技术特征：
1.一种盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，包括：布置土壤性能传感器，汇聚无线传感器网络节点和多个采集土壤环境参数的土壤性能传感器节点，多个土壤性能传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇；簇内的土壤性能传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首；汇聚无线传感器网络节点汇总各簇首收集的土壤环境参数并通过无线发送至土壤信息智能监控预处理模块，实现感知土壤的信息；构建土壤理化特性数据库模型。2.如权利要求1所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，所述土壤的土壤环境参数的信息包含：ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子。3.如权利要求1所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，所述土壤性能传感器的布置包括：在需要改良的盐碱土壤区域内布置多个土壤性能传感器，获取不同时刻多个土壤性能传感器的土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子信息的测量数据，对任一时刻的测量数据进行稀疏表示以获取稀疏系数；将所述需要改良的盐碱土壤区域划分为具有若干相同六边形结构或盐碱植被分布的网格，在所述网格的每一个节点处布置一个土壤性能传感器；基于所述稀疏系数与测量矩阵，在对应的空间位置进行土壤性能传感器的信号采集，得到测量信号；对得到的测量信号采用基于压缩感知重构算法进行重构，得到变换域稀疏信号，获取测量数据估计值；将不同时刻的测量数据与对应的测量数据估计值进行比较获取其误差，基于所述误差最小的测量数据估计值，确定土壤性能传感器的部署数量和部署位置。4.如权利要求3所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，随机生成一个单位矩阵i∈ones
m
×
n
，在所述单位矩阵中随机选取m行向量，由所述m行向量构成的矩阵即为所述测量矩阵；其中，m<<n；其中，所述测量矩阵每行只有一个元素为1，每列至多有一个元素为1。5.如权利要求1所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，所述多个土壤性能传感器节点通过节点竞选确定簇首，具体包括：土壤性能传感器采集土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子等信息的数据，遍历土壤性能传感器网络中所有的节点信息发送给土壤信息智能监控预处理模块，土壤信息智能监控预处理模块保存各节点的信息，并根据节点信息建立虚拟拓扑结构；在土壤性能传感器的无线传感器网络中，每个节点采用十进制的编码方式进行编码；无线传感器网络的节点将激励值明文发送至土壤性能传感器节点，将激励值输入物理不克隆函数结构得到相应的新激励值，使用新激励值作为加密密钥加密激励值得到密文，将密文发送给无线传感器网络的节点，将对应激励值的激励另一相应对作为解密密钥得到结果，并与激励值对比；与激励值对比成功后，土壤信息智能监控预处理模块收到所有土壤性能传感器节点信息，计算所有土壤性能传感器的数据，与每个节点的数据进行对比，大于其平均数据值得进
入候选种群；计算每个节点的适应度函数值，适应度值由高到低进行排序，得到适应度值高的节点进入将适应度值高的作为最优的节点，即为簇首。6.如权利要求5所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，簇首确定后需要进行：簇首节点选定后，首先广播自己成为簇首的消息，土壤性能传感器的节点根据接收到的消息强度决定加入哪个簇群，并告知相应的簇头，完成簇的建立过程；簇首的节点釆时分多址技术的方式，为簇内成员分配传送数据的时隙。土壤性能传感器的节点将采集的数据传送到簇头节点，簇头节点对釆集的数据进行数据融合后将信息传送给点；每个簇采用不同的方式进行通信来减少其他簇内节点的干扰；稳定阶段持续一段时间后，无线传感器网络重新进入簇的建立阶段，进行下一轮的簇重建，不断循环。7.如权利要求1所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法，其特征在于，所述土壤环境参数的无线发送，具体包括：开启所述无线传感器网络节点与所述土壤信息智能监控预处理模块的初始化，以使各自进入土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子信息的数据待传输状态；通过所述无线传感器网络节点发射的无线信号进行配对识别，并判断所述无线传感器网络节点与所述土壤信息智能监控预处理模块是否配对；如果所述无线传感器网络节点与所述土壤信息智能监控预处理模块配对，则所述土壤信息智能监控预处理模块进入土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子信息的数据接收状态；对接收的所述土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子等信息的数据进行过滤处理，将过滤后的所述土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子等信息的数据进行放大处理，对放大处理后的所述土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子信息的数据进行转换处理；所述土壤信息智能监控预处理模块接收所述无线传感器网络节点发射的数字信号；通过所述土壤信息智能监控预处理模块的数据转换模块将接收到的所述数字信号转换为数据流，土壤理化特性数据库中进行存储。8.一种实施权利要求1～7任意一项所述盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知系统，其特征在于，所述盐碱土壤理化特性多尺度智能感知系统包括：智能监控模块，用于采集土壤的ph值、含水量、含气量、孔隙度、有机物组分、无机物组分及有害侵蚀性离子信息的数据；土壤信息智能监控预处理模块，用于汇聚无线传感器网络节点汇总各簇首收集的土壤环境参数；土壤理化特性数据库，用于存储土壤环境参数；加气滴灌设备，用于把掺气水输送到作物根区进行灌溉，通过调控土壤气体环境，改善植物根系和土壤微生物呼吸，间接影响土壤理化性质，形成对盐碱地的改良。
9.如权利要求8所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知系统，其特征在于，所述加气滴灌设备包括：纳米气泡发生器、水箱、变频水泵、输送管道、开关、压力表和滴灌带；纳米气泡发生器通过输送袋与水箱连接，水箱通过输送管道与开关连接，输送管道上安装有变频水泵，输送管道与滴灌带通过转接头连接。10.如权利要求9所述的盐碱土壤理化特性多尺度智能感知系统，其特征在于，所述输送管道与滴灌带之间安装有开关合压力表。
技术总结
本发明属于盐碱土壤监测技术领域，公开了一种盐碱土壤理化特性多尺度智能感知方法及系统，布置土壤性能传感器，汇聚无线传感器网络节点和多个采集土壤环境参数的土壤性能传感器节点，多个土壤性能传感器节点通过节点竞选确定簇首并分簇；簇内的土壤性能传感器节点将采集的土壤环境参数传送至对应的簇首；汇聚无线传感器网络节点汇总各簇首收集的土壤环境参数并通过无线发送至土壤信息智能监控预处理模块，实现感知土壤的信息；构建土壤理化特性数据库模型。本发明感知节点被布置到多个需要监测的区域，并能统一协调进行同步数据采集，单一节点能够同时获取多个环境参数；本发明基于人工智能的土壤信息感知的方法，实时获取土壤特性信息。取土壤特性信息。取土壤特性信息。
技术研发人员：陈宗军 姚一平 孙敬文 李燕平 朱文艳
受保护的技术使用者：中电建路桥集团有限公司
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/8/30