一种应用于农业的多源传感器融合观测系统及方法与流程

本发明属于农业，具体是一种应用于农业的多源传感器融合观测系统及方法。

背景技术：

1、目前，我国大多数农业生产主要依靠人工经验尽心管理，缺乏系统的科学指导。设施栽培技术的发展，对于农业现代化进程具有深远的影响。设施栽培为推进农业结构调整发挥了重要作用，大棚种植已在农业生产中占有重要地位。要实现高水平的设施农业生产和优化设施生物环境控制，信息获取手段是最重要的关键技术之一。作为现代信息技术三大基础的高度集成而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。网络由数量众多的低能源、低功耗的智能传感器节点所组成，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，获得详尽而准确的信息，通过无线传输网络传送到基站主机以及需要这些信息的工作人员，同时工作人员也可以将指令通过网络传送到目标节点使其执行特定任务。智慧农业中，多传感器数据采集的使用给数据融合提出了新的挑战，实现多传感器数据融合方法有较好的应用价值。

2、为了解决上述问题，专利公开号cn114092776a公开了应用于智慧农业的多传感器数据融合方法，通过包括下述步骤采集j个传感器的数据，同一时相各传感器形成传感器同时数据组，记为xt0＝(x1，x2...xj)；将任一传感器测量的k个不同时相的数据按照采集时间顺序依次分成两组，记为p1＝(x1,x3,x5,x7...xk1)，p2＝(x2,x4,x6,x8...xk2)，算取p1、p2两组数据加权平均值e1、e2，算取p1、p2两组数据的方差，按照式1进行方差组合更新，按照式2更新融合得数据e,数据e为经过分批加权平均后的传感器数值ej；iii-1.土壤水分差调整，根据式3获取土壤水分ei。本发明采用数据挖掘技术对数据进行深层次的分析与挖掘，提高农业数据的利用率。能够对数据进行综合分析，提高了数据分析效果，也使得分析系统简化，增加了农业分析能力。

3、上述应用于智慧农业的多传感器数据融合方法，通过数据挖掘技术对数据进行深层次的分析与挖掘提高农业数据的利用率，但在数据采集过程中往往会存在意外使采集的数据为错误数值，从而使后续的判断逻辑均与实际情况产生偏差。

技术实现思路

1、为了解决在数据采集过程中往往会存在意外使采集的数据为错误数值，从而使后续的判断逻辑均与实际情况产生偏差的问题，本发明的目的是提供一种应用于农业的多源传感器融合观测系统及方法，能够在采集温度数据后对数据进行效验。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种应用于农业的多源传感器融合观测系统，包括若干检测装置和服务终端，检测装置位于农田的不同区域，检测装置包括杆体，杆体下部固定连接有用于插入土壤的地下检测部，杆体上部固定连接有地上检测部，地下检测部内设有第一温度检测器和第一湿度检测器，地上检测部内设有第二温度检测器、光照强度传感器、二氧化碳传感器、无线组件和控制器；

3、控制器用于获取检测装置内各传感器采集的数据，将第一温度检测器采集数据和第二温度检测器采集数据进行对比校验，当第二温度检测器采集数据为30℃至45℃之间时，第一温度检测器采集数据应为第二温度检测器采集数据的1至2倍，当第二温度检测器采集数据为30℃以下时，第一温度检测器采集数据应为第二温度检测器采集数据的0.5至1.5倍。

4、采用上述方案后实现了以下有益效果：将检测装置分别布置于农田中，地下检测部会插入土壤中检测土壤的湿度及温度，地上检测部用于检测地上与农作物生长有关的环境数据，包括农作物生长温度、空气湿度、农田光照强度和地区二氧化碳浓度。农田区域地广人稀，架设网线的成本较高，通过无线组件向服务终端发送采集到的数据，能够架设网线的成本。使用者能够实时远程查看到农田环境状况，根据种植的农作物及时采取措施。

5、空气的透光率高，因此阳光对空气的加热效果有限，空气主要通过地面的热量辐射进行加热，因此空气的温度和地面温度存在一定数值关系。该数值关系能够用于检验检测装置测量的数据是否准确，过滤掉错误数据。

6、与现有技术相比，通过地下检测部检测土壤数据，进一步观测农作物生长环境；通过地面温度与空气温度的数值关系效验数据是否准确。

7、进一步，地上检测部转动连接有转动杆，转动杆内设有特斯拉阀，转动杆一端固定连接有尾翼，转动杆的另一端设有第二湿度检测器，第二湿度检测器位于特斯拉阀顶壁上，转动杆内设有电加热丝，电加热丝位于第二湿度检测器位置处的转动杆顶壁内，控制器与服务终端信号连接。

8、有益效果：第二湿度检测器长期暴露在野外空气中，可能会被空气中凝结的水珠干扰，也可能被空气中的灰尘附着从而影响检测效果。由于第二湿度检测器是对空气的湿度进行检测，因此需要保证第二湿度检测器能够接触到流动的空气，特斯拉阀的特性使其一侧能够阻碍进入的气体，使其在特斯拉阀内产生阻挡气流深入的旋流，而另一侧能够正常通过气体。第二湿度检测器在特斯拉阀内时，进入的灰尘会在旋流的作用下堆积在特斯拉阀底部，同时特斯拉阀内保持一定的气体流通性，使转动杆外的空气能够进入特斯拉阀内，同时使空气中凝结的水珠沿特斯拉阀内的弯管滴落。但该结构需要保持空气从特斯拉阀阻碍气流进入的一端吹入，因此在转动杆上设有尾翼，使转动杆会像风向标一样将特斯拉阀阻碍气流进入的一端对准风吹来方向，从而保持积尘效果。电加热丝能够对第二湿度检测器加热，由于水蒸气是遇冷凝结，因此在对第二湿度检测器加热后，能够显著的减少水蒸气在第二湿度检测器上的凝结量；同时在温度低时能够保障第二湿度检测器上的水珠不会结冰，减少低温对第二湿度检测器的影响。

9、进一步，控制器用于获取第一湿度检测器检测到的湿度值，并根据湿度调整第一温度检测器采集数据和第二温度检测器采集数据的效验参数。

10、有益效果：地面温度和地面材质有关，而农田的地面为土壤，土壤的比热容会受到土壤湿度影响，因此土壤温度能够进一步对第一温度检测器采集数据和第二温度检测器采集数据进行过滤。

11、进一步，服务终端用于收集各控制器上传的检测数据，计算出检测数据的平均值，去除大于或小于平均值20％的数据，将其余数据进行期望计算，得到反馈农田检测数据的期望值。

12、有益效果：仅通过第一温度检测器采集数据和第二温度检测器采集数据进行对比校验依然可能会出现遗漏的错误数据。通过将各控制器收集的数据进行收集，并筛除其中明显偏离主体数据分布的数据。对剩余数据进行期望计算，得到能够反应农田整体状态的数值。

13、进一步，控制器用于在校验出错误数据后，向服务终端发送错误信息，服务终端会记录该控制器发出错误信息的次数，同控制器发出错误信息的次数超过5次后会向管理人员发出警报。

14、有益效果：在测量中可能会因为误差或极端情况使数据被控制器过滤掉，但数据错误次数错误过多后，大概率是该检测装置的传感器发生了损坏。通过在数据校验时记录数据错误信息，有助于使用者对检测装置进行维护。

15、进一步，地上检测部上侧固定连接有遮雨棚。

16、有益效果：雨天由于转动杆会受到风力影响而转动，使雨水容易进入特斯拉阀内，影响第二湿度检测器的检测数值。通过设置遮雨棚能够减少雨水对第二湿度检测器检测的影响。

17、进一步，遮雨棚上表面设有太阳能发电板。

18、有益效果：装置长时间位于户外，阳光照射时间长。通过太阳能发电板能够将阳光转换为电能，使检测装置使用的能源更为清洁。

19、进一步，基于权利要求1至权利要求7所述的农业的多源传感器融合观测系统的观测方法，包括以下步骤：

20、步骤一，将农田分为若干面积相同的区域，将检测装置置于区域中心并插入土壤内30cm；

21、步骤二，通过服务终端对农田环境数据进行检测，使用者通过服务终端对农田的各数据进行观测，当服务终端发出警报时，对对应的检测装置进行检修。

22、有益效果：将农田分为若干面积相同的区域使数据采集点分布更均匀，采集的数据更有代表性，插入土壤内30cm能够保持装置稳定立于田野中。