專利名稱：一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息長(zhǎng)期、大范圍實(shí)時(shí)采集技術(shù)，屬于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作物精確管理是精確農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容之一，不僅能保證作物產(chǎn)量和品質(zhì)，而且能提高肥料利用效率、減少地下水污染，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。精確農(nóng)業(yè)是基于信息采集技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)及變量作業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)系統(tǒng)。其核心是獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素(如土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營(yíng)養(yǎng)、含水量等)實(shí)際存在的空間和時(shí)間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)上有效的調(diào)控措施，區(qū)別對(duì)待，按需實(shí)施，定位調(diào)控的“處方農(nóng)業(yè)”。因此，作物精確管理的實(shí)施過程包括作物生長(zhǎng)信息的獲取、信息的管理與決策和田間變量作業(yè)。其中，作物 生長(zhǎng)信息的獲取是作物生產(chǎn)精確管理的依據(jù)。然而，目前精確農(nóng)業(yè)實(shí)施的最大障礙，仍然是在農(nóng)田信息高密度、高速度、高準(zhǔn)確度、低成本獲取技術(shù)的研究上。因此如何實(shí)時(shí)獲取作物生長(zhǎng)信息就成為作物精確管理實(shí)施過程中首先需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。長(zhǎng)期以來，作物生長(zhǎng)信息的獲取以人工現(xiàn)場(chǎng)取樣、實(shí)驗(yàn)室分析為主，這種傳統(tǒng)的測(cè)試手段不僅會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生破壞，影響作物生長(zhǎng)，而且在取樣、測(cè)定、數(shù)據(jù)分析等方面需要耗費(fèi)大量的人力、物力，時(shí)效性差，不利于推廣應(yīng)用?；趥鞲衅骷夹g(shù)的無損檢測(cè)方法具有快速、方便、非破壞性的優(yōu)點(diǎn)，能及時(shí)提供作物精確管理所需要的信息，成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)工程中的研究熱點(diǎn)。而目前，基于傳感器技術(shù)的單點(diǎn)采樣方式雖具有精細(xì)探測(cè)農(nóng)田信息的能力，但存在監(jiān)測(cè)范圍小、監(jiān)測(cè)時(shí)間不連續(xù)(非在線)等缺點(diǎn)，無法為田間作物精確管理提供實(shí)時(shí)信息和決策依據(jù)；基于傳感器技術(shù)的有線網(wǎng)絡(luò)采樣方式雖然具備大規(guī)模監(jiān)測(cè)能力，但需要在農(nóng)田鋪設(shè)大量的線路，尤其在采樣點(diǎn)多而分散的情況下，線路鋪設(shè)成本將大大提高，而且容易受到地形地貌的限制，從而制約了無損檢測(cè)方法的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。該系統(tǒng)以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)形式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境下作物生長(zhǎng)信息(氮含量、氮積累量、葉面積指數(shù)、生物量等)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)地采集。本發(fā)明為了解決上述問題采用以下技術(shù)方案
一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，包括N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)、I個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；其中，所述N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)按預(yù)定規(guī)則離散地部署于農(nóng)田中，構(gòu)成N個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，N為大于I的自然數(shù)；N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過無線信道建立自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)，各作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)通過所述自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)將采集的作物生長(zhǎng)信息傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；所述匯聚節(jié)點(diǎn)部署于N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，通過所述自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，控制作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的傳輸與匯聚。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)包括多光譜作物生長(zhǎng)傳感器、采集器、太陽(yáng)能電池板、水平支架和支撐桿；其中，所述作物生長(zhǎng)傳感器、太陽(yáng)能電池板固定于水平支架上；所述水平支架、采集器固定于支撐桿上。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述采集器包括信號(hào)處理單元、微處理器單元、無線通信單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源單元、電源控制單元；其中，所述太陽(yáng)能電池板通過屏蔽電纜線連接電源單元，所述電源單元分別連接電源控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、信號(hào)處理單元和無線通信單元，所述電源控制單元連接微處理器單元；所述作物生長(zhǎng)傳感器通過屏蔽電纜線連接信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元依次與微處理器單元、無線通信單元連接；所述微處理器單元與實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元連接，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元與電源控制單元連接，當(dāng)微處理 器單元成功接收作物生長(zhǎng)傳感器的信號(hào)后，通過控制實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元的脈沖信號(hào)翻轉(zhuǎn)來控制電源控制單元的通斷，從而實(shí)現(xiàn)感知節(jié)點(diǎn)的休眠與喚醒。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)包括控制器、太陽(yáng)能電池板和支撐桿；其中，所述太陽(yáng)能電池板通過屏蔽電纜連接控制器；所述太陽(yáng)能電池板、控制器固定于支撐桿上。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述控制器包括無線通信單元、微處理器單元、存儲(chǔ)單元、擴(kuò)展口單元、以及用于供電的電源單元；其中所述無線通信單元依次連接微處理器單元、存儲(chǔ)單元；所述微處理器單元連接擴(kuò)展口單元。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述無線通信單元的頻段為ZigBee-780MHz。本發(fā)明還提出一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)的構(gòu)建方法，采用如下步驟
步驟I)，根據(jù)農(nóng)田采樣點(diǎn)的土壤養(yǎng)分信息、作物生長(zhǎng)信息以及采樣點(diǎn)的位置信息，采用主成分分析法簡(jiǎn)化重疊信息，提取主成分；
步驟2)，計(jì)算步驟I)中主成分的特征向量，分別得出主成分特征向量與土壤養(yǎng)分信息、作物生長(zhǎng)信息的數(shù)據(jù)模型，計(jì)算主成分得分；
步驟3)，在Matlab平臺(tái)上對(duì)步驟2)中的主成分得分進(jìn)行模糊C均值聚類分析，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)在各個(gè)分區(qū)的隸屬度值，在GIS環(huán)境下，對(duì)所述隸屬度值進(jìn)行樣條插值，得到各個(gè)分區(qū)的模糊隸屬度空間分布步驟4)，在GIS環(huán)境下，將步驟3)中的模糊隸屬度空間分布圖轉(zhuǎn)換為柵格地圖，提取疊加圖層中每個(gè)柵格內(nèi)最大的隸屬度值，根據(jù)隸屬度最大原則，確定每個(gè)采樣點(diǎn)隸屬的分區(qū)；
步驟5)，將步驟4)確定分區(qū)的柵格圖轉(zhuǎn)換為矢量圖層，得到整個(gè)農(nóng)田的分區(qū)情況；步驟6)，在步驟5)的每個(gè)分區(qū)上，部署一個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，N個(gè)分區(qū)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的物理層結(jié)構(gòu)；
步驟7)，在步驟6)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，部署信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)；
步驟8)，根據(jù)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)位置信息、信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)位置信息、路由路徑，構(gòu)建作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)能耗模型，依據(jù)傳輸能耗最小原則，篩選工作感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的傳輸層基結(jié)構(gòu)；
步驟9)，依據(jù)作物生長(zhǎng)信息變化特征建立作物生長(zhǎng)信息感知節(jié)點(diǎn)采集預(yù)測(cè)模型；
步驟10)，根據(jù)工作時(shí)感知節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟9)預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的傳輸層結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)的構(gòu)建方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述土壤養(yǎng)分信息包括有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、速效鉀含量、全氮含量、電導(dǎo)率；所述作物生長(zhǎng)信息包括氮含量、葉面積指數(shù)。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)效果1.本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采 集系統(tǒng)，可以由若干個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)自組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)形式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田開放環(huán)境下作物生長(zhǎng)信息大范圍、連續(xù)、實(shí)時(shí)地采集。2.本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，可以根據(jù)農(nóng)田信息空間特征差異分布情況部署作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田開放環(huán)境下作物生長(zhǎng)信息全
覆蓋監(jiān)測(cè)。3.本發(fā)明的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，可以根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)的能耗模型動(dòng)態(tài)地管理工作節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田開放環(huán)境下作物生長(zhǎng)信息長(zhǎng)時(shí)間、低功耗采集。


圖1為本發(fā)明農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)控制策略流程圖。圖5為本發(fā)明的作物生長(zhǎng)信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)控制策略流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參照?qǐng)D1，一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，包括若干個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)、I個(gè)信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)以及感知節(jié)點(diǎn)軟件和匯聚節(jié)點(diǎn)軟件。作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)按一定規(guī)則離散地部署于農(nóng)田中，構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)軟件驅(qū)動(dòng)各作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)之間通過無線信道自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)，并采集、傳輸作物生長(zhǎng)信息；信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)部署于作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)中心位置；匯聚節(jié)點(diǎn)軟件發(fā)布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，控制作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的傳輸與匯聚。參照?qǐng)D2，作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)包括多光譜作物生長(zhǎng)傳感器、采集器、太陽(yáng)能電池板、水平支架和支撐桿。作物生長(zhǎng)傳感器連接采集器；太陽(yáng)能電池板連接采集器；作物生長(zhǎng)傳感器、太陽(yáng)能電池板固定于水平支架上；水平支架、采集器固定于支撐桿上。采集器包括信號(hào)處理單元、微處理器單元、無線通信單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源單元、電源控制單元。信號(hào)處理單元與微處理器單元、無線通信單元依次連接；實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元前端連接微處理器單元，后端連接電源控制單元；電源控制單元連接微處理器單元；電源單元分別連接電源控制單元、信號(hào)處理單元和無線通信單元，無線通信單元采用ZigBee-780MHz頻段。參照?qǐng)D3，信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)包括控制器、太陽(yáng)能電池板和支撐桿。太陽(yáng)能電池板連接控制器；太陽(yáng)能電池板、控制器固定于支撐桿上?？刂破靼o線通信單元、微處理器單元、存儲(chǔ)單元、擴(kuò)展口單元、電源單元。無線通信單元依次連接微處理器單元、存儲(chǔ)單元；微處理器單元連接擴(kuò)展口單元；電源單元與上述各單元連接。參照?qǐng)D4,感知節(jié)點(diǎn)軟件(控制策略)包括7個(gè)部分微處理器單元初始化；感知節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；感知節(jié)點(diǎn)采集作物信息；數(shù)據(jù)保存；數(shù)據(jù)包發(fā)送信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)；感知節(jié)點(diǎn)休眠；感知節(jié)點(diǎn)喚醒。 參照?qǐng)D5，匯聚節(jié)點(diǎn)軟件(控制策略)包括5個(gè)部分微處理器單元初始化；建立網(wǎng)絡(luò)；允許感知節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)；感知節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)功率管理；接收數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，采用如下步驟步驟1)，根據(jù)農(nóng)田采樣點(diǎn)的土壤養(yǎng)分信息(有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、速效鉀含量、全氮
含量、電導(dǎo)率)、作物生長(zhǎng)信息(氮含量、葉面積指數(shù))以及采樣點(diǎn)的位置信息，采用主成分分析法簡(jiǎn)化重疊信息，提取主成分；
步驟2)，計(jì)算步驟I)中主成分的特征向量，分別得出主成分特征向量與土壤養(yǎng)分信息、作物生長(zhǎng)信息的數(shù)據(jù)模型，計(jì)算主成分得分；
步驟3)，在Matlab平臺(tái)上對(duì)步驟2)中的主成分得分進(jìn)行模糊C均值聚類分析，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)在各個(gè)分區(qū)的隸屬度值，在GIS環(huán)境下，對(duì)隸屬度值進(jìn)行樣條插值，得到各個(gè)分區(qū)的模糊隸屬度空間分布步驟4)，在GIS環(huán)境下，將步驟3)中的模糊隸屬度空間分布圖轉(zhuǎn)換為柵格地圖，提取疊加圖層中每個(gè)柵格內(nèi)最大的隸屬度值，根據(jù)隸屬度最大原則，確定每個(gè)采樣點(diǎn)隸屬的分區(qū)；
步驟5)，將步驟4)確定分區(qū)的柵格圖轉(zhuǎn)換為矢量圖層，得到整個(gè)農(nóng)田的分區(qū)情況；步驟6)，在步驟5)的每個(gè)分區(qū)上，部署一個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，N個(gè)分區(qū)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)物理層結(jié)構(gòu)；
步驟7)，在步驟6)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，部署信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)；
步驟8)，根據(jù)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)位置信息、信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)位置信息、路由路徑，構(gòu)建作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)能耗模型，依據(jù)傳輸能耗最小原則，篩選工作感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)傳輸層基結(jié)構(gòu)；
步驟9)，依據(jù)作物生長(zhǎng)信息變化特征建立作物生長(zhǎng)信息感知節(jié)點(diǎn)采集預(yù)測(cè)模型；
步驟10)，根據(jù)工作感知節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟9)預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)傳輸層結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，包括N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)、I個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；其中，所述N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)按預(yù)定規(guī)則離散地部署于農(nóng)田中，構(gòu)成N個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，N為大于I的自然數(shù)；N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過無線信道建立自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)，各作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)通過所述自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)將采集的作物生長(zhǎng)信息傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；所述匯聚節(jié)點(diǎn)部署于N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，通過所述自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，控制作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的傳輸與匯聚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)包括多光譜作物生長(zhǎng)傳感器、采集器、太陽(yáng)能電池板、水平支架和支撐桿；其中，所述作物生長(zhǎng)傳感器、太陽(yáng)能電池板固定于水平支架上；所述水平支架、采集器固定于支撐桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集器包括信號(hào)處理單元、微處理器單元、無線通信單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源單元、電源控制單元；其中，所述太陽(yáng)能電池板通過屏蔽電纜線連接電源單元，所述電源單元分別連接電源控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、信號(hào)處理單元和無線通信單元，所述電源控制單元連接微處理器單元；所述作物生長(zhǎng)傳感器通過屏蔽電纜線連接信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元依次與微處理器單元、無線通信單元連接；所述微處理器單元與實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元連接，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元與電源控制單元連接，當(dāng)微處理器單元成功接收作物生長(zhǎng)傳感器的信號(hào)后，通過控制實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元的脈沖信號(hào)翻轉(zhuǎn)來控制電源控制單元的通斷，從而實(shí)現(xiàn)感知節(jié)點(diǎn)的休眠與喚醒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)包括控制器、太陽(yáng)能電池板和支撐桿；其中，所述太陽(yáng)能電池板通過屏蔽電纜連接控制器；所述太陽(yáng)能電池板、控制器固定于支撐桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括無線通信單元、微處理器單元、存儲(chǔ)單元、擴(kuò)展口單元、以及用于供電的電源單元；其中所述無線通信單元依次連接微處理器單元、存儲(chǔ)單元；所述微處理器單元連接擴(kuò)展口單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信單元的頻段為ZigBee-780MHz。
7.—種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于，采用如下步驟步驟I)，根據(jù)農(nóng)田采樣點(diǎn)的土壤養(yǎng)分信息、作物生長(zhǎng)信息以及采樣點(diǎn)的位置信息，采用主成分分析法簡(jiǎn)化重疊信息，提取主成分；步驟2)，計(jì)算步驟I)中主成分的特征向量，分別得出主成分特征向量與土壤養(yǎng)分信息、作物生長(zhǎng)信息的數(shù)據(jù)模型，計(jì)算主成分得分；步驟3)，在Matlab平臺(tái)上對(duì)步驟2)中的主成分得分進(jìn)行模糊C均值聚類分析，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)在各個(gè)分區(qū)的隸屬度值，在GIS環(huán)境下，對(duì)所述隸屬度值進(jìn)行樣條插值，得到各個(gè)分區(qū)的模糊隸屬度空間分布圖；步驟4)，在GIS環(huán)境下，將步驟3)中的模糊隸屬度空間分布圖轉(zhuǎn)換為柵格地圖，提取疊加圖層中每個(gè)柵格內(nèi)最大的隸屬度值，根據(jù)隸屬度最大原則，確定每個(gè)采樣點(diǎn)隸屬的分區(qū)； 步驟5)，將步驟4)確定分區(qū)的柵格圖轉(zhuǎn)換為矢量圖層，得到整個(gè)農(nóng)田的分區(qū)情況；步驟6)，在步驟5)的每個(gè)分區(qū)上，部署一個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，N個(gè)分區(qū)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的物理層結(jié)構(gòu)； 步驟7)，在步驟6)部署N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，部署信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)； 步驟8)，根據(jù)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)位置信息、信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)位置信息、路由路徑，構(gòu)建作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)能耗模型，依據(jù)傳輸能耗最小原則，篩選工作感知節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的傳輸層基結(jié)構(gòu)； 步驟9)，依據(jù)作物生長(zhǎng)信息變化特征建立作物生長(zhǎng)信息感知節(jié)點(diǎn)采集預(yù)測(cè)模型； 步驟10)，根據(jù)工作時(shí)感知節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟9)預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建采集網(wǎng)絡(luò)的傳輸層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于，所述土壤養(yǎng)分信息包括有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、速效鉀含量、全氮含量、電導(dǎo)率；所述作物生長(zhǎng)信息包括氮含量、葉面積指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，包括N個(gè)作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)、1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)；N個(gè)感知節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過無線信道建立自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)，各感知節(jié)點(diǎn)通過自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)將采集的作物生長(zhǎng)信息傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)部署于N個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的中心位置，通過自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，控制作物生長(zhǎng)感知節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)各感知節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的傳輸與匯聚；本發(fā)明還提出一種農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)構(gòu)建方法，根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)的能耗模型動(dòng)態(tài)地管理工作節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田開放環(huán)境下作物生長(zhǎng)信息長(zhǎng)時(shí)間、低功耗采集。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103024939SQ20121055439
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者倪軍, 朱艷, 曹衛(wèi)星, 姚霞, 田永超, 龐方榮 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)