CN109631990A - 一种基于大数据和wsn技术的农业信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业信息技术领域，具体涉及一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，包括农业信息采集系统，农业信息采集系统中分别设有土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新，土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接；本发明能够有效克服现有技术所存在的传统的农业信息采集方式无法满足日益发展的社会需求的缺陷。

Description

一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，具体涉及一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统。

背景技术

现在的社会是一个高速发展的社会，科技发达，信息流通，人们之间的交流越来越密切，生活也越来越方便，大数据就是这个高科技时代的产物。大数据分析的产生旨在于IT管理，企业可以将实时数据流分析和历史相关数据相结合，然后大数据分析并发现它们所需的模型。反过来，帮助预测和预防未来运行中断和性能问题。进一步来讲，他们可以利用大数据了解使用模型以及地理趋势，进而加深大数据对重要用户的洞察力。他们也可以追踪和记录网络行为，大数据轻松地识别业务影响；随着对服务利用的深刻理解加快利润增长；同时跨多系统收集数据发展IT服务目录。

无线传感器网络(Wireless SensorNetworks，WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

WSN的发展得益于微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS)、片上系统(System on Chip，SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展。

WSN广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生、农业信息技术等多个领域。

所谓农业信息技术，是指利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行采集、存储、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。它是利用现代高新技术改造传统农业的重要途径。

因而，如何利用大数据与无线传感器网络技术实现农业信息采集系统的飞速发展成为当今社会发展的需求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，能够有效克服现有技术所存在的传统的农业信息采集方式无法满足日益发展的社会需求的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，包括农业信息采集系统，所述农业信息采集系统中分别设有土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新。

优选地，所述土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，所述GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接，实现将WSN汇聚节点中采集的各传感器中的信息分别输送至各子系统中进行动态监测、统计与存储。

优选地，所述WSN汇聚节点通过无线网络感知和检查分布在各传感器节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6……节点n处探测的信息，并根据探测到的信息对已知的信息进行动态更新。

优选地，所述土壤环境子系统中包含酸碱度监测、温湿度检测和盐分监测三大部分，通过三者的结合共同监测各地区农作物土壤环境；所述酸碱度监测主要依据分布在各种土壤环境中探测酸碱浓度的传感器节点中传输的信息以及输送的地理位置对该地理位置土壤环境的酸碱度进行记录和动态监测；所述温湿度检测主要依据分布在各种土壤环境中探测温度和湿度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的温湿度进行记录和动态监测；所述盐分监测主要依据分布在各种土壤环境中探测盐分程度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的盐成分含量进行记录和动态监测。

优选地，所述农作物生长子系统中设有光照时间监测、光照强度监测、计时模块、品种分类和作物长势监测五大模块，所述光照时间监测主要通过传感器节点监测各地区农作物每日光照时间；所述光照强度监测主要通过传感器节点监测各地区农作物日光照时间中各时段的光照强度变化信息；所述品种分类依据各地区自然环境等不同对各监测节点处不同农作物进行分类监测；所述作物长势监测通过各地区分布的传感器节点并结合光照时间监测和关照强度监测两大模块共同监测各地区不同种类农作物的长势；所述计时模块用于统计上述作物长势监测中分布于不同地区的相同种类农作物或同一地区的不同种类农作物的作物生长周期。

优选地，所述农作物产量子系统中包含营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测；所述营养状况监测通过分布在各地区农作物生长环境中的传感器节点监测作物根系营养吸收状况；所述生长环境统计依据上述营养状况监测中不同地区农作物的营养吸收状况对该地区生长环境进行相应的统计；所述作物种类监测通过上述营养状况监测中不同种类农作物的营养吸收状况对该种类农作物进行相应的记录；所述病变霉变统计用于对不同地区不同种类农作物病变霉变的时间、病变霉变种类进行监测，并将此数据作为影响该地区农作物产量的依据。

优选地，所述营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测三者结合作为对不同地区种植不同种类农作物和施用不同肥料以实现该地区农作物产量提升的重要依据。

优选地，所述病虫害监控子系统中包含病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计、农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测；所述病变作物监测通过分布于各地区不同种类农作物生长环境中的传感器节点监测该种类农作物是否病变；所述病虫害面积统计用于将上述病变作物监测中已检测到的病变的农作物的面积区域进行统计；所述病虫害时间统计用于分类记录上述病变作物监测中监测到的不同地区不同种类农作物病变的时间；所述农药喷洒情况统计用于检测并统计不同地区不同种类农作物喷洒的农药种类和用量；所述作物根系吸收监测用于监测上述农药喷洒情况统计中喷洒的不同种类农药对农作物根系吸收的影响险。

优选地，所述病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计作为了解该地区不同种类农作物遭受病虫害影响的依据，所述农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测作为调节该地区农作物免遭受病虫害影响、提升农作物产量以及研究新型农作物的依据。

优选地，所述农业污染子系统包含水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测，所述水体环境监测通过各地区农作物附近水源中探测该水源环境的传感器节点传递的信息对该地区水体进行监测，并结合上述农药喷洒情况统计中的信息了解在农作物生长过程中通过外界干预对该地区水体造成的污染情况；所述土壤污染监测通过对不同地区农作物土壤中重金属等污染物的监测了解该地区土壤污染情况；所述空气污染监测通过对农药喷洒时节、秋收时节因农药喷洒和农业废弃物燃烧等对空气造成的污染进行监测；上述水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测三者结合作为监督和管理农业生产对自然环境造成影响的依据。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统采用多种功能相结合的方式设计出一种农业信息采集系统，摒弃了目前传统的农业信息采集方式无法满足日益发展的社会需求的情况，本发明有益效果：

1、本发明农业信息采集系统分别通过土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统对农业信息进行采集，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新，满足现代化需求；

2、本发明土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接，实现将WSN汇聚节点中采集的各传感器中的信息分别输送至各子系统中进行动态监测、统计与存储；

3、本发明土壤环境子系统中包含酸碱度监测、温湿度检测和盐分监测三大部分，通过三者的结合共同监测各地区农作物土壤环境；

4、本发明农作物生长子系统中通过光照时间监测、光照强度监测、计时模块、品种分类和作物长势监测五大模块监测农作物进行光合作用的时间，光照强度，农作物长势以及不同品种的生长周期；

5、本发明农作物产量子系统中营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测三者结合作为对不同地区种植不同种类农作物和施用不同肥料以实现该地区农作物产量提升的重要依据，病变霉变统计用于对不同地区不同种类农作物病变霉变的时间、病变霉变种类进行监测，并将此数据作为影响该地区农作物产量的依据；

6、本发明病虫害监控子系统中病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计作为了解该地区不同种类农作物遭受病虫害影响的依据，农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测作为调节该地区农作物免遭受病虫害影响、提升农作物产量以及研究新型农作物的依据；

7、本发明农业污染子系统利用水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测三者结合作为监督和管理农业生产对自然环境造成影响的依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明模块关系图；

图2为本发明模块关系图；

图3为本发明空气质量监控单元模块图；

图4为本发明室内分贝值监控单元模块图；

图5为本发明卫生间监控单元模块图；

图6为本发明人员流动性监控单元模块图；

图7为本发明人员探视时间监控单元模块图；

图8为本发明室内照明光线调整单元模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，如图1-8所示，包括农业信息采集系统，农业信息采集系统中分别设有土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新；

土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接，实现将WSN汇聚节点中采集的各传感器中的信息分别输送至各子系统中进行动态监测、统计与存储；

WSN汇聚节点通过无线网络感知和检查分布在各传感器节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6……节点n处探测的信息，并根据探测到的信息对已知的信息进行动态更新；

土壤环境子系统中包含酸碱度监测、温湿度检测和盐分监测三大部分，通过三者的结合共同监测各地区农作物土壤环境；酸碱度监测主要依据分布在各种土壤环境中探测酸碱浓度的传感器节点中传输的信息以及输送的地理位置对该地理位置土壤环境的酸碱度进行记录和动态监测；温湿度检测主要依据分布在各种土壤环境中探测温度和湿度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的温湿度进行记录和动态监测；盐分监测主要依据分布在各种土壤环境中探测盐分程度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的盐成分含量进行记录和动态监测；

农作物生长子系统中设有光照时间监测、光照强度监测、计时模块、品种分类和作物长势监测五大模块，光照时间监测主要通过传感器节点监测各地区农作物每日光照时间；光照强度监测主要通过传感器节点监测各地区农作物日光照时间中各时段的光照强度变化信息；品种分类依据各地区自然环境等不同对各监测节点处不同农作物进行分类监测；作物长势监测通过各地区分布的传感器节点并结合光照时间监测和关照强度监测两大模块共同监测各地区不同种类农作物的长势；计时模块用于统计上述作物长势监测中分布于不同地区的相同种类农作物或同一地区的不同种类农作物的作物生长周期；

农作物产量子系统中包含营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测；营养状况监测通过分布在各地区农作物生长环境中的传感器节点监测作物根系营养吸收状况；生长环境统计依据上述营养状况监测中不同地区农作物的营养吸收状况对该地区生长环境进行相应的统计；作物种类监测通过上述营养状况监测中不同种类农作物的营养吸收状况对该种类农作物进行相应的记录；病变霉变统计用于对不同地区不同种类农作物病变霉变的时间、病变霉变种类进行监测，并将此数据作为影响该地区农作物产量的依据；

营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测三者结合作为对不同地区种植不同种类农作物和施用不同肥料以实现该地区农作物产量提升的重要依据；

病虫害监控子系统中包含病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计、农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测；病变作物监测通过分布于各地区不同种类农作物生长环境中的传感器节点监测该种类农作物是否病变；病虫害面积统计用于将上述病变作物监测中已检测到的病变的农作物的面积区域进行统计；病虫害时间统计用于分类记录上述病变作物监测中监测到的不同地区不同种类农作物病变的时间；农药喷洒情况统计用于检测并统计不同地区不同种类农作物喷洒的农药种类和用量；作物根系吸收监测用于监测上述农药喷洒情况统计中喷洒的不同种类农药对农作物根系吸收的影响；

病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计作为了解该地区不同种类农作物遭受病虫害影响的依据，农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测作为调节该地区农作物免遭受病虫害影响、提升农作物产量以及研究新型农作物的依据；

农业污染子系统包含水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测，水体环境监测通过各地区农作物附近水源中探测该水源环境的传感器节点传递的信息对该地区水体进行监测，并结合上述农药喷洒情况统计中的信息了解在农作物生长过程中通过外界干预对该地区水体造成的污染情况；土壤污染监测通过对不同地区农作物土壤中重金属等污染物的监测了解该地区土壤污染情况；空气污染监测通过对农药喷洒时节、秋收时节因农药喷洒和农业废弃物燃烧等对空气造成的污染进行监测；上述水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测三者结合作为监督和管理农业生产对自然环境造成影响的依据。

本发明所提供的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统采用多种功能相结合的方式设计出一种农业信息采集系统，摒弃了目前传统的农业信息采集方式无法满足日益发展的社会需求的情况，本发明有益效果：

1、本发明农业信息采集系统分别通过土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统对农业信息进行采集，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新，满足现代化需求；

2、本发明土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接，实现将WSN汇聚节点中采集的各传感器中的信息分别输送至各子系统中进行动态监测、统计与存储；

3、本发明土壤环境子系统中包含酸碱度监测、温湿度检测和盐分监测三大部分，通过三者的结合共同监测各地区农作物土壤环境；

4、本发明农作物生长子系统中通过光照时间监测、光照强度监测、计时模块、品种分类和作物长势监测五大模块监测农作物进行光合作用的时间，光照强度，农作物长势以及不同品种的生长周期；

5、本发明农作物产量子系统中营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测三者结合作为对不同地区种植不同种类农作物和施用不同肥料以实现该地区农作物产量提升的重要依据，病变霉变统计用于对不同地区不同种类农作物病变霉变的时间、病变霉变种类进行监测，并将此数据作为影响该地区农作物产量的依据；

6、本发明病虫害监控子系统中病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计作为了解该地区不同种类农作物遭受病虫害影响的依据，农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测作为调节该地区农作物免遭受病虫害影响、提升农作物产量以及研究新型农作物的依据；

7、本发明农业污染子系统利用水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测三者结合作为监督和管理农业生产对自然环境造成影响的依据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：包括农业信息采集系统，所述农业信息采集系统中分别设有土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统，并通过云端数据库将农业信息采集系统中的数据进行存储和实时更新。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述土壤环境子系统、农作物生长子系统、农作物产量子系统、病虫害监控子系统和农业污染子系统中采集的信息均通过GPRS传输得到，所述GPRS传输的输入端通过网关与WSN汇聚节点的输出端进行网络连接，实现将WSN汇聚节点中采集的各传感器中的信息分别输送至各子系统中进行动态监测、统计与存储。

3.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述WSN汇聚节点通过无线网络感知和检查分布在各传感器节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6……节点n处探测的信息，并根据探测到的信息对已知的信息进行动态更新。

4.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述土壤环境子系统中包含酸碱度监测、温湿度检测和盐分监测三大部分，通过三者的结合共同监测各地区农作物土壤环境；所述酸碱度监测主要依据分布在各种土壤环境中探测酸碱浓度的传感器节点中传输的信息以及输送的地理位置对该地理位置土壤环境的酸碱度进行记录和动态监测；所述温湿度检测主要依据分布在各种土壤环境中探测温度和湿度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的温湿度进行记录和动态监测；所述盐分监测主要依据分布在各种土壤环境中探测盐分程度的传感器节点中传输的信息及输送的地理位置对该地区土壤环境的盐成分含量进行记录和动态监测。

5.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述农作物生长子系统中设有光照时间监测、光照强度监测、计时模块、品种分类和作物长势监测五大模块，所述光照时间监测主要通过传感器节点监测各地区农作物每日光照时间；所述光照强度监测主要通过传感器节点监测各地区农作物日光照时间中各时段的光照强度变化信息；所述品种分类依据各地区自然环境等不同对各监测节点处不同农作物进行分类监测；所述作物长势监测通过各地区分布的传感器节点并结合光照时间监测和关照强度监测两大模块共同监测各地区不同种类农作物的长势；所述计时模块用于统计上述作物长势监测中分布于不同地区的相同种类农作物或同一地区的不同种类农作物的作物生长周期。

6.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述农作物产量子系统中包含营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测；所述营养状况监测通过分布在各地区农作物生长环境中的传感器节点监测作物根系营养吸收状况；所述生长环境统计依据上述营养状况监测中不同地区农作物的营养吸收状况对该地区生长环境进行相应的统计；所述作物种类监测通过上述营养状况监测中不同种类农作物的营养吸收状况对该种类农作物进行相应的记录；所述病变霉变统计用于对不同地区不同种类农作物病变霉变的时间、病变霉变种类进行监测，并将此数据作为影响该地区农作物产量的依据。

7.根据权利要求6所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述营养状况监测、病变霉变统计、生长环境统计和作物种类监测三者结合作为对不同地区种植不同种类农作物和施用不同肥料以实现该地区农作物产量提升的重要依据。

8.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述病虫害监控子系统中包含病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计、农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测；所述病变作物监测通过分布于各地区不同种类农作物生长环境中的传感器节点监测该种类农作物是否病变；所述病虫害面积统计用于将上述病变作物监测中已检测到的病变的农作物的面积区域进行统计；所述病虫害时间统计用于分类记录上述病变作物监测中监测到的不同地区不同种类农作物病变的时间；所述农药喷洒情况统计用于检测并统计不同地区不同种类农作物喷洒的农药种类和用量；所述作物根系吸收监测用于监测上述农药喷洒情况统计中喷洒的不同种类农药对农作物根系吸收的影响。

9.根据权利要求8所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述病变作物监测、病虫害面积统计、病虫害时间统计作为了解该地区不同种类农作物遭受病虫害影响的依据，所述农药喷洒情况统计和作物根系吸收监测作为调节该地区农作物免遭受病虫害影响、提升农作物产量以及研究新型农作物的依据。

10.根据权利要求2所述的一种基于大数据和WSN技术的农业信息采集系统，其特征在于：所述农业污染子系统包含水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测，所述水体环境监测通过各地区农作物附近水源中探测该水源环境的传感器节点传递的信息对该地区水体进行监测，并结合上述农药喷洒情况统计中的信息了解在农作物生长过程中通过外界干预对该地区水体造成的污染情况；所述土壤污染监测通过对不同地区农作物土壤中重金属等污染物的监测了解该地区土壤污染情况；所述空气污染监测通过对农药喷洒时节、秋收时节因农药喷洒和农业废弃物燃烧等对空气造成的污染进行监测；上述水体环境监测、土壤污染监测和空气污染监测三者结合作为监督和管理农业生产对自然环境造成影响的依据。