[發明專利]土壤濕度傳感器網絡系統及其信息獲取方法

有效

• 申請號: 201310156916.1
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103227833A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 陳立平;張瑞瑞;徐剛;郭建華
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;G08C17/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

1.一種土壤濕度傳感器網絡系統，其特征在于，包括：

土壤濕度傳感設備，用于通過與其連接的土壤濕度傳感器獲取其周圍的土壤濕度值、空氣溫濕度，對所述土壤濕度值進行數據處理，并與網絡中數據匯集設備進行無線通信；

數據匯集設備，用于接收來自傳感節點的數據并將該數據打包后發送給數據遠程傳輸設備，以及向所述土壤濕度傳感設備發送指令信息；

數據遠程傳輸設備，用于將來自所述數據匯集設備的數據包傳輸到系統管理設備，所述數據遠程傳輸設備與所述數據匯集設備一起組成網關；

系統管理設備，用于對傳感器網絡數據進行接收、存儲和分析，對所述土壤濕度傳感設備進行控制管理。

2.一種應用權利要求1所述的系統進行土壤濕度信息獲取的方法，其特征在于，該方法基于土壤濕度變化進行動態調度傳感器網絡節點采樣，控制傳感器網絡節點進入休眠狀態或喚醒狀態，其包括：

A．傳感器網絡節點根據調度方法，動態調整傳感器網絡節點采樣周期和工作-休眠比；

B．傳感器網絡節點根據調度方法，使得位于土壤濕度相同區域的傳感器網絡節點依次輪流進入休眠模式。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述動態調整傳感器網絡節點采樣周期和工作-休眠比的調度方法包括基于最近n次數據變化差方法、基于歷史數據預測模型方法、基于同質參數變化方法、基于異質參數變化方法四種方法，其中，

基于最近n次數據變化差方法為，當最近n次相鄰采樣數據差的絕對值有漸增趨勢時，則減少節點休眠周期，增大采樣頻率；反之，若最近n次相鄰采樣數差有漸小趨勢時，則適當降低采樣頻率；

基于歷史數據預測方法為，節點每次讀取土壤濕度傳感器數據并存儲于本地或網絡管理節點，并基于線性回歸模型對歷史數據進行建模，構建土壤濕度預測函數，預測土壤濕度變化趨勢，并按照預測結果，判斷增大或減少采樣周期；

基于同質參數變化方法為，根據傳感器網絡中所采集到的部分土壤濕度傳感器輸出數值的變化來動態調整其他土壤濕度傳感器采樣周期；

基于異質參數變化方法為，根據傳感器網絡所采集到的非土壤水分參數變換來調整土壤水分采樣周期。

4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述使得位于土壤濕度相同區域的傳感器網絡節點依次輪流進入休眠模式的調度方法包括如下步驟：

步驟1：采用分簇路由算法，生成網絡分簇，并產生簇頭節點；

步驟2：簇頭節點收集簇內各子節點傳感器數據，并按傳感器數據值進行分組，傳感器數據相同節點具有相同分組；

步驟3：簇頭節點在每個分組中選取一個節點，并將其設置為活躍狀態，同一分組中其他節點設置為休眠狀態，當執行N個采樣周期后，簇頭節點重新進行分組并重新選取每個分組中的活躍節點。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的基于歷史數據預測方法，在使用時結合土壤濕度變化范圍和應用測量精度需求進行傳感器數據梯度化處理，具體如下：

當測量精度要求是1%，土壤濕度的變化范圍是5%-40%，那么定義量化表為：當傳感器輸出小于4.5%時，量化為0；當傳感器輸出在4.5%-40.5%之間時，按照傳感器輸出數據，進行四舍五入后，得到量化值；當傳感器輸出大于40.5%時，則量化為-1。

6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述異質參數包括降雨量、空氣相對濕度、環境溫度、土壤濕度以及時間中的至少一種。

7.根據權利要求3或6所述的方法，其特征在于，當使用異質參數方法時，傳感器網絡自身具有氣象站設備或著能夠通過接入Internet從氣象站點獲取上述參數信息。

8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述四種方法的決策結果分別表示為X1、X2、X3、X4，并且當X1、X2、X3、X4=1時表示增大采樣周期，當X1、X2、X3、X4=-1時表示減小采樣周期，則通過Y=a*X1+b*X2+c*X3+d*X4來最終決定如何修改采樣周期：當Y>0則增大采樣周期，當Y<0則減小采樣周期，其中，a、b、c、d分別是所述四種方法的決策加權系數，在網絡運行初期基于歷史數據預測模型方法、基于最近n次數據變化差方法的決策加權系數為0，基于同質參數變化方法加權系數為M、基于異質參數變化方法為N，在每次決策發生后，如果所述決策方法結果X1、X2、X3、X4與最終決策結果Y一致，則該決策方法的加權系數加1，反之則減1，加權系數最小為0，最大為T，其中M、N、T均通過網絡管理終端進行初始化設置。