一种基于三维空间的温室传感器布设方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维空间的温室传感器布设方法和系统，采用在温室三维空间中获取最具空间代表性的点作为环境传感器布设最优点，通过由实测数据进行三维空间插值计算最优点位置；本发明专利技术减少了温室环境传感器布设的盲目性，提高了传感器监测点布设的准确性和科学性，既能保证环境传感器获得的数据最具空间代表性，又节约成本，便于实施，便于温室管理者使用，为高效管理温室提供保障。

A method and system of greenhouse sensor layout based on 3D space

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维空间的温室传感器布设方法和系统
本专利技术涉及温室环境监测方法及系统，特别是涉及一种基于三维空间的温室传感器布设方法及系统。
技术介绍
精准农业是采用信息技术与现代农业技术相结合，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制的现代化农业生产技术，其目标是最大限度地提高农业生产力，实现优质、高产、高效、低耗和环保的可持续发展农业。农业生产中的生产环境(例如，空气温度和空气湿度)与作物生长关系密切，获取连续的环境数据既有助于理解环境因子波动下作物生长是如何变化的，更可以通过微调小气候为优质，高产高效的生产提供保障。因此，精准农业实施过程中可以通过基于环境传感器的监测系统实时收集环境数据并进行分析，为选择最优的管理措施提供依据。温室中的空气温度湿度等环境条件通常被认为是均匀的。实际上，环境条件在温室中存在很大的空间变异性，有研究表明，在一个面积160m2的温室中，空气温度和湿度的差异分别可以达到3.3℃和9％。这种环境的差异可能造成作物生长产量和品质的差异性，甚至还可能导致病虫害防控的失败。在温室空间中均匀布设环境传感器能够准确的监测到环境差异，但是均匀布设传感器会导致成本大幅上升，同时对于多数缺乏专业知识的农民，多个传感器的数据并不利于其操作。在温室中，使用单套环境传感器在成本效率以及用户友好性上更有优势。因此，需要在最能代表温室环境条件的位置布设传感器。通常的温室传感器布设方案，往往将传感器布设在温室空间的中间，或者接近电源或网关的位置，但这些位置往往并不能代表温室环境，而这些位置监测到的环境数据通常与温室实际环境条件的平均值存在差异。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的之一是在温室环境传感器的布设中，为了降低成本，提高可操作性，提供一种寻找温室三维空间中对环境最具代表性的位置布设传感器的方法；本专利技术的目的之二是提供一种基于三维空间的温室传感器布设系统。技术方案：本专利技术的基于三维空间的温室传感器布设方法，包括如下步骤：(1)根据温室的实际情况布设采样点传感器，采样点传感器在长宽高方向的坐标值分别为i、j、k；收集传感器采集的温室环境数据，比如收集24小时的温室环境数据；并计算得到采样点传感器在设定的一段时间内各点采集的温室环境数据的采样平均值(2)在整个温室的三维空间中，根据采样平均值进行三维空间插值，得到三维空间上各点的环境数据E(n，m，p)；其中，n、m、p分别为三维空间插值后的各点的长宽高方向的坐标值；(3)根据三维空间插值的结果E(n，m，p)，计算出整个温室三维空间中的环境数据平均值(4)找出在整个温室三维空间中平均值的等值面，等值面上的点形成点集等值面上的点的温度值等于环境数据平均值(5)计算温室中心点(ic，jc，kc)与等值面上各点间的空间距离，取距离最小的点的空间坐标位置(amin，bmin，cmin)，该坐标上的点即为温室内的传感器布设最优点；在该坐标位置布设传感器并作为传感器布设最优点。首先，最优点在等值面上，它的数值最能代表大棚实际情况，具有代表性；并且其靠近温室的中心点，操作方便；其次，必须离温室中心距离最短，因为温室中心点理论上可代表的温室体积最大，离温室中心点越近，该点可代表的体积越大。其中，步骤(1)中，在温室内采用空间网格化或随机的方式进行布设传感器。当采用空间网格化的方式布设传感器，同一平面上布设的传感器间距为1～50m，在高度上布设传感器的层次不少于1，沿高度方向布设的传感器间距为0.1～10m。如果间距过大，则数据代表性不够；若间距过小，则布设的成本过高。因此在这个范围内的间距能避免出现上述两个问题，并使得采集的环境数据更具有代表性。步骤(2)中，所述三维空间差值为线性插值、样条曲线插值、克里格插值或反距离权重，同时也可以采用现有技术中其它三维空间插值方法。其中，传感器用于监测温度、湿度、CO2浓度、光强、光合有效辐射或氧气，并且也可以根据实际需求进行其他参数的监测。所述温室为玻璃温室、阳光板温室或塑料薄膜温室，温室的形状为文洛式、拱形或圆形等现有技术中所有常见温室。优选地，温室的面积为50～2000m2，体积为200～10000m3。当温室的面积大于2000m2或体积大于10000m3的温室，需要划分为多个独立区域，每个区域的面积和体积在前述范围内，每个区域分别使用本申请中的方法布设传感器。可以避免由于当温室的面积或体积过大，采用本方法获取最优位置时的可代表性下降。本专利技术还提供了一种基于三维空间的温室传感器布设系统，包括采集模块、数据处理模块，采集模块用于采集温室内沿长宽高方向布设的采样点传感器的环境数据，并将数据发送至数据处理模块；数据处理模块，先根据传感器采集到的环境数据计算出采集平均值，再在整个温室的三维空间中根据采集平均值进行三维空间插值处理，得到三维空间上各点的环境数据值；根据三维插值的结果计算出整个温室三维空间中的环境数据平均值后找出整个温室三维空间中平均值的等值面上的点集；计算温室中心点与等值面上各点间的空间距离，求得距离最小的点的空间坐标位置(amin，bmin，Cmin)，该坐标即为温室的传感器布设最优点。专利技术原理：现有技术中多采用布设多个传感器的方法，本专利技术提供一种在温室三维空间中获取最具空间代表性的点作为环境传感器布设最优点的方法和系统，结合三维空间环境传感器布设，具体通过由实测数据进行三维空间插值计算最优点位置，在该最优点位置布设传感器即可。有益效果：(1)本专利技术应用于面积较小的温室(2000m2以内)，本申请基于三维空间分析，在三维空间上布设传感器，且通过计算得到最优点位置，即仅需要在温室内布设一个最优点位置的传感器；(2)本专利技术为单套传感器布设方法，成本较低，且易于非专业人士使用，在不增加额外成本的前提下，提高传感器的监测精度；(3)本专利技术减少了温室环境传感器布设的盲目性，提高了传感器监测点布设的准确性和科学性，既能保证环境传感器获得的数据最具空间代表性，又节约成本，便于实施，便于温室管理者使用，为高效管理温室提供保障。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是空间网格化布点位置示意图；图3是构建的远程数据获取系统示意图；图4是本专利技术温度数据处理的流程图；图5是三维插值后温室三维空间温度的分布图；图6是温度为19.33℃的等值面；图7是最优位置示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步地详细描述。实施例1：图1为基于三维空间的温室传感器布设方法的流程图，该方法具体包括如下步骤：步骤1、采样点温度传感器布设本实施例的温室尺寸为1600×800×200(长×宽×高，单位：厘米)，根据长度、宽度和高度在温室内均匀分别布设5×3×3共计45个点，各点空间坐标如下表1，图2显示了空间网格化布点位置，在这些点上布设空气温度传感器作为采样点。表1、采样点传感器布设空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维空间的温室传感器布设方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)在温室内布设采样点传感器，收集传感器采集的温室环境数据，并计算得到采样点在设定时间内的温室环境数据的采样平均值

【技术特征摘要】
1.一种基于三维空间的温室传感器布设方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在温室内布设采样点传感器，收集传感器采集的温室环境数据，并计算得到采样点在设定时间内的温室环境数据的采样平均值i、j、k分别表示采样点传感器在长宽高方向的坐标值；
(2)在整个温室的三维空间中，根据采样平均值进行三维空间插值，得到温室三维空间上各点的环境数据E(n，m，p)；其中，n、m、p分别为三维空间插值后的各点的长宽高方向的坐标值；
(3)根据三维空间插值的结果E(n，m，p)计算出整个温室三维空间中的环境数据平均值
(4)找出在整个温室三维空间中平均值的等值面，等值面上的点形成点集等值面上的点的温度值等于环境数据平均值
(5)计算温室中心点(ic，jc，kc)与等值面上各点间的空间距离，取距离最小的点的空间坐标位置(amin，bmin，cmin)，将该坐标位置作为传感器布设最优点。


2.根据权利要求1所述的基于三维空间的温室传感器布设方法，其特征在于：步骤(1)中，在温室内采用空间网格化或随机的方式进行布设传感器。


3.根据权利要求1所述的基于三维空间的温室传感器布设方法，其特征在于：步骤(2)中，所述三维空间差值为线性插值、样条曲线插值、克里格插值或反距离权重。


4.根据权利要求1所述的基于三维空间的温室传感器布设方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨，刘晓宇，任妮，荀广连，戴秀，毛晓娟，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32