[發明專利]一種基于三維空間的溫室傳感器布設方法和系統

在審

• 申請號: 202010155064.4
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111323148A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 劉楊;劉曉宇;任妮;荀廣連;戴秀;毛曉娟
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: G01K13/02
• 分類號: G01K13/02;G01K1/14;G01K3/04;G01K3/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種基于三維空間的溫室傳感器布設方法和系統，采用在溫室三維空間中獲取最具空間代表性的點作為環境傳感器布設最優點，通過由實測數據進行三維空間插值計算最優點位置；本發明減少了溫室環境傳感器布設的盲目性，提高了傳感器監測點布設的準確性和科學性，既能保證環境傳感器獲得的數據最具空間代表性，又節約成本，便于實施，便于溫室管理者使用，為高效管理溫室提供保障。

技術領域

本發明涉及溫室環境監測方法及系統，特別是涉及一種基于三維空間的溫室傳感器布設方法及系統。

背景技術

精準農業是采用信息技術與現代農業技術相結合，對農資、農作實施精確定時、定位、定量控制的現代化農業生產技術，其目標是最大限度地提高農業生產力，實現優質、高產、高效、低耗和環保的可持續發展農業。農業生產中的生產環境(例如，空氣溫度和空氣濕度)與作物生長關系密切，獲取連續的環境數據既有助于理解環境因子波動下作物生長是如何變化的，更可以通過微調小氣候為優質，高產高效的生產提供保障。因此，精準農業實施過程中可以通過基于環境傳感器的監測系統實時收集環境數據并進行分析，為選擇最優的管理措施提供依據。

溫室中的空氣溫度濕度等環境條件通常被認為是均勻的。實際上，環境條件在溫室中存在很大的空間變異性，有研究表明，在一個面積160m²的溫室中，空氣溫度和濕度的差異分別可以達到3.3℃和9％。這種環境的差異可能造成作物生長產量和品質的差異性，甚至還可能導致病蟲害防控的失敗。在溫室空間中均勻布設環境傳感器能夠準確的監測到環境差異，但是均勻布設傳感器會導致成本大幅上升，同時對于多數缺乏專業知識的農民，多個傳感器的數據并不利于其操作。在溫室中，使用單套環境傳感器在成本效率以及用戶友好性上更有優勢。因此，需要在最能代表溫室環境條件的位置布設傳感器。通常的溫室傳感器布設方案，往往將傳感器布設在溫室空間的中間，或者接近電源或網關的位置，但這些位置往往并不能代表溫室環境，而這些位置監測到的環境數據通常與溫室實際環境條件的平均值存在差異。

發明內容

發明目的：本發明的目的之一是在溫室環境傳感器的布設中，為了降低成本，提高可操作性，提供一種尋找溫室三維空間中對環境最具代表性的位置布設傳感器的方法；

本發明的目的之二是提供一種基于三維空間的溫室傳感器布設系統。

技術方案：本發明的基于三維空間的溫室傳感器布設方法，包括如下步驟：

(1)根據溫室的實際情況布設采樣點傳感器，采樣點傳感器在長寬高方向的坐標值分別為i、j、k；收集傳感器采集的溫室環境數據，比如收集24小時的溫室環境數據；并計算得到采樣點傳感器在設定的一段時間內各點采集的溫室環境數據的采樣平均值

(2)在整個溫室的三維空間中，根據采樣平均值進行三維空間插值，得到三維空間上各點的環境數據E_{(n，m，p)}；其中，n、m、p分別為三維空間插值后的各點的長寬高方向的坐標值；

(3)根據三維空間插值的結果E_{(n，m，p)}，計算出整個溫室三維空間中的環境數據平均值

(4)找出在整個溫室三維空間中平均值的等值面，等值面上的點形成點集等值面上的點的溫度值等于環境數據平均值

(5)計算溫室中心點(i_c，j_c，k_c)與等值面上各點間的空間距離，取距離最小的點的空間坐標位置(a_min，b_min，c_min)，該坐標上的點即為溫室內的傳感器布設最優點；在該坐標位置布設傳感器并作為傳感器布設最優點。

首先，最優點在等值面上，它的數值最能代表大棚實際情況，具有代表性；并且其靠近溫室的中心點，操作方便；其次，必須離溫室中心距離最短，因為溫室中心點理論上可代表的溫室體積最大，離溫室中心點越近，該點可代表的體積越大。