一种秸秆燃烧定位系统及方法与流程
本发明涉及秸秆燃烧领域，尤其涉及一种秸秆燃烧定位系统及方法。
背景技术：
目前，国内解决秸秆燃烧监测的方法，基本上都是依赖人工区域驻扎的方式进行人工检测。人工监测秸秆燃烧的方式存在以下不足：监测效率低，依靠检测人员经验进行监测，监测失误率较高，而且造成了大量的人力成本；依赖人工区域驻扎的方式危险性高，监测人员易受伤害。当前也有采用自动监测方式检测秸秆燃烧的，在监测区域内设置多个监测点，每个监测点设置定位模块，导致系统成本较高。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种秸秆燃烧定位系统，包括：监控中心，协调器，用于监测区域内燃烧信息监测、具有定位、路由和数据转发功能的定位监测节点，用于监测区域内燃烧信息监测、具有路由和数据转发功能的路由监测节点，移动监测节点，以及与移动监测节点一一对应匹配的无人机；监控中心设有用于储存农作物秸秆燃烧程度数据、获取并处理移动监测节点检测的秸秆燃烧信息的秸秆燃烧数据库；
监控中心通过协调器与路由监测节点和/或定位监测节点通信连接，路由监测节点与下一级路由监测节点和/或下一级定位监测节点通信连接，定位监测节点与下一级路由监测节点和/或下一级定位监测节点通信连接，构成簇—树状网络结构；
移动监测节点设置于无人机上，并通过网络通信模块与监控中心通信连接；
移动监测节点设有用于获取秸秆燃烧现场图像信息的摄像头、用于根据摄像头获取的秸秆燃烧现场图像信息进行秸秆燃烧程度初次确认的颜色传感器、用于对秸秆燃烧现场的秸秆燃烧程度进行二次确认的第三远红外传感器。
优选的，移动监测节点还包括：圆柱形外壳、微控制器；
圆柱形外壳一端圆心处设有摄像头，环绕摄像头均匀设有多个颜色传感器、第一远红外传感器；
圆柱形课题内部设有微控制器；微控制器分别与颜色传感器、第一远红外传感器、摄像头连接，并通过网络通信模块与监控中心通信连接。
优选的，微控制器采用at89c51型微控制器。
优选的，颜色传感器、第三远红外传感器交叉设置于圆柱形外壳一端。
优选的，路由监测节点包括：第一远红外传感器、第一温度传感器、第一烟雾传感器、第一处理器、第一zigbee无线通信模块以及用于为内部元器件供电的第一电源模块；
第一远红外传感器、第一温度传感器、第一烟雾传感器、第一zigbee无线通信模块分别与处理器通信连接。
优选的，定位监测节点包括：第二远红外传感器、第二温度传感器、第二烟雾传感器、第二处理器、第二zigbee无线通信模块、gps定位模块以及用于为内部元器件供电的第二电源模块；
第二远红外传感器、第二温度传感器、第二烟雾传感器、第二zigbee无线通信模块、gps定位模块分别与处理器通信连接。
优选的，定位监测节点数量占定位监测节点和路由监测节点总数的40％—50％。
一种秸秆燃烧定位方法，包括：
步骤一：簇—树状网络结构中的定位监测节点将自身的节点信息以洪泛的方式在zigbee网络传播；
步骤二：定位监测节点之间相互接收对方的节点信息，路由监测节点接收各定位监测节点的节点信息；定位监测节点和路由监测节点分别比较同一定位监测节点的传输的节点信息，保留同一定位监测节点最小的跳数值；
步骤三：根据公式
步骤四：定位监测节点以洪泛的方式在自己的id和平均每跳距离
步骤五：需要定位的路由监测节点根据三个定位监测节点的定位信息，以及所述的路由监测节点与三个定位监测节点的最小跳数、每跳距离，依托三边测量法获得位置信息。
优选的，三边测量法包括：
s1：定位监测节点根据最小跳数和路由监测节点的每跳距离，得到定位监测节点和所述的路由监测节点的距离；
s2：三个定位监测节点分别以自身所在位置为圆心，以与所述的路由监测节点的距离为半径画圆，三个圆的交点即为所述的路由监测节点。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明将移动监测和定点监测两种监测方式相结合，路由监测节点和定位监测节点进行定点监测；移动监测节点设置于无人机上，控制无人机在秸秆燃烧现场飞行，移动监测节点检测现场的秸秆燃烧信息，与秸秆燃烧数据库内的燃烧信息进行匹配，确认秸秆燃烧程度；多种监测方式相结合，检测结果准确，无需人工参与检测，节省人工成本，更加安全，实用性更高；
定位监测节点设有gps定位模块，路由监测节点的位置信息根据定位监测节点计算获得；计算方法依托均方误差准则，计算误差减小，定位精度提高；
定位监测节点和路由监测节点均具有燃烧检测功能，路由监测节点的位置信息根据定位监测节点计算获得，不必设置gps定位模块，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为本发明示意图。
图2为移动监测节点结构示意图。
图3为本发明定位监测节点装置示意图。
图4为本发明路由监测节点装置示意图。
图5为本发明实施例三结构示意图。
其中，1、监控中心，2、无人机，3、移动监测节点，301、圆柱形外壳，302、第一远红外传感器，303、摄像头，304、颜色传感器，4、协调器，5、定位监测节点，501、第二处理器，502、第二远红外传感器，503、第二温度传感器，504、第二烟雾传感器，505、第二zigbee无线通信模块，506、第二电源模块，507、gps定位模块，6、路由监测节点，601、第一处理器，602、第一远红外传感器，603、第一温度传感器，604、第一烟雾传感器，605、第一zigbee无线通信模块，606、第一电源模块。
具体实施方式
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，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护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。基于本专利中的实施例，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，都属于本专利保护的范围。
实施例一：
本实施例提供一种秸秆燃烧定位系统，如图1所示，包括：监控中心1，协调器4，用于监测区域内燃烧信息监测、具有定位、路由和数据转发功能的定位监测节点5，用于监测区域内燃烧信息监测、具有路由和数据转发功能的路由监测节点6，移动监测节点3，以及与移动监测节点3一一对应匹配的无人机2；监控中心1设有用于储存农作物秸秆燃烧程度数据、获取并处理移动监测节点3检测的秸秆燃烧信息的秸秆燃烧数据库；
监控中心1通过协调器4与路由监测节点6和/或定位监测节点5通信连接，路由监测节点6与下一级路由监测节点6和/或下一级定位监测节点5通信连接，定位监测节点5与下一级路由监测节点6和/或下一级定位监测节点5通信连接，构成簇—树状网络结构；
移动监测节点3设置于无人机2上，并通过网络通信模块与监控中心1通信连接；
移动监测节点3设有用于获取秸秆燃烧现场图像信息的摄像头303、用于根据摄像头303获取的秸秆燃烧现场图像信息进行秸秆燃烧程度初次确认的颜色传感器304、用于对秸秆燃烧现场的秸秆燃烧程度进行二次确认的第三远红外传感器302、圆柱形外壳301、微控制器；微控制器采用at89c51型微控制器；
圆柱形外壳301一端圆心处设有摄像头303，环绕摄像头303均匀设有4个颜色传感器304、4个第一远红外传感器602，颜色传感器304和第一远红外传感器602交叉设置；圆柱形课题内部设有微控制器；微控制器分别与颜色传感器304、第一远红外传感器602、摄像头303连接，并通过网络通信模块与监控中心通信连接。
移动监测节点3既可以执行单独的检测任务，也可以对定位监测节点和路由监测节点的监测信息进行确认；首先采集大量秸秆燃烧数据特征，建立秸秆燃烧信息数据库；本发明移动监测节点通过高清摄像头303采集秸秆燃烧现场图像信息，然后利用颜色传感器304对当前图像信息进行数据分析，通过比对秸秆燃烧信息数据库1中的歌燃烧特征数据，确定当前图像中秸秆燃烧的状态信息，当相似度大于预设燃烧阈值(本实施例中为80％)时，再次利用第一远红外传感器302进行二次确认燃烧信息，经过第三远红外传感器302确认之后，最终确定秸秆燃烧的具体状态。本发明将移动监测和定点监测两种监测方式相结合，检测结果准确，无需人工参与检测，节省人工成本，更加安全，实用性更高。
实施例二：
本实施例与实施例一大致相同，其不同点在于：如图3、图4所示，路由监测节点6包括：第一远红外传感器602、第一温度传感器603、第一烟雾传感器604、第一处理器601、第一zigbee通信模块605以及用于为内部元器件供电的第一电源模块606；第一远红外传感器602、第一温度传感器603、第一烟雾传感器604、第一zigbee通信模块605分别与处理器通信连接。
定位监测节点5包括：第二远红外传感器502、第二温度传感器503、第二烟雾传感器504、第二处理器501、第二zigbee通信模块505、gps定位模块507以及用于为内部元器件供电的第二电源模块506；第二远红外传感器502、第二温度传感器503、第二烟雾传感器504、第二zigbee通信模块505、gps定位模块507分别与处理器通信连接。
定位监测节点5数量占定位监测节点5和路由监测节点6总数的40％—50％。处于成本的考虑，路由监测节点6不设置gps定位模块，其位置信息根据定位监测模块的位置信息计算获得，具体计算方法在实施例三中具体描述。
实施例三：
本实施例提供一种根据定位监测节点获取路由监测节点位置信息的定位方法，包括：
步骤一：簇—树状网络结构中的定位监测节点将自身的节点信息以洪泛的方式在zigbee网络传播；
步骤二：定位监测节点之间相互接收对方的节点信息，路由监测节点接收各定位监测节点的节点信息；定位监测节点和路由监测节点分别比较同一定位监测节点的传输的节点信息，保留同一定位监测节点最小的跳数值；
步骤三：根据公式
步骤四：定位监测节点以洪泛的方式在自己的id和平均每跳距离
步骤五：需要定位的路由监测节点根据三个定位监测节点的定位信息，以及所述的路由监测节点与三个定位监测节点的最小跳数、每跳距离，依托三边测量法获得位置信息。
优选的，三边测量法包括：
s1：定位监测节点根据最小跳数和路由监测节点的每跳距离，得到定位监测节点和所述的路由监测节点的距离；
s2：三个定位监测节点分别以自身所在位置为圆心，以与所述的路由监测节点的距离为半径画圆，三个圆的交点即为所述的路由监测节点。
如图5所示，a、b、c为三个定位路由监测节点，d为需要定位的漏油监测节点；其中a与b之间的距离为20m，a与c之间的距离为50m，b与c之间的距离为35m；d与a、b、c的最小跳数依次为3、2、4；a与b、c的最小跳数依次为2、7，b与c的最小跳数为6；
则a的平均每跳距离
b的平均每跳距离
c的平均每跳距离
根据a、b、c的平均每跳距离，求得d的平均每跳距离：
根据d的平均每跳距离计算d与a、b、c的间距：
hda＝10.96*3＝32.88m；
hdb＝10.96*2＝21.92m；
hdc＝10.96*4＝43.48m；
根据d与a、b、c的间距根据三边测量法便可获得d的位置。
本发明中定位监测节点设有gps定位模块，路由监测节点的位置信息根据定位监测节点计算获得；计算方法依托均方误差准则，计算误差减小，定位精度提高；定位监测节点和路由监测节点均具有燃烧检测功能，路由监测节点的位置信息根据定位监测节点计算获得，不必设置gps定位模块，降低了成本。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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