CN102338791A - 基于3g技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统 - Google Patents

基于3g技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统 Download PDF

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Abstract

一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，包括：一个主机，内部设置有一个单片机及一个嵌入式主控板，该单片机连接该嵌入式主控板；一个太阳能供电装置，能够为主机供电，其分别连接该单片机和该嵌入式主控板；一个气候数据传感器组，连接该单片机；一个视频采集终端，连接该嵌入式主控板；一个GPS模块，连接该嵌入式主控板；一个3G模块，与该主机相连。一种基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统，包括：一个基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及一个外来入侵植物检测预警平台，该基于3G技术的入侵植物可视化监测设备的3G模块与该外来入侵植物检测预警平台信号连接，并通过3G网络进行数据传输。

Description

基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统
技术领域
本发明涉及一种自动控制领域的环境数据采集与服务的设备及系统，尤指一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统。
背景技术
随着农业科技的发展及现代信息技术在农业中的应用，自动化、智能化、网络化和数字化已成为今后农业发展的主要方向之一，其中实现农业生态环境的实时监控是实现农业生产管理自动化、高效化的关键环节。目前尚未发现针对外来入侵植物的可视化实时监测预警系统的专利报道，仅有一些农业环境数据采集的相关产品，通过传感器对环境数据按设定的时间间隔进行采集，具备数据的远程传输功能，可提供较简单的数据管理和统计分析服务，但主要是单机服务。
如本发明人的专利号为ZL03131063.X的发明专利《温室生态健康的智能监控系统》能够对温室内的温、湿度，光照及作物病虫害进行自动监测，通过GSM手机模块将预警信息传输至管理温室的农户的手机，从而提供温室作物健康监护功能。上述产品属单机作业，没有形成网络化管理的后台数据处理机制，也没有专门用于入侵植物监测的数据采集器，采集的数据类型为普通环境及气候数据，不能支持图像、视频、声音等多种媒体格式的数据采集及传输，缺少强大的后台数据处理及数据服务功能，无法满足日益提高的用户需求。
由于入侵植物是区域性发生和蔓延，不仅发生在农田生态系统中，而且发生在林地、牧场、公路沿线、河滩、荒郊等野外环境。而现有的农田小气候数据采集设备存在如下问题与不足：
(1)野外数据采集的非电线(电缆)供电问题没有解决。
(2)功能相对比较单一，缺少GPS定位功能。
(3)无法做到远程数据传送或采用普通的2G无线网络传送，数据传送的速度和传输质量不高。
(4)后台数据处理及服务功能不够强大。
发明内容
本发明基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统，提出一种入侵植物监测专用设备与管理系统。
本发明的目的在于提供一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统，其数据传输实现3G技术标准，能够显著提高数据传送的速度和传输质量，特别是能够很好地实现视频和声音数据的传送，满足更进一步外来入侵植物实时监测和预警管理需求。
本发明的次一目的在于提供一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统，具有GPS功能，能够向系统平台传输GPS定位数据。
本发明的又一目的在于提供一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统，其终端具有视频采集功能，通过系统平台可对终端采集的视频影像进行远程查看和控制，为用户提供更加全面的数据服务。
本发明的再一目的在于提供一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统，可根据用户需要选用电网电源供电方式或太阳能供电方式，适用范围广。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术手段：
一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，包括：一个主机，内部设置有一个单片机及一个嵌入式主控板，该单片机连接该嵌入式主控板；一个太阳能供电装置，能够为主机供电，其分别连接该单片机和该嵌入式主控板；一个气候数据传感器组，连接该单片机；一个视频采集终端，连接该嵌入式主控板；一个GPS模块，连接该嵌入式主控板；一个3G模块，与该主机相连。
一种基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统，包括：一个基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及一个外来入侵植物检测预警平台，该基于3G技术的入侵植物可视化监测设备的3G模块与该外来入侵植物检测预警平台信号连接，并通过3G网络进行数据传输。
本发明一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及其网络系统的有益效果在于：本发明采用3G技术实现监测数据的无线传送，极大地提升了数据的传输速度及传输质量，能够传输及处理图像、声音、视频等多种媒体形式数据，为用户提供多种信息服务；利用太阳能供电装置提供电力，解决了设备对电源的依赖性及局限性，可以广泛设置在野外环境中，满足监测工作的需要；视频采集功能能够实时查看并获取周边环境及植物影像数据，便于用户及时了解和掌握环境变化情况；GPS功能可向系统平台传输GPS定位数据，直观地展现各个监测点位置信息；平台强大的后台数据处理及数据服务功能能够更好地满足日益提高的用户需求。
附图说明
图1为外来入侵植物监测设备终端整体结构图。
图2为外来入侵植物可视化实时监测预警系统方框图。
图3为外来入侵植物监测预警平台示意图。
主要元件符号说明：
100.外来入侵植物监测设备终端    200.外来入侵植物监测预警平台
1.太阳能电池组    2.主机    3.蓄电池组    4.机架
5.视频采集终端    6.气候数据传感器组    7.3G模块
8.嵌入式主控板    9.单片机    10.GPS模块    11.多路数据转换器
12.存储器    13 时钟电路    15.太阳能控制器    201.网络硬件层
202.业务支撑层    203.数据层    204.业务应用层    205.安全保密体系
206.信息标准体系    2041 公众用户模块    2042.专业人员模块
具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
参照图1所示，图1是外来入侵植物监测设备终端整体结构图。外来入侵植物监测设备终端100通过机架4固定设置在监测点，机架4上设置有太阳能电池组1、蓄电池组3、主机2及视频采集终端5。太阳能电池组1设置于机架4的顶端，用于将太阳辐射转换为电能，电能贮存于蓄电池组3，可为外来入侵植物监测设备供电。视频采集终端5、3G模块7、GPS模块10及气候数据传感器组6分别连接主机2，其中，视频采集终端5用于采集周边环境及入侵植物的视频图像，气候数据传感器组6用于采集监测点的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、风速、风向、太阳辐射及降水量等小气候数据，GPS模块10用于产生地理坐标位置等定位数据，而3G模块7用于将采集到的气候数据、定位数据及图像数据，利用3G网络传输到外来入侵植物监测预警平台200。
同时参见图2，为外来入侵植物可视化实时监测预警系统方框图。如图所示，外来入侵植物可视化实时监测预警系统由外来入侵植物监测设备终端100及外来入侵植物监测预警平台200组成，其中，外来入侵植物监测设备终端100包括：主机2、太阳能供电装置16、气候数据传感器组6、视频采集终端5、GPS模块10及3G模块7。主机2中设置嵌入式主控板8及单片机9，单片机9、GPS模块10、3G模块7、视频采集终端5均与嵌入式主控板8相连。
单片机9与相关传感器连接，进行数据转换和数据打包等预处理。单片机9与嵌入式主控板8连接，通过嵌入式主控板8(带显示屏及操作按钮)可以方便地对单片机9进行设置及操作。
单片机9将气候数据信息与与视频信息、GPS信息一起通过嵌入式主控板8进行数据处理，通过无线网络发送到外来植物入侵监测预警平台200。
太阳能控制器16由太阳能电池组1、太阳能控制器15及蓄电池组3组成，太阳能电池组1连接蓄电池组3，用于将太阳辐射转换为电能，蓄电池组3用于存储电能，太阳能控制器15分别连接太阳能电池组1及蓄电池组3，其用于控制外来入侵植物监测设备终端100的工作状态，并对蓄电池组3起过充电、过放电保护的作用。
气候数据传感器组6与主机2的单片机9连接，将采集到的监测点的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、风速、风向、太阳辐射、降水量等野外各种气候数据传送至单片机9。
多路数据转换器11、时钟电路13及存储器12分别连接单片机9，多路数据转换器11能够对气候数据传感器组6采集的气候数据信号进行数据转换并传送给单片机9。多路数据转换器11将气候数据传感器组6采集到的气候数据信号进行数据转换、数据打包等处理，通过3G模块7传输到外来入侵植物检测预警平台200。存储器12用于存储气候数据传感器组6采集到的气候数据，较佳选用非易失性存储器(Non-VolatileMemory，NVM)，非易失性存储器可以实现方便的读写操作，因此非常灵活。单片机9使用时钟电路13进行控制，为设备提供设定的频率，使各个元件按一定的频率工作。
GPS(Global Positioning System，全球定位系统)模块10及视频采集终端5分别连接嵌入式主控板8，GPS模块10可以实时、全天候产生地理坐标位置等定位数据，视频采集终端5可以采集周边环境及入侵植物的视频图像。气候数据传感器组6采集到的气候数据、GPS模块10获得的定位数据以及视频采集终端5采集到的视频图像数据在时钟电路13的作用下按照预先设置的频率通过3G模块7分别传送到外来入侵植物监测预警平台200进行数据处理，为用户提供数据服务。用户登录到外来入侵植物监测预警平台200后，在设备列表中点击相应的监测设备终端名称，选择相应的采集设备(视频采集终端5)，可以查看视频图像，并且可以对视频采集终端5进行远程控制。
请参照图3所示，图3为外来入侵植物监测预警平台示意图。外来入侵植物监测预警平台200为基于数据融合技术的网络平台，服务器端设置在外来入侵植物监测预警平台200中，通过3G模块10传送的气候数据及视频图像数据通过外来入侵植物监测预警平台200底层的数据通讯协议进入数据库，实现无线通讯网和Internet网的两网数据统一处理，再通过模型库完成特定的计算后得到预警或决策等结果，并返回数据通讯协议层，以文字、语音、影像等多种方式将预警或决策等结果反馈给采集器用户，使之得到预期的数据服务。
外来入侵植物监测预警平台200由网络硬件层201、业务支撑层202、数据层203、业务应用层204、安全保密体系205及信息标准体系206所组成。其中，网络硬件层201包括由构建测预警平台所需的硬件，如：服务器、存储设备、输入输出设备、路由器等。业务支撑层202主要是用来定义外来入侵植物监测预警平台200所实现的各种数据及功能，如：数据表自定义、工作流自定义、统计分析自定义、权限自定义及通信自定义。数据层203用于存储各种数据，包括业务数据库及综合数据库。外来入侵植物监测预警平台200既面向公众也面向专业人员，业务应用层204则分别面向公众和面向专业人员分为不同的模块：公众用户模块2041及专业人员模块2042，公众用户模块2041与专业人员模块2042之间能够进行通信。
在公众用户模块2041中，对于公众用户来说，外来入侵植物监测预警平台200通过建立专项的网络门户，可以面向公众进行多种形式的信息发布，用户可以通过网络平台浏览公开的信息，以网络、呼叫中心、短信等方式与相关农业专家进行在线交互、资料下载等。外来入侵植物监测预警平台200可集中地通过语音呼叫或短信的方式向公众发布相关的提醒或预警信息。在专业模块2042中，能够实现如下功能：信息检索、系统分析、决策支持、数据建模、远程指挥、远程控制、远程培训、数据采集。
数据采集功能的实现：外来入侵植物检测设备终端100通过3G网络进行数据传输，并将气候数据、定位数据以及视频图像数据存储于数据层203的数据库中。
信息检索功能的实现：用户可以通过外来入侵植物监测预警平台200查询各个监测点的基本信息，可以在GIS(Geographic Information System地理信息系统)地图上选择具体的地点，系统可以提示该监测点当前的监测数据，包括气候数据传感器组6采集到的气候数据、GPS模块10获得的定位数据以及视频采集终端5采集到的视频图像数据，点击进入后可以看到的监测点的视频图像基本信息，同时关联近期的采集数据。如果用户点击视频按钮，可以看到当前的监测点周边视频图像，并可对视频采集终端5进行控制。
统计分析功能的实现：专业人员模块2042可以根据外来入侵植物检测设备终端100传输的数据进行分析，定制相应的报表和统计规则，基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统可以自动生成报表及统计图形。
数据建模功能的实现：专业人员模块2042可以在基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统中根据监测项目的目的建立各种模型，利用系统采集的数据预测或预报实际系统某些状态的未来发展趋势，为使用者提供决策支持，同时也可以根据外来入侵植物检测设备终端100采集传输的数据进行分析，对已经建立的模型进行调整。
决策支持功能的实现：专业人员模块2042可以结合外来入侵植物检测设备终端100传输的数据、统计分析模块生成的报表及统计图形及数据建模模块生成的模型，通过模型库完成特定的计算后得到预警或决策等结果。当预警消息被确认后，基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统可以通过公众用户模块2041向所在地区的农户发布预警消息及防治措施，消息发布的形式可以是短信、语音或邮件。
远程控制功能的实现：基于3G技术的入侵植物可视化监测传感器网络系统可以通过发送控制短信指令、http访问等方式对外来入侵植物检测设备终端100进行控制，随时调整气候数据传感器组6、GPS模块以及视频采集终端5的运行参数。

Claims (9)

1.一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于包括：
一个主机，内部设置有一个单片机及一个嵌入式主控板，该单片机连接该嵌入式主控板；
一个能够为主机供电的太阳能供电装置，分别连接该单片机和该嵌入式主控板；
一个气候数据传感器组，连接该单片机；
一个视频采集终端，连接该嵌入式主控板；
一个3G模块，连接该嵌入式主控板；
该气候数据传感器组及该视频采集终端采集周边环境参数信息或入侵植物参数信息，并将上述参数信息传至该主控板，该主控板再通过3G模块传输到外部网络。
2.如权利要求1所述的一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于，该太阳能供电装置设有太阳能电池组、蓄电池组及太阳能控制器，该太阳能电池组连接该蓄电池组，将太阳辐射转换为电能并贮存于蓄电池组，太阳能控制器分别连接太阳能电池组及蓄电池组。
3.如权利要求1所述的一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于，还包括一个多路数据转换器，其连接于主机的单片机上。
4.如权利要求1所述的一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于，主机内还包括一个时钟电路，该时钟电路连接该单片机。
5.如权利要求1所述的一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于，还包括一个GPS模块，该GPS模块连接该嵌入式主控板。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种基于3G技术的入侵植物可视化监测设备，其特征在于，还包括一个数据存储器，其连接于该主机上。
7.一种由权利要求1-6所述的设备组成的基于3G技术的入侵植物可视化监测网络系统，其特征在于包括：一个基于3G技术的入侵植物可视化监测设备及一个外来入侵植物检测预警平台，该基于3G技术的入侵植物可视化监测设备的3G模块与该外来入侵植物检测预警平台信号连接，并通过3G网络进行数据传输。
8.如权利要求7所述的基于3G技术的入侵植物可视化监测网络系统，其特征在于，该外来入侵植物检测预警平台包括安全保密体系、信息标准体系、网络硬件层、业务支撑层、数据层及业务应用层。
9.如权利要求7所述的基于3G技术的入侵植物可视化监测网络系统，其特征在于，该业务应用层包括公众用户模块及专业人员模块，该公众用户模块能够与该专业人员模块进行通信，且该专业人员模块连接该外来入侵植物检测设备。
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