CN111586616A - 一种区域环境参数采集系统、方法以及设备 - Google Patents

一种区域环境参数采集系统、方法以及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种区域环境参数采集系统、方法以及设备，包括：数据采集模块、数据转发模块以及数据处理模块；本发明通过数据采集模块采集监测区域内的离散点的环境数据，数据转发模块对离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块，数据处理模块对离散点的环境数据采用双线性插值法进行计算，将离散的数据点转化为连续点，从而得到监测区域内所有连续点的环境数据。本发明利用双线性插值法从离散的环境数据中计算出监测区域内所有连续点的环境数据，从而使得在检测区域内的离散点铺设传感器即可完成环境数据的检测，避免了大面积铺设传感器所消耗的人力成本以及时间成本，大大降低了铺设传感器所需要的成本。

Description

一种区域环境参数采集系统、方法以及设备
技术领域
本发明涉及环境数据采集领域，尤其涉及一种区域环境参数采集系统、方法以及设备。
背景技术
在现代农业生产的过程中，对农作物的种植的环境数据进行监测是非常关键的，环境中的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等因素都会对农作物的生长起着正向或负向的作用。然而，目前若想要检测到目标区域内完整的环境数据时，往往需要通过大面积铺设传感器的方法对种植环境进行监测，铺设过程复杂，消耗了大量的时间成本以及人力成本。
综上所述，现有技术中检测目标区域内完整的环境数据时，需要大面积铺设传感器，导致成本较高。
发明内容
本发明提供了一种区域环境参数采集系统、方法以及设备，用于解决现有技术中检测目标区域内完整的环境数据时，需要大面积铺设传感器导致成本较高的技术问题。
本发明提供的一种区域环境参数采集系统，包括数据采集模块、数据转发模块以及数据处理模块；
数据采集模块用于接收数据转发模块发送的数据采集指令，响应于所述数据采集指令采集监测区域的离散点环境数据，将所述离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
数据转发模块用于发出数据采集指令，接收封装后的离散点环境数据，对所述封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
数据处理模块用于接收经过预处理后离散点环境数据，对所述经过预处理后离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，得到监测区域内所有连续点的环境数据。
优选的，环境数据包括土壤温度、土壤湿度，土壤ph值、光照强度、空气温度以及空气湿度。
优选的，数据采集模块包括有下位机以及传感器；
下位机用于接收数据转发模块发送的数据采集指令，根据数据采集指令控制传感器的启动与关闭，将离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
传感器用于采集监测区域的离散点环境数据。
优选的，数据转发模块包括上位机以及Lora无线通信模块；
上位机用于生成数据采集指令，将封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
Lora无线通信模块用于接收封装后的离散点环境数据，将封装后的离散点环境数据发送至上位机，发送数据采集指令至数据采集模块。
优选的，数据处理模块还包括显示模块，显示模块用于将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。
一种区域环境参数采集方法，包括以下步骤：
数据采集模块响应数据转发模块发送的数据采集指令，采集监测区域的离散点环境数据，将离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
数据转发模块对封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
数据处理模块对经过预处理后离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，得到监测区域内所有连续点的环境数据。
优选的，得到监测区域内所有连续点的环境数据后，执行以下步骤：
将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。
优选的，监测区域内所有连续点的环境数据通过echarts图表库以图表的形式进行可视化显示。
优选的，预处理的具体过程为对封装后的离散点环境数据进行数据划分以及格式转换。
一种区域环境参数采集设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种区域环境参数采集方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例通过采集监测区域内的离散点的环境数据，对离散点的环境数据采用双线性插值法进行计算，将离散的数据点转化为连续点，从而得到监测区域内所有连续点的环境数据。本发明实施例利用双线性插值法从离散的环境数据中计算出监测区域内所有连续点的环境数据，从而使得在检测区域内的离散点铺设传感器即可完成环境数据的检测，避免了大面积铺设传感器所消耗的人力成本以及时间成本，大大降低了铺设传感器所需要的成本。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种区域环境参数采集系统、方法以及设备的系统结构图。
图2为本发明实施例提供的一种区域环境参数采集系统、方法以及设备的方法流程图。
图3为本发明实施例提供的一种区域环境参数采集系统、方法以及设备的设备框架图。
图4为本发明实施例提供的一种区域环境参数采集系统、方法以及设备的传感器在监测区域内的安装位置示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种区域环境参数采集系统、方法以及设备，用于解决现有技术中检测目标区域内完整的环境数据时，需要大面积铺设传感器导致成本较高的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种用户用电量预测方法、系统及设备的方法流程图。
本发明实施例提供的一种区域环境参数采集系统，包括数据采集模块1、数据转发模块2以及数据处理模块3；
将数据采集模块1离散有序地安装在监测区域中，数据采集模块1用于接收数据转发模块2发送的数据采集指令，在接收到数据采集指令后，数据采集模块1开始采集监测区域的离散点环境数据，对离散点环境数据进行封装，封装成一个包含数据采集模块1地址以及离散点环境数据的数组，再将封装后的离散点环境数据发送至数据转发模块2；
需要进一步说明的是，环境数据包括土壤温度、土壤湿度，土壤ph值、光照强度、空气温度以及空气湿度。通过采集与农作物生长密切相关的环境数据，使得农户能够确定特定农作物的最佳生长条件，对于生产条件不佳的区域可以通过种植更适合当地特定条件的其它作物而加以重新利用，提高土地的利用效率。
数据转发模块2用于接收封装后的离散点环境数据，将封装后的离散点环境数据进行预处理，使得离散点环境数据能够被数据处理模块3识别计算，将经过预处理后的离散点环境数据发送至数据处理模块3；数据转发模块2还用于生成数据采集指令并发送至数据采集模块1，从而控制数据采集模块1启动，进行数据采集。
数据处理模块3用于接收经过预处理后离散点环境数据，对经过预处理后离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，通过双线性插值算法将离散点转换为连续点，从而得到监测区域内所有连续点的环境数据。
需要进一步说明的是，双线性插值算法的具体计算过程如下：
在本实施例中，以离散点环境数据中的土壤湿度为例，若想获得土壤湿度f在点P＝(x，y)的值，假设土壤湿度f在监测区域内四个离散点Q11＝(x1，y1)，Q12＝(x1，y2)，Q21＝(x2，y1)及Q22＝(x2，y2)的值为f(Q11)、f(Q12)、f(Q21)以及f(Q22)。
首先在x方向进行线性插值，具体如下：
Figure BDA0002508549960000051
Figure BDA0002508549960000052
然后在y方向进行线性插值，具体如下：
Figure BDA0002508549960000053
从而得到土壤湿度在P点的值f(x，y)：
Figure BDA0002508549960000054
Figure BDA0002508549960000055
作为一个优选的实施例，数据采集模块1包括有下位机101以及传感器102；
在本实施例中，下位机101由HT32F5235264LQFP芯片构成，下位机101用于接收数据转发模块2发送的数据采集指令，在接收到数据采集指令后，立即做出响应，发送问询帧至传感器102，在接收到传感器102返回的离散环境数据后，将离散点环境数据进行封装并发送至数据转发模块2；
传感器102用于在接收到下位机101的问询帧后采集监测区域的离散点环境数据，并将离散点环境数据发送至下位机101中。传感器102在监测区域内的分布位置如图4所示。
作为一个优选的实施例，数据转发模块2中包括有上位机201以及Lora无线通信模块202；
在本实施例中，上位机201采用树莓派，在树莓派中内置上位机201程序，上位机201用于生成数据采集指令从而控制数据采集模块1进行数据的采集；上位机201接收到封装后的离散点环境数据后，对封装后的离散点环境数据进行预处理，使得离散点环境数据能够被数据处理模块3识别计算，最后将经过预处理后的离散点环境数据发送至数据处理模块3中；
Lora无线通信模块202用于接收封装后的离散点环境数据，将封装后的离散点环境数据发送至上位机201，发送数据采集指令至数据采集模块1。Lora无线通信协议具有操作简单，无需连接互联网即可进行远距离数据传输的特点，并且相较与其他通讯方式，Lora无线通信的成本更低且数据传输更加稳定。
作为一个优选的实施例，数据处理模块3还包括有显示模块4，显示模块4用于将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。在本实施例中，在网站实现可视化显示，网站后台采用当前主流前后端分离的开发技术，基于springboot的微服务框架搭建而成；网站前端运用vue框架搭建。连续点的环境数据均通过echarts图表库以图表的形式呈现给用户，从而实现可视化显示。
如图2所示，一种区域环境参数采集方法，包括以下步骤：
将数据采集模块离散地铺设在监测区域内，数据采集模块响应数据转发模块发送的数据采集指令，采集监测区域的离散点环境数据；环境数据包括土壤温度、土壤湿度，土壤ph值、光照强度、空气温度以及空气湿度。通过采集与农作物生长密切相关的环境数据，使得农户能够确定特定农作物的最佳生长条件，对于生产条件不佳的区域可以通过种植更适合当地特定条件的其它作物而加以重新利用，提高土地的利用效率。
在采集到离散点环境数据后，数据采集模块将离散点环境数据进行封装，封装成一个包含数据采集模块地址以及其对应环境数据的数组后发送至数据转发模块，数据转发模块对封装后的离散点环境数据进行预处理；预处理的具体过程为对封装后的离散点环境数据进行数据划分，将每一种环境数据规划为一类；对划分完成后的离散点的环境数据进行格式转换，将其转换为JSON格式，以便于后续处理器对数据进行计算，之后，数据转发模块将进行预处理后离散点环境数据发送至数据处理模块。
数据处理模块对经过预处理后的离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，通过双线性插值算法将离散点转换为连续点，得到监测区域内所有连续点的环境数据。
作为一个优选的实施例，得到监测区域内所有连续点的环境数据后，执行以下步骤：
将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。在本实施例中，在网站实现可视化显示，网站后台采用当前主流前后端分离的开发技术，基于springboot的微服务框架搭建而成；网站前端运用vue框架搭建。连续点的环境数据均通过echarts图表库以图表的形式呈现给用户，从而实现可视化显示。
如图3所示，一种区域环境参数采集设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；
所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；
所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种区域环境参数采集方法中的步骤。
示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。
所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammaBle Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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)

1.一种区域环境参数采集系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据转发模块以及数据处理模块；
数据采集模块用于接收数据转发模块发送的数据采集指令，响应于数据采集指令采集监测区域的离散点环境数据，将离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
数据转发模块用于发出数据采集指令，接收封装后的离散点环境数据，对封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
数据处理模块用于接收经过预处理后离散点环境数据，对经过预处理后离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，得到监测区域内所有连续点的环境数据。
2.根据权利要求1所述的一种区域环境参数采集系统，其特征在于，环境数据包括土壤温度、土壤湿度，土壤ph值、光照强度、空气温度以及空气湿度。
3.根据权利要求1所述的一种区域环境参数采集系统，其特征在于，数据采集模块包括下位机以及传感器；
下位机用于接收数据转发模块发送的数据采集指令，根据数据采集指令控制传感器的启动与关闭，将离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
传感器用于采集监测区域的离散点环境数据。
4.根据权利要求1所述的一种区域环境参数采集系统，其特征在于，数据转发模块中包括上位机以及Lora无线通信模块；
上位机用于生成数据采集指令，将封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
Lora无线通信模块用于接收封装后的离散点环境数据，将封装后的离散点环境数据发送至上位机，发送数据采集指令至数据采集模块。
5.根据权利要求1所述的一种区域环境参数采集系统，其特征在于，数据处理模块还包括有显示模块，显示模块用于将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。
6.一种区域环境参数采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据采集模块响应数据转发模块发送的数据采集指令，采集监测区域的离散点环境数据，将离散点环境数据封装后发送至数据转发模块；
数据转发模块对封装后的离散点环境数据进行预处理后发送至数据处理模块；
数据处理模块对经过预处理后离散点环境数据采用双线性插值算法进行计算，得到监测区域内所有连续点的环境数据。
7.根据权利要求6所述的一种区域环境参数采集方法，其特征在于，得到监测区域内所有连续点的环境数据后，执行以下步骤：
将监测区域内所有连续点的环境数据进行可视化显示。
8.根据权利要求7所述的一种区域环境参数采集方法，其特征在于，监测区域内所有连续点的环境数据通过echarts图表库以图表的形式进行可视化显示。
9.根据权利要求6所述的一种区域环境参数采集方法，其特征在于，预处理的具体过程为对封装后的离散点环境数据进行数据划分以及格式转换。
10.一种区域环境参数采集设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求6～权利要求9所述的一种区域环境参数采集方法。
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