农田土壤环境节能可靠监测系统的制作方法

本发明涉及农田监测技术领域，具体涉及农田土壤环境节能可靠监测系统。

背景技术：

现有技术中，信息化技术在推动农业的发展上越来越受到重视。无线传感器网络是实现农业信息化的重要手段，无线传感器网络技术集传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，能够通过各类微型传感器节点间的协作、实时感知和采集被监测对象的信息，与传统的数据采集系统相比，无线传感器网络具有监测范围大、土壤环境监测数据准确的优势。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供农田土壤环境节能可靠监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了农田土壤环境节能可靠监测系统，包括：

数据获取模块，用于对反应农田环境情况的土壤环境监测数据进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤环境监测数据发送至预处理模块；

预处理模块，被配置为对接收的土壤环境监测数据进行预处理，并发送至管理终端处进行存储；

管理终端，被配置为对存储的数据进行管理；

检测终端，被配置为将土壤环境监测数据与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

报警模块，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境监测数据大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

优选地，所述数据获取模块包括：

汇聚节点和多个采集土壤环境监测数据的传感器节点，汇聚节点与预处理模块通信，传感器节点采集的土壤环境监测数据通过一跳或者多跳的方式发送至汇聚节点，汇聚节点负责收集所接收到的土壤环境监测数据，并将收集的土壤环境监测数据传送至预处理模块。

优选地，所述管理终端包括：

元数据管理单元，被配置为元数据的添加、删除和更新；

数据融合单元，被配置为对相关数据进行融合处理；

数据查询单元，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据；

所述相关数据包括所述土壤环境监测数据、所述元数据。

本发明的有益效果为：通过无线传感器网络采集土壤环境监测数据，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤环境监测数据不满足条件时及时预警，实现了提高农田监测的自动化程度以及监测精度。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的农田土壤环境节能可靠监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的预处理模块的结构示意框图。

附图标记：

数据获取模块1、预处理模块2、管理终端3、检测终端4、报警模块5、修正单元10、填补单元20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了农田土壤环境节能可靠监测系统，包括：

数据获取模块1，用于对反应农田环境情况的土壤环境监测数据进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的土壤环境监测数据发送至预处理模块；

预处理模块2，被配置为对接收的土壤环境监测数据进行预处理，并发送至管理终端3处进行存储；

管理终端3，被配置为对存储的数据进行管理；

检测终端4，被配置为将土壤环境监测数据与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

报警模块5，被配置为接收所述比较结果，并在土壤环境监测数据大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

其中，所述数据获取模块1包括：

汇聚节点和多个采集土壤环境监测数据的传感器节点，汇聚节点与预处理模块2通信，传感器节点采集的土壤环境监测数据通过一跳或者多跳的方式发送至汇聚节点，汇聚节点负责收集所接收到的土壤环境监测数据，并将收集的土壤环境监测数据传送至预处理模块。

在一种可能实现的方式中，所述管理终端3包括：

元数据管理单元，被配置为元数据的添加、删除和更新；

数据融合单元，被配置为对相关数据进行融合处理；

数据查询单元，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据；

所述相关数据包括所述土壤环境监测数据、所述元数据。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，预处理模块2包括修正单元10和填补单元20，修正单元10被配置为对接收的土壤环境监测数据进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理；填补单元20被配置为对土壤环境监测数据进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

本发明上述实施例通过无线传感器网络采集土壤环境监测数据，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤环境监测数据不满足条件时及时预警，实现了提高农田监测的自动化程度以及监测精度。

现有技术中，汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的土壤环境监测数据，还要中继转发其他传感器节点的土壤环境监测数据，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的土壤环境监测数据，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。

基于上述现有技术所存在的问题，在一个实施例中，设置汇聚节点可移动，设位于汇聚节点通信距离范围内的传感器节点集合为h，汇聚节点定期对集合h中的传感器节点进行能量监测，若满足下列移动条件，汇聚节点向集合h中当前剩余能量较多的传感器节点移动，并根据新位置更新集合h：

式中，rh为集合h中的传感器节点数量，e为集合h中的传感器节点，qe为传感器节点e的当前剩余能量，qeu为传感器节点e通信范围内的第u个传感器节点的当前剩余能量，re为传感器节点e通信范围内的传感器节点数量，le为传感器节点e的通信半径，qv为集合h中的第v个传感器节点的当前剩余能量，lo为汇聚节点的通信半径。

本实施例设置汇聚节点可移动，并创新性地定义了移动条件。本实施例设置汇聚节点定期对其周围的传感器节点进行能量监测，并在周围的传感器节点的能量情况满足移动条件时，让汇聚节点向当前剩余能量较多的附近传感器节点移动设定的距离，远离能量较少的附近传感器节点，有益于平衡汇聚节点附近传感器节点的能量，减少能量空洞现象，进而有效延长网络生存时间，提高土壤环境监测数据收集的稳定性。

在一个实施例中，汇聚节点向集合h中当前剩余能量较多的传感器节点移动，包括：

(1)汇聚节点计算集合h中传感器节点的平均剩余能量，将集合h中当前剩余能量大于该平均剩余能量的传感器节点作为备选目标节点；

(2)按照下列公式计算备选目标节点的能量权值：

式中，ya表示备选目标节点a的能量权值，qa为备选目标节点a的当前剩余能量，qab为备选目标节点a通信范围内的第b个传感器节点的当前剩余能量，ra为备选目标节点a通信范围内的传感器节点个数，la为备选目标节点a的通信半径；

(3)按照能量权值由大到小的顺序对各备选目标节点进行排序，选择前2个备选目标节点作为目标节点，设该两个目标节点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，则汇聚节点向点的方向移动。

本实施例提出了汇聚节点的移动机制，其中，汇聚节点先在通信范围内的传感器节点中筛选出备选目标节点，再计算各备选目标节点的能量权值，通过预先的筛选，能够节省计算时间和成本。本实施例选取能量权值最大以及次大的备选目标节点作为目标节点，并以该2个目标节点的位置作为基准，确定汇聚节点的移动方向。

本实施例实现了汇聚节点的移动方向优化，有利于使汇聚节点向能量较大的传感器节点聚集区域定向移动，提高汇聚节点移动的效率，进而有效延长网络生存时间，提高土壤环境监测数据收集的稳定性。

进一步地，设定移动距离上限，使得汇聚节点移动的总距离不超过该移动距离上限。

在一个实施例中，每次汇聚节点的移动距离按照下列公式计算：

式中，sw为第w次汇聚节点的移动距离，yw1为第w次移动时确定的第一个目标节点的能量权重，yw2为第w次移动时确定的第二个目标节点的能量权重，yo为汇聚节点的能量权重，dw1,o为所述第一个目标节点到汇聚节点的距离，dw2,o为所述第二个目标节点到汇聚节点的距离，yc为设定的单位能量权重，sc为设定的单位移动距离。

本实施例基于目标节点与汇聚节点的能量权重之差，创新性地设定了汇聚节点移动距离的计算公式，根据该计算公式，若目标节点的能量权重越大，则汇聚节点的移动距离也越大。本实施例根据该计算公式计算的移动距离移动汇聚节点，能够使得汇聚节点向确定的移动方向移动到较优的位置，且相对于随机移动汇聚节点的方式，能够节省汇聚节点的移动能耗，进而在一定程度上节省土壤环境监测数据收集成本。

本发明上述实施例通过无线传感器网络采集土壤环境监测数据，能够实时将土壤的情况进行记录和分析，在土壤环境监测数据不满足条件时及时预警，实现了提高农田监测的自动化程度以及数据采集精度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。