CN117544873A - 一种基于北斗的林业气象数据采集终端及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于北斗的林业气象数据采集终端及系统，属于数据采集技术领域，数据采集系统包括数据采集单元、数据处理单元和通信单元，数据采集单元、数据处理单元和通信单元依次通信连接；数据采集单元用于采集区域气象数据信息和虫情数据信息；数据处理单元用于将数据采集单元采集到的数据进行处理，包括数据清洗和数据压缩；通信单元包括4G网络和北斗短报文的通信方式，用于将处理后的数据发送到数据中心；数据采集终端包括微处理器、RNSS定位模块、短报文通信模块、4G模块、电源管理模块以及接口模块。本发明通过依据采集数据的传输方式进行数据加密和数据压缩，提高了数据采集的成功率。
Description
技术领域
本发明属于数据采集技术领域，具体涉及一种基于北斗的林业气象数据采集终端及系统。
背景技术
林业气象数据采集可以实现实时监测气象参数，如温度、湿度、风速等，及时发现气象异常情况，并提供预警功能，有助于采取相应的保护措施，减少林业灾害损失。早期的水文和气象数据采集多采用超短波信道，前期投入较大且传输距离受限。近年来，由于手机短信信道GPRS价格低廉、分布广泛，得到了广泛的应用。然而，在偏远多山等环境恶劣地带，GPRS网络覆盖不佳；超短波信道需要多跳转发，布设不便，成本高昂。卫星通信系统具有覆盖地域广、信道质量好、通信容量大、传输距离远的优点。然而，一般的卫星通信系统，如北斗短报文通信存在容量有限和丢包的问题。
因此，亟需提供一种基于北斗的林业气象数据采集终端及系统，通过数据的处理，提高林业气象数据采集的成功率，保障数据的时效性和可靠性。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于北斗的林业气象数据采集终端及系统，通过依据采集数据的传输方式进行数据加密和数据压缩，提高了数据采集的成功率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于北斗的林业气象数据采集系统，包括数据采集单元、数据处理单元和通信单元，所述数据采集单元、数据处理单元和通信单元依次通信连接；
所述数据采集系统还包括数据采集控制策略：
通过自适应采集和事件触发采集调用数据采集单元进行数据信息采集；
对采集的数据进行挖掘获取频繁项集，根据频繁项集的特征对应生成条件数据；其中条件数据包括时间节点、数据类型、灾害类型和区域环境条件；
根据林业数据采集任务的需求选取灾害类型，并通过选定的灾害类型进行特征提取，从而获得数据采集的对象；
根据数据采集区域的通信条件选择通信连接方式，若通过4G网络进行数据传输，则对采集数据进行加密后传输；若通过北斗短报文进行传输，则对采集数据进行压缩后传输。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据采集单元，用于采集区域气象数据信息和虫情数据信息；所述通信单元，包括4G网络和北斗短报文的通信方式，用于将处理后的数据发送到数据中心。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据处理单元，用于将数据采集单元采集到的数据进行处理，包括数据清洗和数据压缩。
作为本发明的一种优选技术方案，所述自适应采集根据经验数据设置的初始采集频率，经过实时监测到的数据进行分析和评估，判断信息参数的变化幅度，从而动态调整采集频率；所述事件触发采集依据数据采集对象的特征触发数据采集单元以预设的频率进行信息采集。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据类型包括温度、湿度、气压、风速和风向；所述灾害类型包括林火、虫害、疾病、风灾、酸雨、雪灾以及土地滑坡；所述区域环境条件包括风力资源、降水量以及生物多样性。
作为本发明的一种优选技术方案，所述频繁项集的获取采用关联规则挖掘算法，具体包括以下步骤：
S11、特征提取：将采集的数据转换为适合关联挖掘算法处理的形式，并选取适当的特征表示气象事件的发生与否；
S12、频繁项集挖掘：设定最小支持度阈值，使用关联规则挖掘算法进行频繁项集挖掘，识别出频繁出现的气象事件组合；
S13、关联规则分析：基于频繁项集挖掘的结果，找出不同气象事件之间的相关性和规律性；
S14、灾害或事件类型生成：根据关联规则的分析结果，将频繁项集和关联规则映射到对应的灾害或事件类型上，识别出导致特定灾害或事件发生的气象条件模式；
S15、模型验证与优化：验证和优化生成的灾害或事件类型。
作为本发明的一种优选技术方案，对采集数据进行压缩采用小波变换，具体包括以下步骤：
S21、进行小波域表示，用f表示采集数据，其在小波域中是一致的时频，在ψ小波基的作用下获取小波域中信号的分解系数；
S22、进行零填充，即对时间冗余进行去除；
S23、实施编码压缩，对编码冗余进行去除并实施量化；
S24、对介质进行存储，实现数据存储的压缩。
本发明还提供了一种基于北斗的林业气象数据采集终端，应用于上述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，包括微处理器、RNSS定位模块、短报文通信模块、4G模块、电源管理模块以及接口模块；
所述微处理器，用于接收其它模块发来的定位数据和气象数据，并将接收到的数据进行预处理；
所述RNSS定位模块，用于接收卫星导航系统发射的信号，通过接收和处理接收的信号，实现多系统联合定位；所述短报文通信模块，用于发送和接收短文本消息；
所述气象数据采集终端还包括气象传感器和数据存储模块；所述气象传感器，包括温度、湿度、气压、风速、风向等传感器，用于实时监测周围环境的气象数据；所述数据存储模块，用于存储采集到的气象数据。
本发明的有益效果为：
本发明通过设置4G模块和短报文通信模块，克服了林业数据采集的传输问题，同时依据采集数据的传输方式进行数据加密和数据压缩，进一步保障了数据采集的成功率。
本发明在数据采集单元的调用过程中加入了自适应采集和事件触发采集，保障了数据采集的全面性和有效性，同时对事件触发采集的触发条件通过关联规则挖掘并依据采集任务的需求进行选取，进一步调高了数据的实用性且降低了数据的采集总量，从源头上降低了数据传输的需求。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于北斗的林业气象数据采集系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于北斗的林业气象数据采集终端的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1-2，本实施例提供了一种基于北斗的林业气象数据采集系统，包括数据采集单元、数据处理单元和通信单元，所述数据采集单元、数据处理单元和通信单元依次通信连接；
所述数据采集单元，用于采集区域气象数据信息和虫情数据信息等。
所述数据处理单元，用于将数据采集单元采集到的数据进行处理，包括数据清洗和数据压缩。
所述通信单元，包括4G网络和北斗短报文的通信方式，用于将处理后的数据发送到数据中心。
所述数据采集系统还包括数据采集控制策略：
通过自适应采集和事件触发采集调用数据采集单元进行数据信息采集；其中自适应采集根据经验数据设置的初始采集频率，经过实时监测到的数据进行分析和评估，判断信息参数的变化幅度，从而动态调整采集频率；事件触发采集依据数据采集对象的特征触发数据采集单元以预设的频率进行信息采集。
可理解的是，信息参数的变化幅度评估可以通过统计方法、滑动窗口等技术实现，自适应采集保证了在长期数据采集过程中突发性变化的数据均纳入采集范围。数据频繁项集通过关联规则挖掘算法获取，事件触发采集提高了采集数据的实用性。
对采集的数据进行挖掘获取频繁项集，根据频繁项集的特征对应生成条件数据；其中条件数据包括时间节点、数据类型、灾害类型和区域环境条件。
需说明的是，数据类型包括温度、湿度、气压、风速和风向等；灾害类型包括林火、虫害、疾病、风灾、酸雨、雪灾以及土地滑坡等；区域环境条件包括风力资源、降水量以及生物多样性等。
本实施例中，频繁项集的挖掘采用关联规则挖掘算法（如Apriori、FP-Growth等），具体包括以下步骤：
S11、特征提取：将采集的数据转换为适合关联挖掘算法处理的形式，如将连续数值型数据离散化，并选取适当的特征表示气象事件的发生与否；
S12、频繁项集挖掘：设定最小支持度阈值，使用关联规则挖掘算法进行频繁项集挖掘，识别出频繁出现的气象事件组合；
S13、关联规则分析：基于频繁项集挖掘的结果，找出不同气象事件之间的相关性和规律性；
S14、灾害或事件类型生成：根据关联规则的分析结果，将频繁项集和关联规则映射到对应的灾害或事件类型上，识别出导致特定灾害或事件发生的气象条件模式；
S15、模型验证与优化：验证和优化生成的灾害或事件类型。
根据林业数据采集任务的需求选取灾害类型，并通过选定的灾害类型进行特征提取，从而获得数据采集的对象。
根据数据采集区域的通信条件选择通信连接方式，若通过4G网络进行数据传输，则对采集数据进行加密后传输；若通过北斗短报文进行传输，则对采集数据进行压缩后传输。
其中，采集数据的压缩采用小波变换，具体包括以下步骤：
S21、进行小波域表示，用f表示采集数据，其在小波域中是一致的时频，在ψ小波基的作用下获取小波域中信号的分解系数；
S22、进行零填充，即对时间冗余进行去除；
S23、实施编码压缩，对编码冗余进行去除并实施量化；
S24、对介质进行存储，实现数据存储的压缩。
可理解的是，在接收到压缩的数据后，需要在小波域中对编码压缩以后的小波系数进行恢复，并通过小波重建从而实现对压缩数据的恢复。
本实施例还提供了一种基于北斗的林业气象数据采集终端，包括微处理器、RNSS定位模块、短报文通信模块、4G模块、电源管理模块以及接口模块。
所述微处理器与各模块之间通过串口、电源接口、SPI等接口进行连接，对其它模块进行初始化操作，接收其它模块发来的定位数据、气象数据，并将接收到的数据进行预处理。
所述RNSS定位模块，用于接收卫星导航系统（如北斗卫星导航系统BDS、GPS、GLONASS等）发射的信号，通过接收和处理这些信号，实现多系统联合定位。所述短报文通信模块，用于发送和接收短文本消息。
所述电源管理模块，包括电源开关、充电电路和电源电路。其中，充电电路用于给电池充电。电源电路主要是从电池取电后，产生设备其他模块所需要的电源。所述接口模块，用于数据传输和给电池充电。
所述气象数据采集终端还包括气象传感器和数据存储模块。
所述气象传感器，包括温度、湿度、气压、风速、风向等传感器，用于实时监测周围环境的气象数据。
所述数据存储模块，用于存储采集到的气象数据，可以是内部存储器或外部存储卡。
本发明通过设置4G模块和短报文通信模块，克服了林业数据采集的传输问题，同时依据采集数据的传输方式进行数据加密和数据压缩，进一步保障了数据采集的成功率。
本发明在数据采集单元的调用过程中加入了自适应采集和事件触发采集，保障了数据采集的全面性和有效性，同时对事件触发采集的触发条件通过关联规则挖掘并依据采集任务的需求进行选取，进一步调高了数据的实用性且降低了数据的采集总量，从源头上降低了数据传输的需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：包括数据采集单元、数据处理单元和通信单元，所述数据采集单元、数据处理单元和通信单元依次通信连接；
所述数据采集系统还包括数据采集控制策略：
通过自适应采集和事件触发采集调用数据采集单元进行数据信息采集；
对采集的数据进行挖掘获取频繁项集，根据频繁项集的特征对应生成条件数据；其中条件数据包括时间节点、数据类型、灾害类型和区域环境条件；
根据林业数据采集任务的需求选取灾害类型，并通过选定的灾害类型进行特征提取，从而获得数据采集的对象；
根据数据采集区域的通信条件选择通信连接方式，若通过4G网络进行数据传输，则对采集数据进行加密后传输；若通过北斗短报文进行传输，则对采集数据进行压缩后传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：所述数据采集单元，用于采集区域气象数据信息和虫情数据信息；所述通信单元，包括4G网络和北斗短报文的通信方式，用于将处理后的数据发送到数据中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：所述数据处理单元，用于将数据采集单元采集到的数据进行处理，包括数据清洗和数据压缩。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：所述自适应采集根据经验数据设置的初始采集频率，经过实时监测到的数据进行分析和评估，判断信息参数的变化幅度，从而动态调整采集频率；所述事件触发采集依据数据采集对象的特征触发数据采集单元以预设的频率进行信息采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：所述数据类型包括温度、湿度、气压、风速和风向；所述灾害类型包括林火、虫害、疾病、风灾、酸雨、雪灾以及土地滑坡；所述区域环境条件包括风力资源、降水量以及生物多样性。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：所述频繁项集的获取采用关联规则挖掘算法，具体包括以下步骤：
S11、特征提取：将采集的数据转换为适合关联挖掘算法处理的形式，并选取适当的特征表示气象事件的发生与否；
S12、频繁项集挖掘：设定最小支持度阈值，使用关联规则挖掘算法进行频繁项集挖掘，识别出频繁出现的气象事件组合；
S13、关联规则分析：基于频繁项集挖掘的结果，找出不同气象事件之间的相关性和规律性；
S14、灾害或事件类型生成：根据关联规则的分析结果，将频繁项集和关联规则映射到对应的灾害或事件类型上，识别出导致特定灾害或事件发生的气象条件模式；
S15、模型验证与优化：验证和优化生成的灾害或事件类型。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：对采集数据进行压缩采用小波变换，具体包括以下步骤：
S21、进行小波域表示，用f表示采集数据，其在小波域中是一致的时频，在ψ小波基的作用下获取小波域中信号的分解系数；
S22、进行零填充，即对时间冗余进行去除；
S23、实施编码压缩，对编码冗余进行去除并实施量化；
S24、对介质进行存储，实现数据存储的压缩。
8.一种基于北斗的林业气象数据采集终端，应用于如权利要求1-7任一项所述的一种基于北斗的林业气象数据采集系统，其特征在于：包括微处理器、RNSS定位模块、短报文通信模块、4G模块、电源管理模块以及接口模块；
所述微处理器，用于接收其它模块发来的定位数据和气象数据，并将接收到的数据进行预处理；
所述RNSS定位模块，用于接收卫星导航系统发射的信号，通过接收和处理接收的信号，实现多系统联合定位；所述短报文通信模块，用于发送和接收短文本消息；
所述气象数据采集终端还包括气象传感器和数据存储模块；所述气象传感器，包括温度、湿度、气压、风速和风向传感器，用于实时监测周围环境的气象数据；所述数据存储模块，用于存储采集到的气象数据。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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