[發(fā)明專利]農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810873656.2
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109115988A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 潘榮德
• 申請（專利權）人: 梧州市興能農(nóng)業(yè)科技有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;H04W4/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，包括：

無線傳感器網(wǎng)絡感知模塊，被配置為獲取農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)；

數(shù)據(jù)預處理模塊，被配置為對獲取的農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)進行預處理，并發(fā)送至數(shù)據(jù)管理模塊處進行存儲；

數(shù)據(jù)管理模塊，被配置為對存儲的數(shù)據(jù)進行管理；

數(shù)據(jù)比較處理模塊，被配置為將農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)與設定的濃度閾值進行比較并輸出比較結果；

預警模塊，被配置為接收所述比較結果，并在農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)大于設定的濃度閾值時向設定的用戶終端輸出報警信息；

其中，所述無線傳感器網(wǎng)絡感知模塊包括匯聚節(jié)點和多個采集農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)的傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點與數(shù)據(jù)預處理模塊通信，多個傳感器節(jié)點通過節(jié)點競選操作確定簇首并分簇，簇內(nèi)的傳感器節(jié)點將采集的農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)傳送至對應的簇首，匯聚節(jié)點匯總各簇首收集的農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)并發(fā)送至數(shù)據(jù)預處理模塊；多個簇首通過節(jié)點競選選舉出一個中轉(zhuǎn)節(jié)點，每個分簇內(nèi)的傳感器節(jié)點將采集的土壤質(zhì)量參數(shù)發(fā)送至對應簇首；當簇首與所述中轉(zhuǎn)節(jié)點距離較近時，簇首將收集的土壤質(zhì)量參數(shù)發(fā)送至該中轉(zhuǎn)節(jié)點，簇首與所述匯聚節(jié)點距離較近時，簇首直接將收集的土壤質(zhì)量參數(shù)發(fā)送至該匯聚節(jié)點，所述中轉(zhuǎn)節(jié)點接收的土壤質(zhì)量參數(shù)量達到其緩存極限時，中轉(zhuǎn)節(jié)點將接收的所有土壤質(zhì)量參數(shù)匯總發(fā)送至所述匯聚節(jié)點。

2.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，所述數(shù)據(jù)管理模塊包括：

元數(shù)據(jù)管理子模塊，被配置為元數(shù)據(jù)的添加、刪除和更新；

數(shù)據(jù)融合子模塊，被配置為對相關數(shù)據(jù)進行融合處理；

數(shù)據(jù)查詢子模塊，被配置為根據(jù)用戶自定義的查詢條件實時查詢相關數(shù)據(jù)；

所述相關數(shù)據(jù)包括所述農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)、所述元數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，數(shù)據(jù)預處理模塊包括異常數(shù)據(jù)處理單元，異常數(shù)據(jù)處理單元被配置為對獲取的農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)進行異常檢測，并將檢測出的異常數(shù)據(jù)進行修正處理。

4.根據(jù)權利要求3所述的農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，數(shù)據(jù)預處理模塊還包括缺失數(shù)據(jù)處理單元，缺失數(shù)據(jù)處理單元被配置為對農(nóng)田土壤質(zhì)量參數(shù)進行缺失檢測，并對檢測出的缺失序列進行數(shù)據(jù)填補。

5.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，所述傳感器節(jié)點包括土壤重金屬傳感器、土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、土壤PH傳感器、土壤鹽分傳感器、地下水重金屬傳感器、地下水溫度傳感器中的一種或多種傳感器。

6.根據(jù)權利要求5所述的農(nóng)田土壤質(zhì)量無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測裝置，其特征是，網(wǎng)絡中各傳感器節(jié)點的初始能量不相同，其中各傳感器節(jié)點的能量分布在[Q₀，(1+r)Q₀]范圍內(nèi)，Q₀為網(wǎng)絡中初始能量值最小的傳感器節(jié)點的初始能量，(1+r)Q₀為網(wǎng)絡中初始能量值最大的傳感器節(jié)點的初始能量；簇首之間通過節(jié)點競選選舉出一個中轉(zhuǎn)節(jié)點，包括：

(1)設任意簇首t到匯聚節(jié)點的鏈路為L_to，簇首t按照下列公式估計受到鏈路L_to干擾的傳感器節(jié)點集合A(L_to)，從而得到該傳感器節(jié)點集合的受干擾傳感器節(jié)點個數(shù)

式中，F(xiàn)_t為簇首t的傳輸功率，t＝1，...，m，m為網(wǎng)絡中的簇首數(shù)量，α_jt為簇首t到傳感器節(jié)點e的功率損耗，傳感器節(jié)點e為屬于簇首t通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點，F(xiàn)_e為該傳感器節(jié)點e的噪音功率，G_min為預設的信噪比閾值；

(2)每個簇首將受干擾傳感器節(jié)點個數(shù)信息發(fā)送至匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將受干擾傳感器節(jié)點個數(shù)小于的簇首作為備選節(jié)點，構建備選節(jié)點列表，匯聚節(jié)點向各備選節(jié)點發(fā)送競選消息；

(3)收到競選消息的各備選節(jié)點按照下列公式計算自身的權值，并向匯聚節(jié)點反饋權值信息：

式中，a_p表示備選節(jié)點p的權值，Q_p為備選節(jié)點p的當前剩余能量，(1+r)Q₀為網(wǎng)絡中初始能量值最大的傳感器節(jié)點的初始能量，Z_p為備選節(jié)點p的簇距離，D_p，o為備選節(jié)點p到匯聚節(jié)點的距離；k₁、k₂為預設的權重系數(shù)；

(4)匯聚節(jié)點將權值最大的簇首作為中轉(zhuǎn)節(jié)點，并廣播消息值所有的簇首。