[發(fā)明專利]一種融入小波變換和主成分的農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流壓縮方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210051754.0
• 申請(qǐng)日: 2012-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102630092A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉東升;琚春華;許翀寰;周怡;陳庭貴;王蓓;王冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/06
• 分類號(hào): H04W28/06;H04W84/18;H04L1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流壓縮技術(shù)，尤其是一種農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流壓縮方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了海量、高速和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，如電子商務(wù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)等等。這些領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)常常以數(shù)據(jù)流的形式出現(xiàn)，如：傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就是典型的數(shù)據(jù)流。其主要特點(diǎn)為：1)數(shù)據(jù)流動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，長(zhǎng)度可能無(wú)限；2)對(duì)流中的數(shù)據(jù)只能一次掃描，利用一次掃描建立數(shù)據(jù)流的近似概要結(jié)構(gòu)，其后的處理只能依賴該概要結(jié)構(gòu)。

精細(xì)農(nóng)業(yè)是綜合應(yīng)用地球空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助決策技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)，以獲得農(nóng)田“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效”的現(xiàn)代化生產(chǎn)模式和技術(shù)體系。其核心技術(shù)包括地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS、遙感技術(shù)RS和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集主要是使用專用數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行人工田間測(cè)量，再將測(cè)量數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)采集的數(shù)據(jù)，如溫濕度、光照強(qiáng)度、作物生長(zhǎng)特征等數(shù)據(jù)，則需要反復(fù)多次到田間測(cè)量，這種做法的時(shí)間成本和人力成本較高。相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)在農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的信息采集技術(shù)方面的研究和應(yīng)用都相對(duì)滯后。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN，Wireless?Sensor?Networks)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，該技術(shù)被我國(guó)逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通常具有數(shù)量大、數(shù)據(jù)流量突發(fā)性高等特點(diǎn)，如何保存如此龐大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及如何訪問(wèn)這些保存的歷史數(shù)據(jù)一直是個(gè)難題。

數(shù)據(jù)壓縮主要是通過(guò)去除數(shù)據(jù)間存在的冗余度或者對(duì)數(shù)據(jù)間具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次表達(dá)，以達(dá)到減少存儲(chǔ)資源的目的，同時(shí)丟棄的這些數(shù)據(jù)又保證在一定的誤差控制中不影響對(duì)歷史數(shù)據(jù)的重構(gòu)，方便之后對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢處理。目前，數(shù)據(jù)壓縮的方法有很多，主要包括完全可逆的冗余度壓縮和實(shí)際上不可逆的熵壓縮兩類。冗余度壓縮常用于磁盤文件、數(shù)據(jù)通信和氣象衛(wèi)星云圖等不允許在壓縮過(guò)程中有絲毫損失的場(chǎng)合中。但它的壓縮比通常只有幾倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足數(shù)字視聽(tīng)?wèi)?yīng)用的要求。在實(shí)踐的數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備中，差不多都采用壓縮比更高、但實(shí)際有損的熵壓縮技術(shù)。只要作為最終用戶的人覺(jué)察不出或者能夠容忍這些失真，就允許對(duì)數(shù)字音像信號(hào)進(jìn)一步壓縮以換取更高的編碼效率。但是這些方法的壓縮比不高，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的空間有限，常常導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。顯然，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮方法不能有效適用于農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有現(xiàn)有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流壓縮方法的壓縮比不高、數(shù)據(jù)失真度較高、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)空間受限的不足，本發(fā)明提供一種壓縮比較高、數(shù)據(jù)失真少、有效減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的融入小波變換和主成分的農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)壓縮方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種融入小波變換和主成分的農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流壓縮方法，所述壓縮方法包括以下步驟：

1)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)閾值過(guò)濾：先將農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流中不斷到來(lái)的數(shù)據(jù)作為第1層，即在相同的時(shí)間內(nèi)到來(lái)的數(shù)據(jù)序列表示為X＝{x₁，x₂，...，x_n}，該序列由n個(gè)數(shù)據(jù)組成，假設(shè)序列中平均數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n′，將這n′個(gè)數(shù)據(jù)組成為一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，則第1層的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)有其中M為數(shù)據(jù)流的總數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：假設(shè)數(shù)據(jù)序列X中數(shù)據(jù)x_i的屬性個(gè)數(shù)為m，如果空缺屬性個(gè)數(shù)則認(rèn)為該條數(shù)據(jù)流是噪聲，直接過(guò)濾；反之，將空缺屬性補(bǔ)充為所有該屬性的加權(quán)平均；

3)壓縮處理：將第1層每n′個(gè)數(shù)據(jù)組成的子序列進(jìn)行壓縮，構(gòu)成第2層的一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，記該子序列為d_i，該數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為p_i，則p_i中保存了d_i的概要信息。隨著新數(shù)據(jù)的不斷到來(lái)，第2層上的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)不斷增加，當(dāng)?shù)?層上的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)時(shí)，將最老的p_i個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歸并，合并成第3層上的1個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的概要信息，以此逐層向上，從而使得該農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感數(shù)據(jù)流總是被壓縮成一組分層次的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，最后構(gòu)造一棵能夠存儲(chǔ)小波系數(shù)的誤差樹(shù)；