CN109254136A - 土壤环境智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了土壤环境智能监测系统，包括：土壤环境检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤环境参数进行采集，并将采集得到的土壤环境参数发送至预处理模块；预处理模块，被配置为对接收的土壤环境参数进行预处理，并发送至管理模块处进行存储；管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；分析模块，被配置为将土壤环境参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；异常报警模块，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

Description

土壤环境智能监测系统

技术领域

本发明涉及土壤监测技术领域，具体涉及土壤环境智能监测系统。

背景技术

现有技术中，信息化技术在推动农业的发展上越来越受到重视。无线传感器网络是实现农业信息化的重要手段，无线传感器网络技术集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，能够通过各类微型传感器节点间的协作、实时感知和采集被监测对象的信息。

发明内容

针对上述问题，本发明提供土壤环境智能监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了土壤环境智能监测系统，包括：

土壤环境检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤环境参数进行采集，并将采集得到的土壤环境参数发送至预处理模块；

预处理模块，被配置为对接收的土壤环境参数进行预处理，并发送至管理模块处进行存储；

管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；

分析模块，被配置为将土壤环境参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

异常报警模块，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

优选地，所述土壤环境检测模块包括：

汇聚节点和多个采集土壤环境参数的传感器节点，汇聚节点与预处理模块通信，多个传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤环境参数并发送至预处理模块。

优选地，所述管理模块包括：

数据存储子模块，被配置为对接收的数据进行存储；

数据查询子模块，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据。

本发明的有益效果为：实现了土壤环境参数的实时采集，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤环境参数不满足条件时及时预警，实现了提高农田监测的自动化程度以及数据采集精度。

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是本发明一个示例性实施例的土壤环境智能监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的预处理模块的结构示意框图。

附图标记：

土壤环境检测模块1、预处理模块2、管理模块3、分析模块4、异常报警模块5、异常数据处理单元10、缺失数据处理单元20。

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，本发明实施例提供了土壤环境智能监测系统，包括：

土壤环境检测模块1，用于对反应农田环境情况的土壤环境参数进行采集，并将采集得到的土壤环境参数发送至预处理模块；

预处理模块2，被配置为对接收的土壤环境参数进行预处理，并发送至管理模块3处进行存储；

管理模块3，被配置为对存储的数据进行管理；

分析模块4，被配置为将土壤环境参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

异常报警模块5，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

其中，所述土壤环境检测模块1包括：

汇聚节点和多个采集土壤环境参数的传感器节点，汇聚节点与预处理模块2通信，多个传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤环境参数并发送至预处理模块。

在一种可能实现的方式中，所述管理模块3包括：

数据存储子模块，被配置为对接收的数据进行存储；

数据查询子模块，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，预处理模块2包括异常数据处理单元10和缺失数据处理单元20，异常数据处理单元10被配置为对接收的土壤环境参数进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理；缺失数据处理单元20被配置为对土壤环境参数进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

本发明上述实施例实现了土壤环境参数的实时采集，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤环境参数不满足条件时及时预警，实现了提高农田监测的自动化程度以及数据采集精度。

在一种能够实现的方式中，各传感器节点通过周期性地交换信息获取邻居节点标识及位置信息，所述的邻居节点为处于传感器节点传输范围内的其他传感器节点；簇内的传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首，包括：

(1)设向簇首发送所采集的土壤环境参数的传感器节点为源节点，根据下列公式确定源节点到对应簇首的传输路径长度c：

式中，k_i,o为源节点i到对应簇首的距离，k_x,o为所述对应簇首到其簇内第x个传感器节点的距离，n_o为所述对应簇首簇内传感器节点的数量，int为取整函数；int表示取整；

(2)若c≤1，源节点直接将土壤环境参数传输至对应簇首；若c>1，源节点在其邻居节点中选择一个邻居节点作为下一跳，即为该跳的目的节点，源节点将所采集的土壤环境参数发送至目的节点；

(3)将该跳的目的节点视为下一跳的源节点，令c＝c-1，该下一跳的源节点执行(2)，直至土壤环境参数被传递至簇首。

本实施例中，根据源节点到对应簇首的传输路径长度来确定用于转发土壤环境参数的下一跳节点的数目，从而限定了传输土壤环境参数的跳数，有利于避免多跳传输过程中的能量浪费。

在一种实施方式中，源节点采用直接传输方式或者通过协作传输的方式将所采集的土壤环境参数发送至目的节点，包括：

源节点在第一次发送土壤环境参数给其目的节点时，通过协作传输的方式将土壤环境参数传递至该跳的目的节点，并计算过程中的能量消耗，得到第一能量消耗；在第二次发送土壤环境参数时，源节点直接将土壤环境参数发送至该跳的目的节点，并计算过程中的能量消耗，得到第二能量消耗；源节点比较所述第一能量消耗和第二能量消耗，若所述第一能量消耗小于第二能量消耗，在后续的土壤环境参数传输时，源节点均通过协作节点协作传输的方式将土壤环境参数传递至该跳的目的节点；若所述第一能量消耗不小于第二能量消耗，在后续的土壤环境参数传输时，源节点直接将土壤环境参数发送至该跳的目的节点，其中每次发送的土壤环境参数的数量相同。

本实施例中，源节点将土壤环境参数发送至目的节点时，在开始时通过直接传输方式、通过协作传输的方式这两种方式来传输土壤环境参数，从而能够便捷获取该两种方式的能耗，源节点还将能耗最小的传输方式作为后续土壤环境参数传递的方式，有利于降低土壤环境参数传输的能耗。

在一个实施例中，所述通过协作传输的方式将土壤环境参数传递至该跳的目的节点，具体为：

(1)源节点在其邻居节点中选择n个邻居节点作为协作节点，当源节点的邻居节点数目小于n时，选择全部邻居节点作为源节点的协作节点；

(2)源节点利用多元正交幅度调制的方式调制土壤环境参数，然后将经调制的土壤环境参数以广播的方式传递给它的各个协作节点；

(3)源节点及其各协作节点对土壤环境参数进行压缩编码后，将压缩编码后的土壤环境参数传递至目的节点。

其中，协作节点的数目按照下列公式确定：

当时，n＝1；

当时，

式中，S为网络中部署的传感器节点数量，Z为所述监测区域的面积，k_m为源节点到其目的节点的距离；

其中，由簇首对压缩编码后的土壤环境参数进行译码，以重构土壤环境参数。

本实施例设定了单跳协作传输土壤环境参数的具体方式，其中根据源节点到目的节点的距离，设定了协作节点的数目确定公式，从而源节点能够根据该公式确定单跳协作传输的具体参数。通过源节点和各协作节点对土壤环境参数进行压缩编码再发送至目的节点，有益于节省土壤环境参数收集能耗。

在一个实施例中，源节点在其邻居节点中选择n个邻居节点作为协作节点，包括：

(1)计算各邻居节点的权值：

式中，E_ij表示源节点i的第j个邻居节点的权值，d表示源节点i的目的节点，k_id为源节点i与其目的节点d的距离，k_jd为所述第j个邻居节点与目的节点d的距离，k_ij为源节点i与所述第j个邻居节点的距离，P_j为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，P_j0为所述第j个邻居节点的初始能量，0_i0为源节点i的初始能量；w₁、w₂为预设的权重系数；f(k_jd,k_id)为判断取值函数，当k_jd<k_id时，f(k_jd,k_id)＝1，当k_jd≥k_id时，f(k_jd,k_id)＝0；

(2)按照权值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，源节点选择前n个邻居节点作为协作节点。

本实施例设定了邻居节点的权值计算公式，由该计算公式可知，剩余能量越多、位置优势越大的邻居节点具有更大的权值。源节点按照权值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，并选择前n个邻居节点作为协作节点，使得筛选出的协作节点能够有效完成协作传输土壤环境参数的任务，且有益于节省协作传输土壤环境参数的能耗，进而降低土壤环境智能监测系统的通信成本。

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 (6)

1.土壤环境智能监测系统，其特征是，包括：

土壤环境检测模块，用于对反应农田环境情况的土壤环境参数进行采集，并将采集得到的土壤环境参数发送至预处理模块；

预处理模块，被配置为对接收的土壤环境参数进行预处理，并发送至管理模块处进行存储；

管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；

分析模块，被配置为将土壤环境参数与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

异常报警模块，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境参数大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息；

其中，所述土壤环境检测模块包括汇聚节点和多个采集土壤环境参数的传感器节点，汇聚节点与预处理模块通信，多个传感器节点通过节点竞选操作确定簇首并分簇，簇内的传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首，汇聚节点汇总各簇首收集的土壤环境参数并发送至预处理模块。

2.根据权利要求1所述的土壤环境智能监测系统，其特征是，所述管理模块包括：

数据存储子模块，被配置为对接收的数据进行存储；

数据查询子模块，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据。

3.根据权利要求1或2所述的土壤环境智能监测系统，其特征是，预处理模块包括异常数据处理单元，异常数据处理单元被配置为对接收的土壤环境参数进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理。

4.根据权利要求3所述的土壤环境智能监测系统，其特征是，预处理模块还包括缺失数据处理单元，缺失数据处理单元被配置为对土壤环境参数进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

5.根据权利要求1所述的土壤环境智能监测系统，其特征是，所述传感器节点包括土壤重金属传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、土壤盐分传感器、地下水重金属传感器、地下水温度传感器中的一种或多种传感器。

6.根据权利要求1所述的土壤环境智能监测系统，其特征是，各传感器节点通过周期性地交换信息获取邻居节点标识及位置信息，所述的邻居节点为处于传感器节点传输范围内的其他传感器节点；簇内的传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首，包括：

(1)设向簇首发送所采集的土壤环境参数的传感器节点为源节点，根据下列公式确定源节点到对应簇首的传输路径长度c：

式中，k_i,o为源节点i到对应簇首的距离，k_x,o为所述对应簇首到其簇内第x个传感器节点的距离，n_o为所述对应簇首簇内传感器节点的数量，int为取整函数；int表示取整；

(2)若c≤1，源节点直接将土壤环境参数传输至对应簇首；若c>1，源节点在其邻居节点中选择一个邻居节点作为下一跳，即为该跳的目的节点，源节点将所采集的土壤环境参数发送至目的节点；

(3)将该跳的目的节点视为下一跳的源节点，令c＝c-1，该下一跳的源节点执行(2)，直至土壤环境参数被传递至簇首。