺失数据处理单元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高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，包括：土壤检测模块1，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤质量参数发送至数据预处理模块；数据预处理模块2，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块3处进行存储；数据管理模块3，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块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；异常报警模块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，所述土壤检测模块1包括：汇聚节点和多个采集土壤质量参数的传感器节点，汇聚节点与数据预处理模块2通信，多个传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤质量参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤质量参数并发送至数据预处理模块。在一种可能实现的方式中，所述数据管理模块3包括：元数据管理子模块，被配置为元数据的添加、删除和更新；数据融合子模块，被配置为对相关数据进行融合处理；数据查询子模块，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，数据预处理模块2包括异常数据处理单元10和缺失数据处理单元20，异常数据处理单元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；缺失数据处理单元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通过无线传感器网络采集土壤质量参数，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，实现了提高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，网络运行初期，各传感器节点未休眠，簇首对簇内各传感器节点进行感知并计算对应的感知概率；若簇首对簇内传感器节点j的感知概率大于预设感知概率阈值，簇首将簇内传感器节点j作为工作节点，否则令传感器节点j进入休眠，其中，设定感知概率的计算公式为：式中，Qi→j表示簇首i对任意传感器节点j的感知概率，Ci1为簇首i的最大感知半径，Ci0为簇首i的最小感知半径，Lij为簇首i与传感器节点j的距离，d为预设的环境影响衰减系数，θ为预设的传感器节点性能衰减系数。进一步地，簇首根据确定的工作节点构建工作节点集，簇首计算各工作节点的冗余度，并令冗余度大于1的工作节点进入休眠，工作节点集中未休眠的传感器节点将负责土壤质量参数的采集工作；其中，设定所述冗余度的计算公式为：式中，Bi表示工作节点x的冗余度，Y(x)为工作节点x的感知区域，Rx为工作节点x的邻居节点集，其中邻居节点为位于工作节点x通信范围内的工作节点，Y(Rx)为工作节点x的邻居节点集的感知区域。本实施例设定了簇首对簇内传感器节点进行调度的机制，该机制中，簇首根据设定的感知概率确定工作节点集，并令工作节点集中冗余度过大的传感器节点进入休眠，而工作节点集中其他传感器节点进行感知操作。本实施例通过簇首对簇内各传感器节点的工作状态进行调整，确定了较为合理的工作节点数量，从而优化了簇内传感器节点资源的配置，能够降低簇内传感器节点的能量损耗，从整体上降低网络开销，延长了无线传感器网络的生命周期。在一种能够实现的方式中，簇首按照下列公式计算其工作节点集内的未休眠的工作节点的权值，并选择权值最大的工作节点作为辅助节点：式中，Ke为簇首i的工作节点集中未休眠的工作节点e的权值，Qi→e为簇首i对所述工作节点e的感知概率，Pavg为簇首i的工作节点集中未休眠的工作节点的当前剩余能量的平均值，Pe为所述工作节点e的当前剩余能量，Pe0为所述工作节点e的初始能量，Pmin为预设能量阈值下限；w1、w2为预设权重系数；在数据传输阶段，其余工作节点在辅助节点、簇首中选择距离最近的作为目的节点，将自身采集的土壤质量参数发送至目的节点；所述辅助节点在接收到的土壤质量参数量达到自身的缓存极限时将接收的土壤质量参数发送至对应簇首。本实施例设置辅助节点进行土壤质量参数的辅助收集，有利于降低簇首的负载，避免所有工作节点将土壤质量参数都直接发送至簇首而产生过多能耗。本实施例创新性地设计了权值的计算公式，并依据权值确定辅助节点，能够提高辅助节点负责土壤质量参数收集和传输的任务的可靠性。在一种能够实现的方式中，簇首定期计算其簇内的能量均衡程度，若能量均衡程度低于预设的能量均衡程度阈值，则簇首本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，其特征是，包括：土壤检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤质量参数发送至数据预处理模块；数据预处理模块，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块，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；异常报警模块，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，所述土壤检测模块包括汇聚节点和多个采集土壤质量参数的传感器节点，汇聚节点与数据预处理模块通信，多个传感器节点通过节点竞选操作确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤质量参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤质量参数并发送至数据预处理模块。

【技术特征摘要】
1.高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，其特征是，包括：土壤检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤质量参数发送至数据预处理模块；数据预处理模块，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块，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；异常报警模块，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，所述土壤检测模块包括汇聚节点和多个采集土壤质量参数的传感器节点，汇聚节点与数据预处理模块通信，多个传感器节点通过节点竞选操作确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤质量参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤质量参数并发送至数据预处理模块。2.根据权利要求1所述的高精度低成本的农田土壤质量智能监测系统，其特征是，所述数据管理模块包括：元数据管理子模块，被配置为元数据的添加、删除和更新；数据融合子模块，被配置为对相关数据进行融合处理；数据查询子模块，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所述的高精度低成本的农田土...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐火柳，
申请(专利权)人：广州巨枫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44