專利名稱：農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前農(nóng)技工作人員對農(nóng)作物 的生長狀況統(tǒng)計仍然停留在現(xiàn)地實驗和觀察，手工填寫紙制質(zhì)量表，手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)和計算機簡單計算階段。由于不同農(nóng)技人員的知識結(jié)構(gòu)、測量工具、操作步驟的不同，加上諸多主觀因素，致使這種工作模式產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的標準、時效性低、準確性差，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導作用有限，同時，工作效率低，對操作人員的專業(yè)技術(shù)要求高，極大的限制了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應用。許多農(nóng)業(yè)相關(guān)科研單位在陸續(xù)開發(fā)面向精準農(nóng)業(yè)的信息感知系統(tǒng)。但是，這些感知系統(tǒng)在實際應用中具有以下缺陷一是作用地域有限、適應性不強。例如，針對蔬菜大棚的地表濕度傳感系統(tǒng)，針對花卉基地溫度傳感系統(tǒng)，還有只是進行田間圖像采集的田間影像系統(tǒng)和微氣象檢測系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)只是針對某個局部應用環(huán)境，適用范圍十分有限，而且感知數(shù)據(jù)和感知參數(shù)固定，例如，蔬菜大棚專用的感知節(jié)點只對溫度、濕度，花卉基地只對光照、溫度，大田作物對土壤鹽分、濕度等數(shù)據(jù)和參數(shù)比較重視。感知節(jié)點的環(huán)境適應性尤為脆弱，通常是在一定環(huán)境下可以正常使用，換一個不同的環(huán)境就不能正常工作，還沒有出現(xiàn)能夠靈活適應各種環(huán)境需要的、低成本、通用性相對較強的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知系統(tǒng)。同時，現(xiàn)有智能農(nóng)業(yè)用傳感節(jié)點開發(fā)和研究面臨窘境一傳感器越多越好，節(jié)點散布越密越好。這樣，無疑造成了數(shù)據(jù)冗余量急劇增大，數(shù)據(jù)挖掘能力又不夠，致使花費寶貴資源采集來的數(shù)據(jù)基本沒用，滾雪球一樣地堆在數(shù)據(jù)庫中，不知如何處理，這就存在“數(shù)據(jù)豐富而知識貧乏”的問題。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，許多智能農(nóng)業(yè)感知系統(tǒng)人機接口的科學性、動態(tài)性、互動性、人性化呈現(xiàn)能力不足。有些系統(tǒng)只是簡單的以數(shù)值的形式輸出給用戶，輸出形式過于簡單，例如單獨采用液晶屏顯、提示音等簡單的形式，這對大多數(shù)專業(yè)水平不高的用戶來說實用性不強；綜合運用GIS技術(shù)和矢量圖形技術(shù)進行解決的較少，將感知信息和時空數(shù)據(jù)進行必要處理再圖形化呈現(xiàn)給用戶的更是少見；訪問和交互方式都比較單一，只是采用軟件客戶端、web客戶端、智能手機客戶端技術(shù)解決方案中的一種。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種設(shè)計新穎合理、使用操作方便、智能化程度高、靈活性強、適用范圍廣的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于包括由布設(shè)在農(nóng)作物生長環(huán)境中的多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和與多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點無線連接并將多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后上傳的信息匯聚節(jié)點，以及與信息匯聚節(jié)點通過有線或無線方式連接并通信的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)和與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)通過有線或無線方式連接并通信的信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，每個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的輸入端均接有對農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知的感知末端傳感器；所述感知末端傳感器為空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤鹽分傳感器、風向傳感器、風速傳感器、光照傳感器、對運動物體距所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的距離進行采集的超聲波傳感器、對動植物熱輻射進行采集的紅外傳感器、對聲音進行采集的聲音傳感器、對人手接觸進行感知的接近式傳感器、對光線進行感知的光電開關(guān)和對農(nóng)作物的葉面圖像進行采集的圖像采集器中的一個或多個的組合。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量為多個，所述信息匯聚節(jié)點由移動信息匯聚節(jié)點和固定信息匯聚節(jié)點構(gòu) 成，所述移動信息匯聚節(jié)點和固定信息匯聚節(jié)點的數(shù)量均為一個或多個。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點包括感知節(jié)點供電電源、第一無線傳輸模塊和FPGA芯片以及嵌A FPGA芯片內(nèi)的中央處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和第一數(shù)據(jù)存儲器，所述第一無線傳輸模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和第一數(shù)據(jù)存儲器均與所述中央處理器相接，所述中央處理器的輸入端接有用于連接感知末端傳感器的數(shù)字信號輸入接口和圖像信號輸入接口，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端接有用于連接感知末端傳感器的模擬信號輸入接口，所述第一無線傳輸模塊、中央處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和第一數(shù)據(jù)存儲器均與所述感知節(jié)點供電電源相接。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述移動信息匯聚節(jié)點包括第一匯聚節(jié)點供電電源和第一微處理器模塊，以及與第一微處理器模塊相接的第二數(shù)據(jù)存儲器、用于與第一無線傳輸模塊無線連接并通信的第二無線傳輸模塊和用于與固定信息匯聚節(jié)點無線連接并通信的第三無線傳輸模塊；所述第一微處理器模塊、第二數(shù)據(jù)存儲器、第二無線傳輸模塊和第三無線傳輸模塊均與所述第一匯聚節(jié)點供電電源相接。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述固定信息匯聚節(jié)點包括第二匯聚節(jié)點供電電源和第二微處理器模塊，以及與第二微處理器模塊相接的第三數(shù)據(jù)存儲器、用于與第三無線傳輸模塊無線連接并通信的第四無線傳輸模塊和用于與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)有線或無線連接并通信的通信電路模塊；所述第二微處理器模塊、第三數(shù)據(jù)存儲器、第四無線傳輸模塊和通信電路模塊均與所述第二匯聚節(jié)點供電電源相接。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)包括Web服務(wù)器以及通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與Web服務(wù)器相接并通信的環(huán)境感知信息庫服務(wù)器、地理信息庫服務(wù)器、農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器和管理中心服務(wù)器，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器通過有線或無線方式與信息匯聚節(jié)點連接并通信，所述Web服務(wù)器通過有線或無線方式與信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)連接并通信。上述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)包括多臺用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機和多部用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)手機，多臺所述信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機均通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)連接并通信，多部所述信息動態(tài)呈現(xiàn)手機均通過Internet網(wǎng)絡(luò)和3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)無線連接并通信。本發(fā)明還提供了一種數(shù)據(jù)處理能力強、時效性高、準確度高、訪問和交互方式多樣化、推廣應用價值高的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時采集通過多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點分別對所述感知末端傳感器所實時感知到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行實時采集，且多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點以自組網(wǎng)方式組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)周期性地傳送至相應的移動信息匯聚節(jié)點，移動信息匯聚節(jié)點再將其接收到的數(shù)據(jù)傳送至相應的固定信息匯聚節(jié)點；步驟二、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時上傳通過所述固定信息匯聚節(jié)點將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)； 步驟三、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的分析處理通過所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)接收各個固定信息匯聚節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲及分析處理后得到農(nóng)作物生長環(huán)境信息并存儲，其具體過程如下步驟301、數(shù)據(jù)接收及存儲所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器接收各個固定信息匯聚節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的ID將數(shù)據(jù)存儲在該組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的感知信息原始表中；所述感知信息原始表預先存儲在所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器中；步驟302、奇異值消除處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理；步驟303、歸一化處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用歸一化處理模塊對經(jīng)奇異值消除處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理；步驟304、屬性約簡處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用屬性約簡處理模塊且按照粗糙集屬性約簡方法對經(jīng)歸一化處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)分別進行屬性約簡處理；步驟305、數(shù)據(jù)融合所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用數(shù)據(jù)融合處理模塊且按照自適應加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，得到農(nóng)作物生長環(huán)境信息并進行存儲；步驟四、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的判斷及判斷結(jié)果的顯示所述管理中心服務(wù)器調(diào)用預先存儲在農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器中的農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)實對步驟305中得到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行分析處理判斷，得出農(nóng)作物生長環(huán)境信息優(yōu)、良、中、差的判斷結(jié)果并對判斷結(jié)果進行顯示；步驟五、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的動態(tài)呈現(xiàn)多次重復步驟一至步驟四，完成時間段t內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的多次判斷，然后，所述管理中心服務(wù)器調(diào)用折線圖繪制模塊、餅狀圖繪制模塊或柱狀圖繪制模塊，將時間段t內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的多次判斷結(jié)果繪制成折線圖、餅狀圖或柱狀圖，并與預先存儲在地理信息庫服務(wù)器中的農(nóng)作物生長環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)相疊加，得到疊加后的農(nóng)作物生長環(huán)境動態(tài)電子地圖并通過Web服務(wù)器發(fā)送到信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)上進行動態(tài)顯示。上述的方法，其特征在于步驟二中通過所述信息匯聚節(jié)點將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的具體過程如下 步驟201、通過所述移動信息匯聚節(jié)點判斷在移動信息匯聚節(jié)點的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的數(shù)量；步驟202、當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的數(shù)量不足6個時，所述移動信息匯聚節(jié)點調(diào)用輪詢通信模塊并按照輪詢通信方式遍歷其無線信號覆蓋范圍內(nèi)的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點，依次接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所傳送的數(shù)據(jù)并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點；當判斷得出所述信息匯聚節(jié)點的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的數(shù)量多于6個且不足120個時，所述移動信息匯聚節(jié)點調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點；當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的數(shù)量多于120個時，首先，所述移動信息匯聚節(jié)點調(diào)用優(yōu)先搶占節(jié)點設(shè)置模塊并將多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點中的關(guān)鍵幾個設(shè)置為優(yōu)先搶占節(jié)點，其余節(jié)點為非優(yōu)先搶占節(jié)點；然后，所述移動信息匯聚節(jié)點調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點，在進行跳頻通信的過程中，當發(fā)生信道搶占時，非優(yōu)先搶占節(jié)點收到優(yōu)先搶占節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)幀就主動避讓，優(yōu)先保證優(yōu)先搶占節(jié)點數(shù)據(jù)的傳送；步驟203、所述固定信息匯聚節(jié)點接收所述移動信息匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)并進行打包后發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。上述的方法，其特征在于步驟302中所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理的過程如下步驟3021、所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器調(diào)用奇異值判斷模塊判斷組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的感知信息是否是奇異值并得出判斷結(jié)果；步驟3022、當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的感知信息是奇異值時，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的位置屬性在容差范圍內(nèi)搜尋其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點，當搜索到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點時，用搜索到的毗鄰組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的感知信息替代奇異值的感知信息，然后，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器輸出奇異值消除信息；當搜索不到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點時，通過所述管理中心服務(wù)器發(fā)出告警信號；
反之，當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的感知信息不是奇異值時，所述管理中心服務(wù)器輸出奇異值消除信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明提出的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的可感知信息種類多，部署靈活，能根據(jù)不同的用戶需求進行靈活增減部署接在其輸入端的感知末端傳感器，有效解決了現(xiàn)有感知系統(tǒng)適應性不強的問題；而且，組合過程中，可選方案多樣，操作簡單，只須對節(jié)點配置方式進行剪裁，對節(jié)點的初始化配置可自動完成。2、本發(fā)明采用了標準化的感知末端傳感器實時感知農(nóng)作物生長環(huán)境信息，能有效克服傳統(tǒng)測量手段的人為因素影響，確保數(shù)據(jù)的科學性、準確性和時效性。3、本發(fā)明提出的信息匯聚節(jié)點由移動信息匯聚節(jié)點和固定信息匯聚節(jié)點構(gòu)成，具有良好的移動性支持，信息匯聚節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)健壯性強，解決了其它感知系統(tǒng)只能固定 部署的問題，在不影響系統(tǒng)準確性和可靠性情況下，最大程度地滿足了系統(tǒng)的靈活性需要。4、本發(fā)明采用了輪詢通信方式、跳頻通信方式和優(yōu)先級搶占等多樣化信道共享模式，能根據(jù)對某種信息的實時性要求級別設(shè)置其傳送的優(yōu)先級，保證在惡劣的無線條件環(huán)境下對用戶主要關(guān)注信息的可靠傳輸。5、本發(fā)明中的管理中心服務(wù)器采用預先存儲在農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器中的農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)對農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行分析處理判斷，信息處理速度快，能夠滿足信息實時處理的要求，具有自學習和自組織功能，能適應檢測環(huán)境的不斷變化和檢測信息的不確定性。6、本發(fā)明中將農(nóng)作物生長環(huán)境信息的判斷結(jié)果與預先存儲在地理信息庫服務(wù)器中的農(nóng)作物生長環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)相疊加后輸出，信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)能夠形象、直觀地呈現(xiàn)出疊加后的農(nóng)作物生長環(huán)境動態(tài)電子地圖，大大增加了本系統(tǒng)信息受眾的范圍。7、本發(fā)明中的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點還具有功耗小、易維護、節(jié)省硬件資源、成本低等優(yōu)勢，便于大范圍地部署，具有較好的實際推廣應用價值。8、本發(fā)明中的信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)包括多臺用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機和多部用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)手機，訪問和交互方式更加多樣化。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計新穎合理，使用操作方便，智能化程度高，靈活性強，時效性強，準確度高，工作效率高，訪問和交互方式多樣化，適用范圍廣，推廣應用價值高。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖I為本發(fā)明農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)的電路框圖。圖2為本發(fā)明組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的電路原理框圖。圖3為本發(fā)明移動信息匯聚節(jié)點的電路原理框圖。圖4為本發(fā)明固定信息匯聚節(jié)點的電路原理框圖。圖5為本發(fā)明農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)方法的方法流程圖。附圖標記說明I一組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點；1-1 一感知節(jié)點供電電源；
1-2—第一無線傳輸模塊；1-3 — FPGA芯片；1-31—中央處理器；1-32—A/D轉(zhuǎn)換器；1-33—第一數(shù)據(jù)存儲器；1-4 一數(shù)字信號輸入接口；1-5—圖像信號輸入接口 ；1-6—模擬信號輸入接口 ；2—無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；3—信息匯聚節(jié)點；3-1—移動信息匯聚節(jié)點；3-11—第一匯聚節(jié)點供電電源；3-12一第一微處理器模塊；3-13—第二無線傳輸模塊；3-14—第三無線傳輸模塊；3-15—第二數(shù)據(jù)存儲器； 3-2—固定信息匯聚節(jié)點；3-21—第二匯聚節(jié)點供電電源；3-22—第二微處理器模塊；3-23—第四無線傳輸模塊；3-24—第三無線傳輸模塊；3-25—第三數(shù)據(jù)存儲器；4一數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)；4-1一Web服務(wù)器；4-2—環(huán)境感知信息庫服務(wù)器；4-3—地理信息庫服務(wù)器；4-4一農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器；4-5—管理中心服務(wù)器；5_ "[目息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)；5_1_ "[目息動態(tài)呈現(xiàn)計算機；5~2一"[目息動態(tài)呈現(xiàn)手機；6—感知末端傳感器。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，包括由布設(shè)在農(nóng)作物生長環(huán)境中的多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2和與多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I無線連接并將多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打包后上傳的信息匯聚節(jié)點3，以及與信息匯聚節(jié)點3通過有線或無線方式連接并通信的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4和與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4通過有線或無線方式連接并通信的信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)5，每個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的輸入端均接有對農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知的感知末端傳感器6 ;所述感知末端傳感器6為空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤鹽分傳感器、風向傳感器、風速傳感器、光照傳感器、對運動物體距所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的距離進行采集的超聲波傳感器、對動植物熱輻射進行采集的紅外傳感器、對聲音進行采集的聲音傳感器、對人手接觸進行感知的接近式傳感器、對光線進行感知的光電開關(guān)和對農(nóng)作物的葉面圖像進行采集的圖像采集器中的一個或多個的組合。本實施例中，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2的數(shù)量為多個，所述信息匯聚節(jié)點3由移動信息匯聚節(jié)點3-1和固定信息匯聚節(jié)點3-2構(gòu)成，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1和固定信息匯聚節(jié)點3-2的數(shù)量均為一個或多個。結(jié)合圖2，本實施例中，所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I包括感知節(jié)點供電電源1-1、第一無線傳輸模塊1-2、FPGA芯片1-3以及嵌入FPGA芯片1_3內(nèi)的中央處理器1-31、A/D轉(zhuǎn)換器1-32和第一數(shù)據(jù)存儲器1-33，所述第一無線傳輸模塊1_2、A/D轉(zhuǎn)換器1-32和第一數(shù)據(jù)存儲器1-33均與所述中央處理器1-31相接，所述中央處理器1-31的輸入端接有用于連接感知末端傳感器6的數(shù)字信號輸入接口 1-4和圖像信號輸入接口 1-5，所述A/D轉(zhuǎn)換器1-32的輸入端接有用于連接感知末端傳感器6的模擬信號輸入接口 1-6，所述第一無線傳輸模塊1-2、中央處理器1-31、A/D轉(zhuǎn)換器1-32和第一數(shù)據(jù)存儲器1-33均與所述感知節(jié)點供電電源1-1相接。結(jié)合圖3，本實施例中，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1包括第一匯聚節(jié)點供電電源3-11和第一微處理器模塊3-12，以及與第一微處理器模塊3-12相接的第二數(shù)據(jù)存儲器3-15、用于與第一無線傳輸模塊1-2線連接并通信的第二無線傳輸模塊3-13和用于與固定信息匯聚節(jié)點3-2無線連接并通信的第三無線傳輸模塊3-14 ;所述第一微處理器模塊3-12、第二數(shù)據(jù)存儲器3-15、第二無線傳輸模塊3-13和第三無線傳輸模塊3-14均與所述第一匯聚節(jié)點供電電源3-11相接。結(jié)合圖4，本實施例中，所述固定信息匯聚節(jié)點3-2包括第二匯聚節(jié)點供電電源3-21和第二微處理器模塊3-22，以及與第二微處理器模塊3-22相接的第三 數(shù)據(jù)存儲器
3-25、用于與第三無線傳輸模塊3-24線連接并通信的第四無線傳輸模塊3-23和用于與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4有線或無線連接并通信的通信電路模塊3-24 ;所述第二微處理器模塊3-22、第三數(shù)據(jù)存儲器3-25、第四無線傳輸模塊3-23和通信電路模塊3-24均與所述第二匯聚節(jié)點供電電源3-21相接。具體地，本實施例中，所述第一微處理器模塊3-12和第二微處理器模塊3-22均為DSP數(shù)字信號處理器。本實施例中，所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4包括Web服務(wù)器4-1以及通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與Web服務(wù)器4-1相接并通信的環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2、地理信息庫服務(wù)器
4-3、農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器4-4和管理中心服務(wù)器4-5，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2通過有線或無線方式與信息匯聚節(jié)點3連接并通信，所述Web服務(wù)器4-1通過有線或無線方式與信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)5連接并通信。所述信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)5包括多臺用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機5-1和多部用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)手機5-2，多臺所述信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機5-1均通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4連接并通信，多部所述信息動態(tài)呈現(xiàn)手機5-2均通過Internet網(wǎng)絡(luò)和3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4無線連接并通信。結(jié)合圖5，本發(fā)明所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)方法，包括以下步驟步驟一、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時采集通過多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I分別對所述感知末端傳感器6所實時感知到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行實時采集，且多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I以自組網(wǎng)方式組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2，同時多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)周期性地傳送至相應的移動信息匯聚節(jié)點3-1，移動信息匯聚節(jié)點3-1再將其接收到的數(shù)據(jù)傳送至相應的固定信息匯聚節(jié)點3-2 ；步驟二、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時上傳通過所述固定信息匯聚節(jié)點3-2將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4 ；本實施例中，步驟二中通過所述信息匯聚節(jié)點3將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4的具體過程如下步驟201、通過所述移動信息匯聚節(jié)點3-1判斷在移動信息匯聚節(jié)點3-1的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點3-1無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的
數(shù)量；步驟202、當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點3-1的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點3-1無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的數(shù)量不足6個時，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用輪詢通信模塊并按照輪詢通信方式遍歷其無線信號覆蓋范圍內(nèi)的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點1，依次接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所傳送的數(shù)據(jù)并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點3-2 ；當判斷得出所述信息匯聚節(jié)點3的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點3-1無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的數(shù)量多于6個且不足120個時，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打 包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點3-2 ；當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點3-1的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點3-1無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的數(shù)量多于120個時，首先，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用優(yōu)先搶占節(jié)點設(shè)置模塊并將多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I中的關(guān)鍵幾個設(shè)置為優(yōu)先搶占節(jié)點，其余節(jié)點為非優(yōu)先搶占節(jié)點；然后，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點3-2，在進行跳頻通信的過程中，當發(fā)生信道搶占時，非優(yōu)先搶占節(jié)點收到優(yōu)先搶占節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)幀就主動避讓，優(yōu)先保證優(yōu)先搶占節(jié)點數(shù)據(jù)的傳送；具體實施時，所述移動信息匯聚節(jié)點3-1采用分布在2. 4GHz周圍(無線免費頻段)的6個不同頻率范圍的通信信道與組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I進行通信，且6個不同頻率范圍的通信信道按照頻率從低到高依次編號為信道0 信道5。所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所傳送數(shù)據(jù)的具體過程是所述移動信息匯聚節(jié)點3-1從6個不同頻率范圍的通信信道中固定選擇一個頻率范圍的信道(一般是6個不同頻率范圍的通信信道中頻率最低的信道，即信道0)用于傳輸移動信息匯聚節(jié)點3-1和各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的同步信號和控制信號，另外5個信道用于傳輸各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所傳送的數(shù)據(jù)，且另外5個信道按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I通過信道0向移動信息匯聚節(jié)點3-1傳輸?shù)姆恰?”的隨機數(shù)進行使用。具體地，多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I中的一個通過信道0向移動信息匯聚節(jié)點3-1發(fā)送一個非“0”的隨機數(shù)，該移動信息匯聚節(jié)點3-1接收該隨機數(shù)并從跳頻通信表中選擇出與該非“0”的隨機數(shù)所對應的跳頻序列發(fā)送給該組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點1，該組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I就利用這個跳頻序列同該移動信息匯聚節(jié)點3-1實施跳頻通信。其中，每個非“0”的隨機數(shù)都對應有一個跳頻序列，所述跳頻通信表的構(gòu)建方法如下將每個通信周期分為5個時間段，對于第一個通信周期的第一個時間段，有5個信道供選擇，選擇了一個信道后，為了避免干擾，后面的時間段就不再選擇這個信道了，這樣，對于第二個時間段就有4個信道供選擇，依次類推，按照這種方式計算，跳頻通信表共能產(chǎn)生5 X 4 X 3 X 2 X 1=120個序列，也就是說這種通信方式最多能容納120個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I。這些組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I可以按照跳頻序列周期性地使用5個通信信道進行數(shù)據(jù)傳輸。所述移動信息匯聚節(jié)點3-1調(diào)用優(yōu)先搶占節(jié)點設(shè)置模塊并將多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I中的關(guān)鍵幾個設(shè)置為優(yōu)先搶占節(jié)點，其方法是多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I中的關(guān)鍵幾個通過信道O向移動信息匯聚節(jié)點3-1傳輸數(shù)據(jù)“0”，非優(yōu)先搶占節(jié)點在從信道O收到數(shù)據(jù)“O”所對應的跳頻序列時，在10秒內(nèi)不向移動信息匯聚節(jié)點3-1發(fā)送信道使用請求，正在發(fā)送數(shù)據(jù)的非優(yōu)先搶占節(jié)點立刻中止數(shù)據(jù)發(fā)送，10秒后再重新傳送，這樣，就保證了優(yōu)先搶占節(jié)點數(shù)據(jù)的傳送。步驟203、所述固定信息匯聚節(jié)點3-2接收所述移動信息匯聚節(jié)點3_1發(fā)送的數(shù)據(jù)并進行打包后發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4。步驟三、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的分析處理通過所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)4接收各個固定信息匯聚節(jié)點3-2所發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲及分析處理后得到農(nóng)作物生長環(huán)境信 息并存儲，其具體過程如下步驟301、數(shù)據(jù)接收及存儲所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2接收各個固定信息匯聚節(jié)點3-2所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的ID將數(shù)據(jù)存儲在該組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的感知信息原始表中；所述感知信息原始表預先存儲在所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2中；步驟302、奇異值消除處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理；本實施例中，步驟302中所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理的過程如下步驟3021、所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用奇異值判斷模塊判斷組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的感知信息是否是奇異值并得出判斷結(jié)果；步驟3022、當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的感知信息是奇異值時，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的位置屬性在容差范圍內(nèi)搜尋其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點1，當搜索到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I時，用搜索到的毗鄰組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的感知信息替代奇異值的感知信息，然后，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2輸出奇異值消除信息；當搜索不到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I時，通過所述管理中心服務(wù)器4-5發(fā)出告警信號；反之，當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I的感知信息不是奇異值時，所述管理中心服務(wù)器4-5輸出奇異值消除信息。步驟303、歸一化處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用歸一化處理模塊對經(jīng)奇異值消除處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理；步驟304、屬性約簡處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用屬性約簡處理模塊且按照粗糙集屬性約簡方法對經(jīng)歸一化處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)分別進行屬性約簡處理；步驟305、數(shù)據(jù)融合所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用數(shù)據(jù)融合處理模塊且按照自適應加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，得到農(nóng)作物生長環(huán)境信息并進行存儲；本實施例中，步驟305中所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器4-2調(diào)用數(shù)據(jù)融合處理模塊且按照自適應加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點I所采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合的過程如下步驟3051、構(gòu)造自適應加權(quán)融合估計模型設(shè)η個感知末端傳感器6中η個某一環(huán)境變量傳感器對某一環(huán)境變量(例如空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、土壤鹽分、風向、風速或光照中的一種)的測量值分別為Xl，x2，-,xn,且Xl，x2，…，Xn彼此相互獨立，所要估計的真值為X，各個某一環(huán)境變量傳感器的加權(quán)因子分別SW1J2，…，Wn，融合后的
值和加權(quán)因子滿足公式
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng),其特征在于包括由布設(shè)在農(nóng)作物生長環(huán)境中的多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)和與多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)無線連接并將多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后上傳的信息匯聚節(jié)點(3)，以及與信息匯聚節(jié)點(3)通過有線或無線方式連接并通信的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)和與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)通過有線或無線方式連接并通信的信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)(5)，每個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的輸入端均接有對農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知的感知末端傳感器(6);所述感知末端傳感器(6)為空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤鹽分傳感器、風向傳感器、風速傳感器、光照傳感器、對運動物體距所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的距離進行采集的超聲波傳感器、對動植物熱輻射進行采集的紅外傳感器、對聲音進行采集的聲音傳感器、對人手接觸進行感知的接近式傳感器、對光線進行感知的光電開關(guān)和對農(nóng)作物的葉面圖像進行采集的圖像采集器中的一個或多個的組合。
2.按照權(quán)利要求I所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)的數(shù)量為多個，所述信息匯聚節(jié)點(3)由移動信息匯聚節(jié)點(3-1)和固定信息匯聚節(jié)點(3-2)構(gòu)成，所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)和固定信息匯聚節(jié)點(3-2)的數(shù)量均為一個或多個。
3.按照權(quán)利要求2所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)包括感知節(jié)點供電電源(1-1)、第一無線傳輸模塊(1-2)和FPGA芯片(1-3)以及嵌入FPGA芯片(1_3)內(nèi)的中央處理器(1_31 )、A/D轉(zhuǎn)換器(1-32)和第一數(shù)據(jù)存儲器(1-33)，所述第一無線傳輸模塊(1-2)、A/D轉(zhuǎn)換器(1_32)和第一數(shù)據(jù)存儲器(1-33)均與所述中央處理器(1-31)相接，所述中央處理器(1-31)的輸入端接有用于連接感知末端傳感器(6)的數(shù)字信號輸入接口(1-4)和圖像信號輸入接口(1-5)，所述A/D轉(zhuǎn)換器(1-32)的輸入端接有用于連接感知末端傳感器(6)的模擬信號輸入接口(1-6)，所述第一無線傳輸模塊(1-2)、中央處理器(1-31 )、A/D轉(zhuǎn)換器(1-32)和第一數(shù)據(jù)存儲器(1-33)均與所述感知節(jié)點供電電源(1-1)相接。
4.按照權(quán)利要求3所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)包括第一匯聚節(jié)點供電電源(3-11)和第一微處理器模塊(3-12)，以及與第一微處理器模塊(3-12)相接的第二數(shù)據(jù)存儲器(3-15)、用于與第一無線傳輸模塊(1-2)無線連接并通信的第二無線傳輸模塊(3-13)和用于與固定信息匯聚節(jié)點(3-2)無線連接并通信的第三無線傳輸模塊(3-14);所述第一微處理器模塊(3-12)、第二數(shù)據(jù)存儲器(3-15)、第二無線傳輸模塊(3-13)和第三無線傳輸模塊(3-14)均與所述第一匯聚節(jié)點供電電源(3-11)相接。
5.按照權(quán)利要求4所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述固定信息匯聚節(jié)點(3-2)包括第二匯聚節(jié)點供電電源(3-21)和第二微處理器模塊(3-22)，以及與第二微處理器模塊(3-22)相接的第三數(shù)據(jù)存儲器(3-25)、用于與第三無線傳輸模塊(3-24)無線連接并通信的第四無線傳輸模塊(3-23)和用于與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)有線或無線連接并通信的通信電路模塊(3-24);所述第二微處理器模塊(3-22)、第三數(shù)據(jù)存儲器(3-25)、第四無線傳輸模塊(3-23)和通信電路模塊(3-24)均與所述第二匯聚節(jié)點供電電源(3-21)相接。
6.按照權(quán)利要求2所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)包括Web服務(wù)器(4-1)以及通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與Web服務(wù)器(4-1)相接并通信的環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)、地理信息庫服務(wù)器(4-3)、農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器(4-4)和管理中心服務(wù)器(4-5)，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)通過有線或無線方式與信息匯聚節(jié)點(3 )連接并通信，所述Web服務(wù)器(4-1)通過有線或無線方式與信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)(5)連接并通信。
7.按照權(quán)利要求I或2所述的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于所述信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)(5)包括多臺用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機(5-1)和多部用于動態(tài)呈現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的信息動態(tài)呈現(xiàn)手機(5-2)，多臺所述信息動態(tài)呈現(xiàn)計算機(5-1)均通過Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)連接并通信，多部所述信息動態(tài)呈現(xiàn)手機(5-2)均通過Internet網(wǎng)絡(luò)和3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4 )無線連接并通信。
8.一種利用如權(quán)利要求6所述系統(tǒng)的農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時采集通過多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)分別對所述感知末端傳感器(6)所實時感知到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行實時采集，且多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)以自組網(wǎng)方式組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)，同時多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)周期性地傳送至相應的移動信息匯聚節(jié)點(3-1)，移動信息匯聚節(jié)點(3-1)再將其接收到的數(shù)據(jù)傳送至相應的固定信息匯聚節(jié)點(3-2)； 步驟二、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時上傳通過所述固定信息匯聚節(jié)點(3-2)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)； 步驟三、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的分析處理通過所述數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)接收各個固定信息匯聚節(jié)點(3-2)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲及分析處理后得到農(nóng)作物生長環(huán)境信息并存儲，其具體過程如下 步驟301、數(shù)據(jù)接收及存儲所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)接收各個固定信息匯聚節(jié)點(3-2)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的ID將數(shù)據(jù)存儲在該組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的感知信息原始表中；所述感知信息原始表預先存儲在所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)中； 步驟302、奇異值消除處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理； 步驟303、歸一化處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用歸一化處理模塊對經(jīng)奇異值消除處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)分別進行歸一化處理； 步驟304、屬性約簡處理所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用屬性約簡處理模塊且按照粗糙集屬性約簡方法對經(jīng)歸一化處理后的各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)分別進行屬性約簡處理；步驟305、數(shù)據(jù)融合所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用數(shù)據(jù)融合處理模塊且按照自適應加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，得到農(nóng)作物生長環(huán)境信息并進行存儲； 步驟四、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的判斷及判斷結(jié)果的顯示所述管理中心服務(wù)器(4-5)調(diào)用預先存儲在 農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)服務(wù)器(4-4)中的農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)實對步驟305中得到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息進行分析處理判斷，得出農(nóng)作物生長環(huán)境信息優(yōu)、良、中、差的判斷結(jié)果并對判斷結(jié)果進行顯示； 步驟五、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的動態(tài)呈現(xiàn)多次重復步驟一至步驟四，完成時間段t內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的多次判斷，然后，所述管理中心服務(wù)器(4-5)調(diào)用折線圖繪制模塊、餅狀圖繪制模塊或柱狀圖繪制模塊，將時間段t內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境信息的多次判斷結(jié)果繪制成折線圖、餅狀圖或柱狀圖，并與預先存儲在地理信息庫服務(wù)器(4-3)中的農(nóng)作物生長環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)相疊加，得到疊加后的農(nóng)作物生長環(huán)境動態(tài)電子地圖并通過Web服務(wù)器(4-1)發(fā)送到信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)(5)上進行動態(tài)顯示。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟二中通過所述信息匯聚節(jié)點(3)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)內(nèi)所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4)的具體過程如下 步驟201、通過所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)判斷在移動信息匯聚節(jié)點(3-1)的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點(3-1)無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(O的數(shù)量； 步驟202、當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點(3-1)無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的數(shù)量不足6個時，所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)調(diào)用輪詢通信模塊并按照輪詢通信方式遍歷其無線信號覆蓋范圍內(nèi)的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(1)，依次接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所傳送的數(shù)據(jù)并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點(3-2)； 當判斷得出所述信息匯聚節(jié)點(3)的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點(3-1)無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的數(shù)量多于6個且不足120個時，所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點(3-2)； 當判斷得出所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)的無線信號覆蓋范圍內(nèi)能與移動信息匯聚節(jié)點(3-1)無線通信的組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的數(shù)量多于120個時，首先，所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)調(diào)用優(yōu)先搶占節(jié)點設(shè)置模塊并將多個所述組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)中的關(guān)鍵幾個設(shè)置為優(yōu)先搶占節(jié)點，其余節(jié)點為非優(yōu)先搶占節(jié)點；然后，所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)調(diào)用跳頻通信模塊并按照跳頻通信方式接收各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所傳送的數(shù)據(jù)，并將所有組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給固定信息匯聚節(jié)點(3-2)，在進行跳頻通信的過程中，當發(fā)生信道搶占時，非優(yōu)先搶占節(jié)點收到優(yōu)先搶占節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)幀就主動避讓，優(yōu)先保證優(yōu)先搶占節(jié)點數(shù)據(jù)的傳送；步驟203、所述固定信息匯聚節(jié)點(3-2)接收所述移動信息匯聚節(jié)點(3-1)發(fā)送的數(shù)據(jù)并進行打包后發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)(4 )。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟302中所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用奇異值消除處理模塊且按照替代資源方法對各個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)所采集數(shù)據(jù)分別進行奇異值消除處理的過程如下 步驟3021、所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)調(diào)用奇異值判斷模塊判斷組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的感知信息是否是奇異值并得出判斷結(jié)果； 步驟3022、當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的感知信息是奇異值時，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)按照組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的位置屬性在容差范圍內(nèi)搜尋其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I )，當搜索到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)時，用搜索到的毗鄰組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的感知信息替代奇異值的感知信息，然后，所述環(huán)境感知信息庫服務(wù)器(4-2)輸出奇異值消除信息；當搜索不到其它組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)時，通過所述管理中心服務(wù)器(4-5)發(fā)出告警信號； 反之，當判斷得出組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點(I)的感知信息不是奇異值時，所述管理中心服務(wù)器(4-5)輸出奇異值消除信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)作物生長環(huán)境信息實時感知和動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點和與多個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點連接的信息匯聚節(jié)點，以及與信息匯聚節(jié)點連接的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)和與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)連接的信息動態(tài)呈現(xiàn)系統(tǒng)，每個組合式農(nóng)作物生長環(huán)境感知節(jié)點的輸入端均接有感知末端傳感器；其方法包括步驟一、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時采集；二、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的實時上傳；三、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的分析處理；四、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的判斷及判斷結(jié)果的顯示；五、農(nóng)作物生長環(huán)境信息的動態(tài)呈現(xiàn)。本發(fā)明設(shè)計合理，操作方便，靈活性強，時效性強，準確度高，工作效率高，適用范圍廣，推廣應用價值高。
文檔編號H04W84/18GK102780783SQ20121028479
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月11日
發(fā)明者龐雄昌, 楊君剛, 楊科利, 王喆, 王因傳 申請人:龐雄昌, 楊君剛, 楊科利, 王喆, 王因傳