CN107205213B - 一种基于无人机的果园监测系统 - Google Patents

一种基于无人机的果园监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于无人机的果园监测系统，包括果园环境监测模块、计算机监测中心和智能终端，所述的果园环境监测模块、智能终端分别与计算机监测中心通信连接；所述的果园环境监测模块用于通过无线传感器网络采集果园环境监测数据，并将果园环境监测数据发送至计算机监测中心；所述的计算机监测中心用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据，并用于对果园环境监测数据进行分析处理。本发明利用无线传感器网络技术，使得用户能够实时获取果园的相关信息，效率高，便于对面积较大的果园进行管理。

Description

一种基于无人机的果园监测系统
技术领域
本发明涉及果园监测领域，具体涉及一种基于无人机的果园监测系统。
背景技术
在果树生长过程中，微气象信息对对果树生长发育、生产管理决策以及病虫害发生发展与预防等具有重要的影响。相关技术中，果园通过人工进行监测，其效率低下，不方便面积较大的果园进行管理。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于无人机的果园监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于无人机的果园监测系统，包括果园环境监测模块、计算机监测中心和智能终端，所述的果园环境监测模块、智能终端分别与计算机监测中心通信连接；所述的果园环境监测模块用于通过无线传感器网络采集果园环境监测数据，并将果园环境监测数据发送至计算机监测中心；所述的计算机监测中心用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据，并用于对果园环境监测数据进行分析处理。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术，使得用户能够实时获取果园的相关信息，效率高，便于对面积较大的果园进行管理。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，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本发明的结构框图；
图2是本发明计算机监测中心的连接框图。
附图标记：
果园环境监测模块1、计算机监测中心2、智能终端3、数据存储模块10、数据处理模块20、通信模块30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种基于无人机的果园监测系统，包括果园环境监测模块1、计算机监测中心2和智能终端3，所述的果园环境监测模块1、智能终端3分别与计算机监测中心2通信连接；所述的果园环境监测模块1用于通过无线传感器网络采集果园环境监测数据，并将果园环境监测数据发送至计算机监测中心2；所述的计算机监测中心2用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据，并用于对果园环境监测数据进行分析处理。
优选地，所述的计算机监测中心2包括数据存储模块10、数据处理模块20、通信模块30；所述的数据存储模块10用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据；所述的数据处理模块20用于将果园环境监测数据与正常设定值进行比较，输出异常的果园环境监测数据；所述通信模块30用于实现计算机监测中心2与智能终端3、果园环境监测模块1之间的数据通信。
优选地，所述果园环境监测数据包括果园的空气温湿度、土壤温度、土壤湿度、风速、二氧化碳浓度、光照强度。
优选地，所述果园环境监测模块1包括一个移动汇聚节点和多个环境监测固定节点，移动汇聚节点设置于无人机上，环境监测固定节点固定部署于设定的果园环境监测区域中，移动汇聚节点随着无人机的运动，在每一轮的数据收集时，从起始位置出发，陆续收集环境监测固定节点的果园环境监测数据后返回起始位置，准备下一轮数据收集。
本发明上述实施例设置的一种基于无人机的果园监测系统利用无人机和无线传感器网络技术，使得用户能够实时获取果园的相关信息，效率高，便于对面积较大的果园进行管理。
优选地，移动汇聚节点按照下列数据收集策略陆续收集环境监测固定节点的果园环境监测数据：
(1)从环境监测固定节点中选择优选参考节点，若环境监测固定节点满足下列条件，则视为优选参考节点：
Figure BDA0001323111110000021
式中，Ei表示第i个环境监测固定节点，
Figure BDA0001323111110000022
表示Ei的邻居节点数目，D(Ei,E0)表示Ei到移动汇聚节点E0的初始位置的距离，Ds为设定的距离阈值，Eij表示Ei的第j个邻居节点，
Figure BDA0001323111110000023
表示Eij的邻居节点数目，D(Eij,E0)表示Eij到移动汇聚节点E0的初始位置的距离；
(2)确定其他环境监测固定节点与通信范围内的所有优选参考节点之间的距离，其他环境监测固定节点选择距离最小值对应的优选参考节点，向该优选参考节点发送响应消息，该优选参考节点将发送响应消息的环境监测固定节点标记为发散节点，并记录与发散节点之间的距离；
(3)按照与优选参考节点之间的距离由近到远的顺序，移动汇聚节点直线运动到各个优选参考节点所在的位置，停留设定的时间收集果园环境监测数据，此时优选参考节点及对应的发散节点将自身的果园环境监测数据传送至移动汇聚节点。
本优选实施例规划了移动汇聚节点的运动路径，移动汇聚节点只需直线运动到各个优选参考节点的位置进行相关果园环境监测数据收集，避免移动到每个环境监测固定节点的位置进行数据收集，进一步缩短了运动路径的长度，从而能够节省移动汇聚节点进行果园环境监测数据收集的能耗，整体上提高了果园监测系统在果园环境监测数据收发方面的效率，实用便捷。
优选地，发散节点将自身的果园环境监测数据传送至移动汇聚节点时，具体执行：
(1)进行果园环境监测数据收集时，移动汇聚节点在通信范围内向优选参考节点及对应的发散节点发送果园环境监测数据收集指令；
(2)发散节点收到果园环境监测数据收集指令后，向下一跳的发散节点发送信号，并采用单跳方式向移动汇聚节点发送果园环境监测数据，只收到信号的发散节点按照下列公式确定自身通信范围内的其余发散节点的优选值，并选择优选值最大的发散节点作为中继转发节点：
Figure BDA0001323111110000031
式中，Eμν表示第μ个只收到信号的发散节点的通信范围内的第ν个发散节点，Y(Eμν)表示Eμv的优选值，D(Eμv,Ey)表示Eμν到优选参考节点Ey的距离，DS为设定的距离阈值，
Figure BDA0001323111110000032
为Eμv的剩余能量值，US为设定的能量值阈值，
Figure BDA0001323111110000033
为Eμv与第μ个只收到信号的发散节点之间的丢包率，GS为设定的丢包率阈值；
(3)若选择出的第一个中继转发节点位于移动汇聚节点的通信范围内，则只收到信号的发散节点通过所述的第一个中继转发节点将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点；若选择出的中继转发节点不在移动汇聚节点的通信范围内，所述的第一个中继转发节点按照(2)选择下一个中继转发节点，从而所述的只收到信号的发散节点通过多个中继转发节点将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点。
本优选实施例采用单跳和多跳相结合的方式进行果园环境监测数据的发送，其中位于移动汇聚节点通信范围内的发散节点采用单跳方式将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点，其余发散节点根据选出的中继转发节点采用多跳的方式将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点，能够进一步保障果园环境监测数据收集的可靠性；
另外，每次选择的中继转发节点根据果园环境监测数据收集时间的不同而变化，能够避免重复选择同一个发散节点作为中继转发节点进行数据转发，相对平衡了各个发散节点的能量，进一步节省果园监测系统在果园环境监测数据收发方面的能耗。
优选地，移动汇聚节点在优选参考节点所在的位置的停留时间按照下列公式设定：
Figure BDA0001323111110000041
式中，Ex表示第x个优选参考节点，
Figure BDA0001323111110000042
表示移动汇聚节点在Ex所在的位置的停留时间，
Figure BDA0001323111110000043
表示Ex具有的发散节点的数目，
Figure BDA0001323111110000044
表示Ex具有的发散节点中不处于移动汇聚节点的通信范围内的发散节点数目，Eξ表示Ex具有的发散节点中处于移动汇聚节点的通信范围内的第ξ个发散节点，EL表示Ex具有的发散节点中不处于移动汇聚节点的通信范围内的第L个发散节点，
Figure BDA0001323111110000045
表示EL发送果园环境监测数据至移动汇聚节点所需的中继转发节点的数目，D(Eξ,Ex)表示Eξ到Ex之间的距离，D(EL,Ex)表示EL到Ex之间的距离，Dφ为设定的距离阈值，T1、T2为设定的单位时间值，INT{·}为取整函数。
本优选实施例对不同的优选参考节点设定了不同的移动汇聚节点停留时间，设定的停留时间计算公式中考虑了发散节点的具体情况，能够在保障果园环境监测数据收集的可靠性前提下减少果园环境监测数据收集的时间消耗和能量消耗，提高了移动汇聚节点进行数据收集的灵活性，保障果园监测系统的正常运行。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种基于无人机的果园监测系统，其特征是，包括果园环境监测模块、计算机监测中心和智能终端，所述的果园环境监测模块、智能终端分别与计算机监测中心通信连接；所述的果园环境监测模块用于通过无线传感器网络采集果园环境监测数据，并将果园环境监测数据发送至计算机监测中心；所述的计算机监测中心用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据，并用于对果园环境监测数据进行分析处理；所述果园环境监测模块包括一个移动汇聚节点和多个环境监测固定节点，移动汇聚节点设置于无人机上，环境监测固定节点固定部署于设定的果园环境监测区域中，移动汇聚节点随着无人机的运动，在每一轮的数据收集时，从起始位置出发，陆续收集环境监测固定节点的果园环境监测数据后返回起始位置，准备下一轮数据收集；移动汇聚节点按照下列数据收集策略陆续收集环境监测固定节点的果园环境监测数据：
(1)从环境监测固定节点中选择优选参考节点，若环境监测固定节点满足下列条件，则视为优选参考节点：
Figure FDA0002265887550000011
式中，Ei表示第i个环境监测固定节点，
Figure FDA0002265887550000012
表示Ei的邻居节点数目，D(Ei,E0)表示Ei到移动汇聚节点E0的初始位置的距离，DS为设定的距离阈值，Eij表示Ei的第j个邻居节点，
Figure FDA0002265887550000013
表示Eij的邻居节点数目，D(Eij,E0)表示Eij到移动汇聚节点E0的初始位置的距离；
(2)确定其他环境监测固定节点与通信范围内的所有优选参考节点之间的距离，其他环境监测固定节点选择距离最小值对应的优选参考节点，向该优选参考节点发送响应消息，该优选参考节点将发送响应消息的环境监测固定节点标记为发散节点，并记录与发散节点之间的距离；
(3)按照与优选参考节点之间的距离由近到远的顺序，移动汇聚节点直线运动到各个优选参考节点所在的位置，停留设定的时间收集果园环境监测数据，此时优选参考节点及对应的发散节点将自身的果园环境监测数据传送至移动汇聚节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的果园监测系统，其特征是，所述的计算机监测中心包括数据存储模块、数据处理模块和通信模块；所述的数据存储模块用于存储果园环境监测数据和其他果园信息数据；所述的数据处理模块用于将果园环境监测数据与正常设定值进行比较，输出异常的果园环境监测数据；所述通信模块用于实现计算机监测中心与智能终端、果园环境监测模块之间的数据通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的果园监测系统，其特征是，所述果园环境监测数据包括果园的二氧化碳浓度、空气温湿度、土壤温度、土壤湿度、风速、光照强度。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的果园监测系统，其特征是，发散节点将自身的果园环境监测数据传送至移动汇聚节点时，具体执行：
(1)进行果园环境监测数据收集时，移动汇聚节点在通信范围内向优选参考节点及对应的发散节点发送果园环境监测数据收集指令；
(2)发散节点收到果园环境监测数据收集指令后，向下一跳的发散节点发送信号，并采用单跳方式向移动汇聚节点发送果园环境监测数据，只收到信号的发散节点按照下列公式确定自身通信范围内的其余发散节点的优选值，并选择优选值最大的发散节点作为中继转发节点：
Figure FDA0002265887550000021
式中，Eμv表示第μ个只收到信号的发散节点的通信范围内的第v个发散节点，Y(Eμv)表示Eμv的优选值，D(Eμv,Ey)表示Eμv到优选参考节点Ey的距离，DS为设定的距离阈值，
Figure FDA0002265887550000022
为Eμv的剩余能量值，US为设定的能量值阈值，
Figure FDA0002265887550000023
为Eμv与第μ个只收到信号的发散节点之间的丢包率，GS为设定的丢包率阈值；
(3)若只收到信号的发散节点选择出的第一个中继转发节点位于移动汇聚节点的通信范围内，则只收到信号的发散节点通过所述的第一个中继转发节点将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点；若选择出的中继转发节点不在移动汇聚节点的通信范围内，所述的第一个中继转发节点按照(2)选择下一个中继转发节点，从而所述的只收到信号的发散节点通过多个中继转发节点将果园环境监测数据发送至移动汇聚节点。
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