基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备。所述方法包括：步骤1：采用一智能手机，分时获取直达与反射数据；步骤2：对反射数据和直达数据进行滤波和可视化；步骤3：加入手机天线朝向、手机固定方式、地形起伏、土壤粗糙度影响因素，确定正式测量时所要满足的外界条件；步骤4：进行随空间变化实验和随时间变化实验，从实验数据得到信噪比值和原位土壤湿度的线性关系。本发明专利技术首次尝试使用智能手机的北斗信号信噪比估计土壤湿度，相比传统的固定式接收机可灵活地选择实验区域，就地获取实时的数据，而且北斗GEO卫星相对于地面静止，反射区域位置固定且容易推算，在日常生活中的泛化性较强。在日常生活中的泛化性较强。在日常生活中的泛化性较强。

【技术实现步骤摘要】
基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备


[0001]本专利技术实施例涉及遥感
，尤其涉及一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备。

技术介绍

[0002]土壤湿度即土壤含水量，是土壤的重要物理物质，准确、及时和长期跟踪监测土壤湿度，对于农业、水文、气象、地球物理研究十分重要。相关的土壤湿度测量方法一般是点位的小范围湿度，接触性测量工作量大成本高，而且离散程度大，不能较好地反映一整片区域的土壤湿度特性；遥感卫星飞行高度高，探测范围很大，覆盖的土壤内成分多样复杂，测得的结果通常是平均值，反射过程中损耗模型较难得到精准模拟，精度受到极大的限制。因此，开发一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术实施例提供了一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备。
[0004]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，包括：步骤1：采用一智能手机，分时获取直达与反射数据；步骤2：对反射数据和直达数据进行滤波和可视化；步骤3：加入手机天线朝向、手机固定方式、地形起伏、土壤粗糙度影响因素，确定正式测量时所要满足的外界条件；步骤4：进行随空间变化实验和随时间变化实验，从实验数据得到信噪比值和原位土壤湿度的线性关系。
[0005]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，步骤1中的直达与反射数据获取，采用智能手机分时接收北斗GEO信号，编写程序读取NMEA0183格式的txt文件。
[0006]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，步骤2中的对反射数据和直达数据进行滤波，是对一分钟直达数据去除异常时刻后取平均，对三分钟反射数据进行巴特沃斯低通滤波。
[0007]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，步骤4中的线性关系为y＝ax+b，是根据一一对应的多组实验数据最小二乘拟合以及霍夫变换拟合，综合考虑两种拟合结果得到的线性关系。
[0008]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，所述对直达数据进行滤波和可视化，包括：
[0009][0010]其中，d
av
为直达数据去除无效时刻后的平均值，n为60秒内信噪比为0的时刻数，d(x,5)为直达数据信噪比，x为1至60的整数。
[0011]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，所述正式测量时所要满足的外界条件，包括：将手机头朝向卫星方向放置，手机头朝向卫星和手机侧面朝向卫星相比，内置天线所接收的信号在第一种情况下更稳定；将手机平行于地面放置，手机背部放置一屏蔽板，避免反射信号和直达信号间相互干扰；实验目标区的地形起伏越小，周围地物越简单，信号的波动就越小，周围植被和房屋会反射或散射卫星信号，实验区域土壤的粗糙度和湿度的差异在预定阈值内，以保证均匀性。
[0012]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，所述从实验数据得到信噪比值和原位土壤湿度的线性关系，包括：随时间变化的实验步骤是，选择平整的狭长的土壤湿度变化大的土壤，沿着该区域匀速缓慢地移动，采用金属板固定智能手机按1:3的分时比接收直达信号和反射信号，采用土壤湿度计测量原位土壤湿度，比较原位土壤湿度和信噪比比值的变化趋势；随空间变化的实验步骤是，选择一个固定的土壤区域，在降雨前后每天完成实验，获得原位土壤湿度值和信噪比比值，比较其在降雨过程中的变化趋势。
[0013]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计装置，包括：第一主模块，用于实现步骤1：采用一智能手机，分时获取直达与反射数据；第二主模块，用于实现步骤2：对反射数据和直达数据进行滤波和可视化；第三主模块，用于实现步骤3：加入手机天线朝向、手机固定方式、地形起伏、土壤粗糙度影响因素，确定正式测量时所要满足的外界条件；第四主模块，用于实现步骤4：进行随空间变化实验和随时间变化实验，从实验数据得到信噪比值和原位土壤湿度的线性关系。
[0014]第三方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：
[0015]至少一个处理器；以及
[0016]与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
[0017]存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法。
[0018]第四方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法。
[0019]本专利技术实施例提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法及设备，首次尝试使用智能手机的北斗信号信噪比估计土壤湿度，相比传统的固定式接收机可灵活地选择实验区域，就地获取实时的数据，而且北斗GEO卫星相对于地面静止，反射区域位置固定且容易推算，在日常生活中的泛化性较强。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计装置结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的采集卫星数据的表格示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的智能手机分时接收直达信号和反射信号的几何关系图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，包括：步骤1：采用一智能手机，分时获取直达与反射数据；步骤2：对反射数据和直达数据进行滤波和可视化；步骤3：加入手机天线朝向、手机固定方式、地形起伏、土壤粗糙度影响因素，确定正式测量时所要满足的外界条件；步骤4：进行随空间变化实验和随时间变化实验，从实验数据得到信噪比值和原位土壤湿度的线性关系。2.根据权利要求1所述的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，步骤1中的直达与反射数据获取，采用智能手机分时接收北斗GEO信号，编写程序读取NMEA0183格式的txt文件。3.根据权利要求2所述的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，步骤2中的对反射数据和直达数据进行滤波，是对一分钟直达数据去除异常时刻后取平均，对三分钟反射数据进行巴特沃斯低通滤波。4.根据权利要求3所述的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，步骤4中的线性关系为y＝ax+b，是根据一一对应的多组实验数据最小二乘拟合以及霍夫变换拟合，综合考虑两种拟合结果得到的线性关系。5.根据权利要求4所述的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，所述对直达数据进行滤波和可视化，包括：其中，d
av
为直达数据去除无效时刻后的平均值，n为60秒内信噪比为0的时刻数，d(x,5)为直达数据信噪比，x为1至60的整数。6.根据权利要求5所述的基于智能手机北斗导航数据的土壤湿度估计方法，其特征在于，所述正式测量时所要满足的外界条件，包括：将手机头朝向卫星方向放置，手机头朝向卫星和手机侧面朝向卫星相比，内置天线所接收的信号在第一种情况下更稳定；将手机平行于地面放置，手机背部放置一屏蔽板，避免反射信号和直达信号间相互干...

【专利技术属性】
技术研发人员：严颂华，殷杏亭，胡军，蒋坤呈，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：