CN112630406A - 一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，该方法通过在监测区域安装土壤监测设备对土壤相关信息进行采集，然后利用无人机飞至各块盐碱地上空与土壤监测设备进行通信，并收集地面传感器信息，最后，根据采集的信息定位问题区域。该方法能够满足实时数据快速获取的需求，为盐碱地保护、修复治理提供技术支持；该方法通过构建地空通信模型采集土壤信息，有助于获取植物生长更好地营养元素和环境条件，为决策制定提供更好的数据参考。
Description
技术领域
本发明涉及土壤质量监测技术领域，特别是一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法。
背景技术
土壤环境监测是指通过对影响土壤环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势。我们通常所说的土壤监测是指土壤环境监测，其一般包括布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等技术内容。
目前，常用的监测方法有两种，一是采用面向WSN的土壤检测传感器，但是，WSN的传感器模块之间的组织连接采用层级传输的方式将数据传输给汇聚节点，由此形成的多跳传输使汇聚节点周围的其他节点在接收远距离监测点数据的时候发生多次反复，这样会消耗过多能量，这个也是固定感知网络存在的弊端；二是用卡尔曼滤波作为基于最小方差估计的经典推算方法配合多传感器姿态测量硬件系统，但是，卡尔曼滤波运算量大更新速率慢，当无人机处于快速运动状态时受到较大干扰，观测数据产生较大误差，并且无人机体积小，布设复杂的线路会浪费空间与荷载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可满足实时数据快速获取的需求，为盐碱地保护、修复治理提供技术支持的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，该方法通过在监测区域安装土壤监测设备对土壤相关信息进行采集，然后利用无人机对采集的信息进行收集，最后，根据采集的信息定位问题区域。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，该方法的具体步骤如下：
(1)在盐碱地布设土壤智能化传感系统，包括盐碱地土壤检测设备和微型传感器节点，盐碱地土壤检测设和微型传感器节点通过无线通信进行自动组网，对盐碱地土壤相关信息进行采集；
(2)设置无人机和航飞监测系统，无人机搭载MSN、嵌入移动汇聚节点、GPS定位装置、土壤信息参数传感器，利用无人机飞至盐碱地上空收集地面传感器采集的信息，嵌入移动汇聚节点通过无线通信将收集到的数据发送至航飞监测系统；
(3)根据收集的数据，定位问题区域。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，步骤(1)中采集的信息包括光照强度、温湿度、空气环境、土壤结构、微生物、地形类型。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，步骤(2)中的航飞监测系统包括无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心，无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心之间通过ZigBee无线通信。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，步骤(3)中，定位问题区域的方法为利用无人机测距算法进行距离与位置的估算，首先，建立距离与RSSI的函数关系式：
其中，Li，j表示它们的RSSI矢量(ri，rj)的平均范数，k为储存日志文件的广播数据包的取值，K为任意取值的自然数；
然后，引用中心极限理论，建立Li，j与di，j的线性函数关系：
Li，j＝γ+α+β×di，j
式中：di，j表示两节点间距离，α，β为常数，γ为随机变量，表征Li，j与距离的线性函数间的差异。
与现有技术相比，本发明通过在监测区域安装土壤监测设备对土壤相关信息进行采集，然后利用无人机对采集的信息进行收集，最后，根据采集的信息定位问题区域，能够满足实时数据快速获取的需求，为盐碱地保护、修复治理提供技术支持；该方法通过构建地空通信模型采集土壤信息，有助于获取植物生长更好地营养元素和环境条件，为决策制定提供更好的数据参考。
附图说明
图1为本发明的一种流程示意框图；
图2为本发明的土壤信息采集节点图。
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做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。
参照图1-2，一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，该方法通过在监测区域安装土壤监测设备对土壤相关信息进行采集，然后利用无人机对采集的信息进行收集，最后，根据采集的信息定位问题区域；
该方法的具体步骤如下：
(1)在盐碱地布设土壤智能化传感系统，包括盐碱地土壤检测设备和微型传感器节点，盐碱地土壤检测设和微型传感器节点通过无线通信进行自动组网，对盐碱地土壤相关信息进行采集；主要对环境因子进行监测，如光照强度、温湿度、空气环境、土壤结构、微生物、地形类型等，这些因素都能够影响植物生长；为土壤检测设备安装智能传感器节点，从而不需要通过无线信号连接组成拓扑网；
(2)设置无人机和航飞监测系统，无人机搭载MSN、嵌入移动汇聚节点、GPS定位装置、土壤信息参数传感器，航飞监测系统包括无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心，无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心，各部分之间遵循TI公司提供的ZigBee2007版协议；无线传感网路-传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、能量供应单元，无人机飞至各块盐碱地上空并收集地面传感器信息，嵌入移动汇聚节点通过ZigBee无线通信将采集到的数据发送至数据处理中心；
定位问题区域的方法为利用无人机测距算法进行距离与位置的估算，无人机测距算法为通过无人机控制距离，然后监测接收信号强度，从而根据信号强度对问题区域进行定位：
首先，建立距离与RSSI的函数关系式：
其中，Li，j表示它们的RSSI矢量(ri，rj)的平均范数；k为储存日志文件的广播数据包的取值，K为任意取值的自然数；RSSI为接收信号强度；
然后，引用中心极限理论，建立Li，j与di，j的线性函数关系：
Li，j＝γ+α+β×di，j
式中：di，j表示两节点间距离，α，β为常数；γ为随机变量，表征Li，j与距离的线性函数间的差异。
Claims (5)
1.一种利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，其特征在于：该方法通过在监测区域安装土壤监测设备对土壤相关信息进行采集，然后利用无人机对采集的信息进行收集，最后，根据采集的信息定位问题区域。
2.根据权利要求1所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
(1)在盐碱地布设土壤智能化传感系统，包括盐碱地土壤检测设备和微型传感器节点，盐碱地土壤检测设和微型传感器节点通过无线通信进行自动组网，对盐碱地土壤相关信息进行采集；
(2)设置无人机和航飞监测系统，无人机搭载MSN、嵌入移动汇聚节点、GPS定位装置、土壤信息参数传感器，利用无人机飞至盐碱地上空收集地面土壤智能化传感系统采集的信息，嵌入移动汇聚节点通过无线通信将收集到的数据发送至航飞监测系统；
(3)根据收集的数据，定位问题区域。
3.根据权利要求1所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，其特征在于：步骤(1)中采集的信息包括光照强度、温湿度、空气环境、土壤结构、微生物、地形类型。
4.根据权利要求1所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，其特征在于：步骤(2)中的航飞监测系统包括无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心，无人机平台、传感器节点、汇聚节点和控制中心之间通过ZigBee无线通信。
5.根据权利要求1所述的利用无人机传感技术的盐碱地土壤质量监测方法，其特征在于：步骤(3)中，定位问题区域的方法为利用无人机测距算法进行距离与位置的估算，首先，建立距离与RSSI的函数关系式：
其中，Li，j表示它们的RSSI矢量(ri，rj)的平均范数，k为储存日志文件的广播数据包的取值，K为任意取值的自然数；
然后，引用中心极限理论，建立Li，j与di，j的线性函数关系：
Li，j＝γ+α+β×di，j
式中：di，j表示两节点间距离，α，β为常数；γ为随机变量，表征Li，j与距离的线性函数间的差异。
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