CN108494592A - 基于传感器网络的土壤水分监测系统及土壤水分监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于软件领域，提供了基于传感器网络的土壤水分监测系统及土壤水分监测方法，系统包括多个土壤水分监测节点和汇聚节点，汇聚节点给土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求；土壤水分监测节点向汇聚节点上报汇总数据包；汇聚节点采用土壤水分监测节点可靠系数生成模型、土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、土壤水分监测数据包发送时长以及接收信号强度，生成土壤水分监测节点当前的可靠系数，如果当前的可靠系数小于预设阈值，向不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求，接收定位坐标，向预设终端发送通知数据包，通知数据包携带土壤水分监测节点编号、定位坐标。本发明有利于提高土壤水分监测节点的修复效率。

Description

基于传感器网络的土壤水分监测系统及土壤水分监测方法

技术领域

本发明属于软件领域，尤其涉及基于传感器网络的土壤水分监测系统及土壤水分监测方法。

背景技术

土壤水分反映了农业干旱程度，以土壤水分为指标，可以指导农业灌溉。土壤的含水状况俗称土壤墒情，还包括土壤性质、深度等状态，其关系到农作物的优质生长。土壤水分的高低直接影响作物对养分的吸收速率，土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分离子向根系表面迁移以及作物根系对养分的吸收都必须通过水分介质来实现，如果不能及时、足量灌溉，或过量灌溉，都可能导致农作物根茎不能从土壤及时吸收水分，影响农作物的正常生长，由于人工难以在深夜里到田间采集土壤水分数据，因此，通过土壤水分监测节点采集土壤水分数据的土壤水分监测系统应运而生。

然而，现有的土壤水分监测系统，难以识别不可靠土壤水分监测节点，不利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率。其原因在于，土壤水分监测节点放置在土壤里，土壤上经常太阳暴晒、刮风下雨，外部的天线会沾到好多泥土，过多的泥土会阻碍天线收发数据，天线容易失效，此外，土壤水分监测节点长期处于高温高湿环境，内部的电池也会受影响，能量消耗比较快，能量不足时，采集的土壤水分数据误差很大，天线失效时，经常转发不了其它土壤水分监测节点发送的土壤水分数据，这类的土壤水分监测节点就是不可靠土壤水分监测节点，不可靠土壤水分监测节点既不利于提高土壤水分数据传输的可靠性，也无法满足土壤水分监测系统的监测要求。因此，不可靠土壤水分监测节点需要及时修复，而现有的土壤水分监测系统，一般都是派人定期检查土壤水分监测节点，有时一个月检查一次，有时半年检查一次，而土壤水分监测节点的数量众多，分布不均，人工排查时间长，难以快速定位到不可靠土壤水分监测节点的具体位置，这样，发现不可靠土壤水分监测节点就需要较长的时间，使得修复周期过长，不利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于传感器网络的土壤水分监测系统，旨在解决现有的土壤水分监测系统，难以识别不可靠土壤水分监测节点，不利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率的问题。

本发明实施例的第一方面，提供了基于传感器网络的土壤水分监测系统，所述土壤水分监测系统包括已接入无线传感器网络的多个土壤水分监测节点和汇聚节点，所述汇聚节点与其通信范围内的多个土壤水分监测节点进行通信；所述土壤水分监测节点包括土壤水分传感器、连于所述土壤水分传感器的微处理器、连于所述微处理器，用于产生所述土壤水分监测节点的定位坐标的定位模块、连于所述微处理器，用于接入所述无线传感器网络并进行无线数据收发的ZigBee模块，所述微处理器通过AD转换模块，获取所述土壤水分传感器产生的土壤水分数据，所述ZigBee模块以及所述定位模块通过异步串口模块与所述微处理器进行通信；

所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；所述汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求；

所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；

所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数，判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求，接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，汇聚节点无线传感器网络汇聚节点所述土壤水分传感器为管式土壤水分传感器。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述土壤水分传感器为插针式土壤水分传感器。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求，具体为：

所述汇聚节点每隔30分钟，给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述汇聚节点包括存储模块，所述存储模块用于存储所述土壤水分监测数据包。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述土壤水分监测系统还包括云端服务器，所述汇聚节点和所述云端服务器采用设定的网络模式相连接，所述设定的网络模式为4G网络模式或5G网络模式。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述土壤水分监测节点在外壳上开设有启动开关，所述开关为按键开关。

进一步地，在上述土壤水分监测系统中，所述土壤水分监测节点还包括连于所述土壤水分传感器的信号灯和扬声器。

本发明实施例的第二方面，提供了一种基于上述土壤水分监测系统的土壤水分监测方法，包括：

所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；

所述汇聚节点在无线传感器网络中广播汇总数据包获取请求；

所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；

所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数；

所述汇聚节点判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值；

如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求；

所述不可靠土壤水分监测节点接收到定位坐标获取请求后，向所述汇聚节点返回的所述定位坐标；

所述汇聚节点接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标；

如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数不小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为可靠土壤水分监测节点，向所述可靠土壤水分监测节点发送土壤水分数据获取请求；

所述可靠土壤水分监测节点接收到土壤水分数据获取请求后，将产生的土壤水分数据以及自身的土壤水分监测节点编号进行封装，生成土壤水分监测数据包，将所述土壤水分监测数据包发送至所述汇聚节点；

所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

进一步地，在土壤水分监测方法中，在所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据之后，所述土壤水分监测方法，还包括：

所述汇聚节点每隔1小时，通过预存的网络地址，连接预设的云端服务器，上传所述土壤水分数据。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

汇聚节点判断土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，因此，根据可靠系数和预设阈值，能识别不可靠土壤水分监测节点，此外，根据通知数据包中的定位坐标，能快速定位到不可靠土壤水分监测节点的具体位置，因此，能减少不可靠土壤水分监测节点的排查时间，有利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的汇总数据包格式的较佳样例图；

图3是本发明实施例提供的土壤水分监测方法的实施流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1是本发明实施例提供的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统的结构框图，详述如下：

基于传感器网络的土壤水分监测系统，所述土壤水分监测系统包括已接入无线传感器网络的多个土壤水分监测节点和汇聚节点，所述汇聚节点与其通信范围内的多个土壤水分监测节点进行通信；所述土壤水分监测节点包括土壤水分传感器、连于所述土壤水分传感器的微处理器、连于所述微处理器，用于产生所述土壤水分监测节点的定位坐标的定位模块、连于所述微处理器，用于接入所述无线传感器网络并进行无线数据收发的ZigBee模块，所述微处理器通过AD转换模块，获取所述土壤水分传感器产生的土壤水分数据，所述ZigBee模块以及所述定位模块通过异步串口模块与所述微处理器进行通信；

所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；

所述汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求；

所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；

所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数，判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求，接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数不小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为可靠土壤水分监测节点，向所述可靠土壤水分监测节点发送土壤水分数据获取请求；

所述可靠土壤水分监测节点接收到土壤水分数据获取请求后，将产生的土壤水分数据以及自身的土壤水分监测节点编号进行封装，生成土壤水分监测数据包，将所述土壤水分监测数据包发送至所述汇聚节点；

所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

其中，U(i)*(T1-T2)表示在产生所述汇总数据包的时间至接收所述汇总数据包的时间内，土壤水分传感器i消耗的能量。

其中，所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，获取自身的土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量使用率、接收信号强度，将自身的土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量使用率、接收信号强度进行封装，生成汇总数据包，在所述汇总数据包中添加时间戳，添加完毕后，向所述汇聚节点上报所述汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量使用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间。

例如，时间戳为12点30分，就表示产生所述汇总数据包的时间为12点30分。

需要进行说明的，如何获取能量使用率、土壤水分监测数据包转发率为现有技术，在此不做赘述。

其中，土壤水分监测节点监测一次土壤水分需要的时间，用户可以根据实际情况自行设定，在此不做限制，优选地，土壤水分监测节点监测一次土壤水分需要的时间为是60秒至300秒。

其中，图2是本发明实施例提供的汇总数据包格式的较佳样例图，详述如下：

汇总数据包携带6个字段，分别是土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、信号强度以及时间戳，时间戳表示汇总数据包的时间。

其中，土壤水分监测节点和土壤水分监测节点编号的对应关系是一一对应，每个土壤水分监测节点均存在一个唯一的土壤水分监测节点编号。

需要进行说明的是，汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求，该汇总数据包获取请求的格式可采用现有获取请求的格式，现有获取请求的格式很多，在此不做赘述。

其中，汇聚节点检测土壤水分数据是否异常，异常就向可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求，接收可靠土壤水分监测节点返回定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将土壤水分数据异常字段、可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、定位坐标进行封装，生成告警数据包，向预设终端发送告警数据包，告警数据包携带土壤水分数据异常字段、可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、定位坐标，以使预设终端接收并显示告警数据包。

需要进行说明的是，如何检测土壤水分数据是否异常，采用现有技术即可，具体过程，在此不做赘述。

其中，所述汇聚节点还用于向其它土壤水分监测节点，广播不可靠土壤水分监测节点的消息，所述不可靠土壤水分监测节点的消息包括不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号以及接收到所述汇总数据的时间。其它土壤水分监测节点接收到不可靠土壤水分监测节点的消息后，会在路由表中将不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号剔除，这样，就会直接屏蔽掉不可靠土壤水分监测节点发送的土壤水分监测数据包，省去了转发不可靠土壤水分监测节点发送的无线传感器网络数据这一步骤，减少数据的传输量。

其中，汇聚节点判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，汇聚节点向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求；

不可靠土壤水分监测节点接收到定位坐标获取请求后，获取存储的定位坐标，向所述汇聚节点返回的所述定位坐标；

汇聚节点接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，向预设终端发送通知数据包。

其中，汇聚节点内部提前设有预设终端的联系方式，如短信接收号码，当接收到所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标后，调取所述土壤水分监测节点编号作为所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标，所述预设终端接收所述通知数据包，对通知数据包进行解析，解析完毕后，在屏幕上，显示所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标，以通知相关人员修复所述不可靠土壤水分监测节点，由于通知数据包有所述定位坐标，因此，这样，无需人工排查，也能快速定位到不可靠土壤水分监测节点的具体位置，待相关人员到达具体位置后，即使附近存在多个土壤水分监测节点，也能根据土壤水分监测节点编号快速找出不可靠土壤水分监测节点，因此，相关人员能及时修复不可靠土壤水分监测节点，待不可靠土壤水分监测节点修复好后，能正常采集的土壤水分数据，也能转发其它土壤水分监测节点发送的土壤水分数据，这种，既有利于提高土壤水分数据传输的可靠性，也能满足土壤水分监测系统的监测要求。

其中，汇聚节点内部设有云端服务器的联系方式，如网络地址。优选地，所述汇聚节点每隔1小时，通过预存的网络地址，连接预设的云端服务器，上传所述土壤水分数据。

其中，预设阈值、预设范围为用户自设或系统默认，在此不做限制。

其中，预设终端包括但不限于移动电话、口袋计算机(Pocket PersonalComputer，PPC)、掌上电脑、计算机。

在本发明实施例中，汇聚节点判断土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，因此，根据可靠系数和预设阈值，能识别不可靠土壤水分监测节点，此外，根据通知数据包中的定位坐标，能快速定位到不可靠土壤水分监测节点的具体位置，因此，能减少不可靠土壤水分监测节点的排查时间，有利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率。

实施例二

图3是本发明实施例提供的土壤水分监测方法的实施流程图，详述如下：

S301，所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；

初始化时，所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；。

S302，所述汇聚节点在无线传感器网络中广播汇总数据包获取请求；

S303，所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；

S304，所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数；

S305，所述汇聚节点判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值；

S306，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求；

需要进行说明的是，步骤S306的执行主体是汇聚节点。

S307，所述不可靠土壤水分监测节点接收到定位坐标获取请求后，向所述汇聚节点返回的所述定位坐标；

S308，所述汇聚节点接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标；

S309，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数不小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为可靠土壤水分监测节点，向所述可靠土壤水分监测节点发送土壤水分数据获取请求；

需要进行说明的是，步骤S309的执行主体是汇聚节点。

S310，所述可靠土壤水分监测节点接收到土壤水分数据获取请求后，将产生的土壤水分数据以及自身的土壤水分监测节点编号进行封装，生成土壤水分监测数据包，将所述土壤水分监测数据包发送至所述汇聚节点；

S311，所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

在本发明实施例中，汇聚节点判断土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，因此，根据可靠系数和预设阈值，能识别不可靠土壤水分监测节点，此外，根据通知数据包中的定位坐标，能快速定位到不可靠土壤水分监测节点的具体位置，因此，能减少不可靠土壤水分监测节点的排查时间，有利于提高不可靠土壤水分监测节点的修复效率。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的路由方式来实现。所述的程序可以存储于可读取存储介质中，所述的存储介质，如随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或可靠，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分监测系统包括已接入无线传感器网络的多个土壤水分监测节点和汇聚节点，所述汇聚节点与其通信范围内的多个土壤水分监测节点进行通信；所述土壤水分监测节点包括土壤水分传感器、连于所述土壤水分传感器的微处理器、连于所述微处理器，用于产生所述土壤水分监测节点的定位坐标的定位模块、连于所述微处理器，用于接入所述无线传感器网络并进行无线数据收发的ZigBee模块，所述微处理器通过AD转换模块，获取所述土壤水分传感器产生的土壤水分数据，所述ZigBee模块以及所述定位模块通过异步串口模块与所述微处理器进行通信；

所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；

所述汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求；

所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；

所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数，判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值，如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求，接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，Ri表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分传感器为管式土壤水分传感器。

3.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分传感器为插针式土壤水分传感器。

4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述汇聚节点给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求，具体为：

所述汇聚节点每隔30分钟，给所述土壤水分监测节点发送汇总数据包获取请求。

5.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述汇聚节点包括存储模块，所述存储模块用于存储所述土壤水分监测数据包。

6.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分监测系统还包括云端服务器，所述汇聚节点和所述云端服务器采用设定的网络模式相连接，所述设定的网络模式为4G网络模式或5G网络模式。

7.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分监测节点在外壳上开设有启动开关，所述开关为按键开关。

8.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的土壤水分监测系统，其特征在于，所述土壤水分监测节点还包括连于所述土壤水分传感器的信号灯和扬声器。

9.一种基于权利要求1所述土壤水分监测系统的土壤水分监测方法，其特征在于，包括：

所述土壤水分监测节点通过所述定位模块获取自身的定位坐标；

所述汇聚节点在无线传感器网络中广播汇总数据包获取请求；

所述土壤水分监测节点接收所述汇总数据包获取请求后，向所述汇聚节点上报汇总数据包，所述汇总数据包携带自身的土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度表示接收到汇聚节点信号的强度，所述时间戳表示产生所述汇总数据包的时间；所述汇聚节点接收所述土壤水分监测节点上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，获取所述汇总数据的接收时间，获取所述时间戳和所述接收时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设范围内，倘若所述时间差值处于预设范围内，则采用预设的土壤水分监测节点可靠系数生成模型、所述土壤水分监测节点编号、土壤水分监测数据包转发率、剩余能量、能量利用率、接收信号强度以及时间戳，生成所述土壤水分监测节点当前的可靠系数；所述汇聚节点判断所述土壤水分监测节点当前的可靠系数是否小于预设阈值；

如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为不可靠土壤水分监测节点，向所述不可靠土壤水分监测节点发送定位坐标获取请求；

所述不可靠土壤水分监测节点接收到定位坐标获取请求后，向所述汇聚节点返回的所述定位坐标；

所述汇聚节点接收所述不可靠土壤水分监测节点返回的所述定位坐标，按无线传感器网络数据包的格式，将所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标进行封装，生成通知数据包，向预设终端发送通知数据包，以使所述预设终端接收并显示所述通知数据包，所述通知数据包携带所述不可靠土壤水分监测节点自身的土壤水分监测节点编号、所述定位坐标；

如果所述土壤水分监测节点当前的可靠系数不小于预设阈值，所述汇聚节点就识别所述土壤水分监测节点为可靠土壤水分监测节点，向所述可靠土壤水分监测节点发送土壤水分数据获取请求；

所述可靠土壤水分监测节点接收到土壤水分数据获取请求后，将产生的土壤水分数据以及自身的土壤水分监测节点编号进行封装，生成土壤水分监测数据包，将所述土壤水分监测数据包发送至所述汇聚节点；

所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据；

其中，所述土壤水分监测节点可靠系数生成模型，具体为：

其中，Ki表示土壤水分监测节点i当前的可靠系数，N表示土壤水分监测节点的数量，i表示土壤水分监测节点编号，Fi表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率，表示N个土壤水分监测节点的土壤水分监测数据包转发率均值，表示土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的土壤水分监测数据包转发率对于土壤水分监测数据包转发率均值的偏离程度，Ri表示土壤水分监测节点i的接收信号强度，表示N个土壤水分监测节点的接收信号强度均值，表示土壤水分监测节点i的接收信号强度的相对偏差，用于描述土壤水分监测节点i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度，E(i)表示土壤水分传感器i的剩余能量，S(i)表示土壤水分传感器i的能量使用率，T1表示接收到所述汇总数据的时间，T2为时间戳，用于表示产生所述汇总数据包的时间，T3表示监测一次土壤水分需要的时间，表示土壤水分监测节点i的剩余监测次数，用于描述土壤水分传感器i在剩余能量下能够监测土壤水分的次数。

10.如权利要求9所述的土壤水分监测方法，其特征在于，在所述汇聚节点接收所述可靠土壤水分监测节点发送的所述土壤水分监测数据包，在所述土壤水分监测数据包中提取所述土壤水分数据之后，所述土壤水分监测方法，还包括：

所述汇聚节点每隔1小时，通过预存的网络地址，连接预设的云端服务器，上传所述土壤水分数据。