本發(fā)明屬于自動化檢測技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù):
目前,種子品種識別方法以田間檢驗為主,種子的識別是一個非常重要的調(diào)查內(nèi)容,幾乎所有的農(nóng)林業(yè)調(diào)查中都有種子識別,傳統(tǒng)的種子識別是通過具有一定專業(yè)背景的技術(shù)人員,或者對植物類型熟悉的專業(yè)人員進(jìn)行識別,對于人員的專業(yè)性要求很高。但在野外調(diào)查的時候,專業(yè)人員不一定都在現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)。
綜上所述,現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是:傳統(tǒng)的種子識別是通過具有一定專業(yè)背景的技術(shù)人員,或者對植物類型熟悉的專業(yè)人員進(jìn)行識別,對于人員的專業(yè)性要求很高。但在野外調(diào)查的時候,專業(yè)人員不一定都在現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供了一種智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)及控制方法。
本發(fā)明提供的智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng),該智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)包括rfid標(biāo)簽,rfid標(biāo)簽的內(nèi)部鑲嵌安裝有g(shù)ps芯片,gps芯片通過無線收發(fā)器與外部無線網(wǎng)絡(luò)無線連接;
所述gps芯片利用聚類算法估計每一跳的跳變時刻以及各跳對應(yīng)的歸一化的混合矩陣列向量、跳頻頻率時,包括以下步驟:
第一步,在p(p=0,1,2,…p-1)時刻,對
第二步,對每一采樣時刻p(p=0,1,2,…p-1),利用聚類算法對
第三步,對所有
第四步,找出
第五步,根據(jù)第二步中估計得到的
這里
第六步,估計每一跳對應(yīng)的載頻頻率,用
無線網(wǎng)絡(luò)與檢測系統(tǒng)電連接,檢測系統(tǒng)上安裝有控制面板顯示屏,控制面板顯示屏的信號輸出端分別連接有運算器和存儲器;
所述檢測系統(tǒng)對接收到的時頻重疊mask信號計算循環(huán)雙譜的對角切片譜,并截取其在f=0的截面按以下進(jìn)行:
時頻重疊mask的信號模型表示為:
其中,n為時頻重疊信號的信號分量個數(shù),n(t)是加性高斯白噪聲,si(t)為時頻重疊信號的信號分量,其表示為
mask信號的循環(huán)雙譜的對角切片譜表示為:
其中,y(t)表示mask信號,α是y(t)的循環(huán)頻率,fc表示信號的載波頻率,t是信號的碼元周期,k為整數(shù),
對循環(huán)雙譜的對角切片譜取f=0截面得到:
對于mask信號,其循環(huán)雙譜的對角切片譜的f=0截面,在α=fc(僅考慮α>0的情況)處存在峰值,并攜有信號的載頻信息;由于循環(huán)雙譜的對角切片譜滿足線性疊加性,則時頻重疊mask信號循環(huán)雙譜的對角切片譜的表達(dá)式為:
其中,
截取其在f=0的截面:
以上看出,對于時頻混疊信號循環(huán)雙譜的對角切片譜的f=0,在α=fc處存在峰值,并攜有信號的載頻信息;
所述無線網(wǎng)絡(luò),其特征在于,所述基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法包括以下步驟:
步驟一,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域中包括1個源節(jié)點n,1個目的節(jié)點sink和n個中間節(jié)點b={b1,b2,l,bn}。其中,源節(jié)點n負(fù)責(zé)生成含水印數(shù)據(jù)包,目的節(jié)點sink負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包,中間節(jié)點b={b1,b2,l,bn}負(fù)責(zé)將源節(jié)點n生成的含水印數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康墓?jié)點sink,每個中間節(jié)點包括能量、安全度及位置三個屬性,其中第i個中間節(jié)點的屬性分別記為能量ei∈[0,0.2],安全度si∈[0,10]及位置(xi,yi);
步驟二,生成含水印數(shù)據(jù)包:首先源節(jié)點n生成原始數(shù)據(jù)包data={data1,data2,l,datai,l,data8},其中第i個數(shù)據(jù)項datai由28位二進(jìn)制序列組成;然后生成32位原始水印序列w={w1,w2,lwi,l,w8},其中第i個水印項wi由4位二進(jìn)制序列組成;再次,將第i個水印項wi追加到第i個數(shù)據(jù)項datai后,得到32位的第i個含水印數(shù)據(jù)項wdatai,最后重復(fù)這一過程直到得到含水印數(shù)據(jù)包wdata={wdata1,wdata2,l,wdatai,l,wdata8},i=1,2,…8;
步驟三,選擇鄰居節(jié)點;具體包括:
選定源節(jié)點n作為當(dāng)前節(jié)點,記為u;
按照下式,計算當(dāng)前節(jié)點u到目的節(jié)點sink的距離dusink:
其中(xu,yu)為當(dāng)前節(jié)點u的位置,(xsink,ysink)為目的節(jié)點sink的位置;
根據(jù)公式tr=πr2計算當(dāng)前節(jié)點u的傳輸范圍tr,并將當(dāng)前節(jié)點u傳輸范圍tr內(nèi)的所有中間節(jié)點作為候選鄰居節(jié)點,得到候選鄰居節(jié)點集合bm={bm1,bm2,l,bmi,l,bmm},其中π為圓周率3.14,r為當(dāng)前節(jié)點u的傳輸半徑,即當(dāng)前節(jié)點u能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大距離;
按照下式,計算第i個候選鄰居節(jié)點bmi到目的節(jié)點sink的距離di并將其與當(dāng)前節(jié)點u到目的節(jié)點sink的距離dusink進(jìn)行比較,
如果di<dusink,則將第i個候選鄰居節(jié)點bmi作為鄰居節(jié)點放入鄰居節(jié)點集合bh中,其中(xi,yi)為候選鄰居節(jié)點bmi的位置,i=1,2,…m,(xsink,ysink)為目的節(jié)點sink的位置;直到處理完候選鄰居節(jié)點集合bm={bm1,bm2,l,bmi,l,bmm}中的所有候選鄰居節(jié)點,得到鄰居節(jié)點集合bh={bh1,bh2,l,bhi,l,bhh};
步驟四,轉(zhuǎn)發(fā)含水印數(shù)據(jù)包;具體包括:
按照下式,計算第i個鄰居節(jié)點bhi的質(zhì)量評估度mi:
其中,di表示第i個鄰居節(jié)點bhi到目的節(jié)點sink的距離,ei表示第i個鄰居節(jié)點bhi的能量,si表示第i個鄰居節(jié)點bhi的安全度,i=1,2,…h(huán),α,β,γ為常數(shù),取值范圍為[0,10];直到計算完鄰居節(jié)點集合bh={bh1,bh2,l,bhi,l,bhh}中的所有節(jié)點的質(zhì)量評估度m={m1,m2,l,mi,l,mh};
對質(zhì)量評估度m={m1,m2,l,mi,l,mh}進(jìn)行排序,將質(zhì)量評估度最小的鄰居節(jié)點選為下一跳節(jié)點,接收由當(dāng)前節(jié)點u轉(zhuǎn)發(fā)的含水印數(shù)據(jù)包wdata,并將該下一跳節(jié)點記錄到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c中;
將下一跳節(jié)點作為當(dāng)前節(jié)點u,至將含水印數(shù)據(jù)包wdata發(fā)送到目的節(jié)點sink,得到接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,l,rdatai,l,rdata8}與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c={c1,c2,l,ci,l,cr};
步驟五,水印提取和檢測;目的節(jié)點sink依次從接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,l,rdatai,l,rdata8}中截取第i個數(shù)據(jù)項rdatai的后四位,得到32位的接收水印序列rw={rw1,rw2,l,rwi,l,rw8},其中第i個接收水印項rwi由4位二進(jìn)制序列組成,i=1,2,…8;按照下式,計算接收水印序列rw={rw1,rw2,l,rwi,l,rw8}與原始水印序列w={w1,w2,lwi,l,w8}是的誤差,其中
如果err等于0,說明數(shù)據(jù)包接收正確;反之,如果err不等于0,說明數(shù)據(jù)包遭受篡改,按照下式,依次修改由步驟(4d)得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c={c1,c2,l,ci,l,cr}中各個節(jié)點的安全度,
其中,si與si′分別為第i個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點ci的當(dāng)前安全度與修改后的安全度。
步驟六,重復(fù)步驟二~步驟五,直到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任一中間節(jié)點找不到滿足條件的下一跳節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時終止。
進(jìn)一步,所述id標(biāo)簽通過網(wǎng)口、1394口、usb口、485接口或rs232接口與gps芯片連接。
進(jìn)一步,所述rfid標(biāo)簽包括控制電路;
與控制電路連接的調(diào)制電路;
與控制電路連接的解調(diào)電路;
與控制電路連接的電容;
與電容連接的低功耗led指示燈;
電容存儲讀寫器發(fā)出的電磁波能量,并向低功耗led指示燈供電;
所述的低功耗led指示燈出光為綠色led。
一種智能紅豆杉種子識別控制方法包括以下步驟:
步驟一、從種子生產(chǎn)商領(lǐng)取帶有rfid標(biāo)簽的種子物品,在包裝、出廠、清點過程中通過讀寫器對每一步的操作內(nèi)容導(dǎo)入rfid標(biāo)簽中;
步驟二、在rfid標(biāo)簽中裝入gps芯片,并通過無線收發(fā)器與外部網(wǎng)絡(luò)無線連接,實現(xiàn)對種子物品各個環(huán)節(jié)的實時定位;
步驟三、對接收的種子信息進(jìn)行核實、驗收,在實驗室通過檢測系統(tǒng)對種子內(nèi)部信息進(jìn)行核對;
步驟四、控制面板顯示屏幕將運算器所運算的結(jié)果通過控制面板顯示屏幕顯示出來,供工作人員進(jìn)行參考,運算的結(jié)果通過儲存器進(jìn)行存儲。
進(jìn)一步,在步驟四中,鏡頭對準(zhǔn)被識別植物,數(shù)碼相機獲得被識別植物的圖像,所獲得的圖像通過顏色提取器和輪廓提取器獲取圖像的矢量圖形,該矢量圖形在控制面板顯示屏幕上顯示,并通過存儲器將矢量圖進(jìn)行儲存,由運算器運算獲得圖像的特征編碼,通過運算器運算與存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對分析,按照相似程度數(shù)據(jù)庫內(nèi)的樹種,并在控制面板顯示屏幕上顯示對比結(jié)果。
本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為:該智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)能夠有效的對種子出廠以及配送信息進(jìn)行甄別,并通過檢測系統(tǒng)對種子內(nèi)容進(jìn)行檢查該系統(tǒng)具有識別精度高、針對性強,適合于特殊環(huán)境中對植物等目標(biāo)物識別的點。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例提供的智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明實施例提供的智能紅豆杉種子識別控制方法流程圖;
圖中:1、rfid標(biāo)簽;2、gps芯片;3、無線收發(fā)器;4、檢測系統(tǒng);5、控制面板顯示屏;6、運算器;7、存儲器。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合實施例,對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
下面結(jié)合附圖1、附圖2對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
如圖1所示,本發(fā)明實施例提供的智能紅豆杉種子識別控制系統(tǒng)包括rfid標(biāo)簽1,rfid標(biāo)簽1的內(nèi)部鑲嵌安裝有g(shù)ps芯片2,gps芯片2通過無線收發(fā)器3與外部無線網(wǎng)絡(luò)無線連接;
無線網(wǎng)絡(luò)與檢測系統(tǒng)4電連接,檢測系統(tǒng)4上安裝有控制面板顯示屏5,控制面板顯示屏5的信號輸出端分別連接有運算器6和存儲器7。
進(jìn)一步,所述id標(biāo)簽1通過網(wǎng)口、1394口、usb口、485接口或rs232接口與gps芯片連接。
進(jìn)一步,所述rfid標(biāo)簽1包括控制電路;
與控制電路連接的調(diào)制電路;
與控制電路連接的解調(diào)電路;
與控制電路連接的電容;
與電容連接的低功耗led指示燈;
電容存儲讀寫器發(fā)出的電磁波能量,并向低功耗led指示燈供電;
所述的低功耗led指示燈出光為綠色led。
所述gps芯片利用聚類算法估計每一跳的跳變時刻以及各跳對應(yīng)的歸一化的混合矩陣列向量、跳頻頻率時,包括以下步驟:
第一步,在p(p=0,1,2,…p-1)時刻,對
第二步,對每一采樣時刻p(p=0,1,2,…p-1),利用聚類算法對
第三步,對所有
第四步,找出
第五步,根據(jù)第二步中估計得到的
這里
第六步,估計每一跳對應(yīng)的載頻頻率,用
所述檢測系統(tǒng)對接收到的時頻重疊mask信號計算循環(huán)雙譜的對角切片譜,并截取其在f=0的截面按以下進(jìn)行:
時頻重疊mask的信號模型表示為:
其中,n為時頻重疊信號的信號分量個數(shù),n(t)是加性高斯白噪聲,si(t)為時頻重疊信號的信號分量,其表示為
mask信號的循環(huán)雙譜的對角切片譜表示為:
其中,y(t)表示mask信號,α是y(t)的循環(huán)頻率,fc表示信號的載波頻率,t是信號的碼元周期,k為整數(shù),
對循環(huán)雙譜的對角切片譜取f=0截面得到:
對于mask信號,其循環(huán)雙譜的對角切片譜的f=0截面,在α=fc(僅考慮α>0的情況)處存在峰值,并攜有信號的載頻信息;由于循環(huán)雙譜的對角切片譜滿足線性疊加性,則時頻重疊mask信號循環(huán)雙譜的對角切片譜的表達(dá)式為:
其中,
截取其在f=0的截面:
以上看出,對于時頻混疊信號循環(huán)雙譜的對角切片譜的f=0,在α=fc處存在峰值,并攜有信號的載頻信息;
所述無線網(wǎng)絡(luò),其特征在于,所述基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法包括以下步驟:
步驟一,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域中包括1個源節(jié)點n,1個目的節(jié)點sink和n個中間節(jié)點b={b1,b2,l,bn}。其中,源節(jié)點n負(fù)責(zé)生成含水印數(shù)據(jù)包,目的節(jié)點sink負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包,中間節(jié)點b={b1,b2,l,bn}負(fù)責(zé)將源節(jié)點n生成的含水印數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康墓?jié)點sink,每個中間節(jié)點包括能量、安全度及位置三個屬性,其中第i個中間節(jié)點的屬性分別記為能量ei∈[0,0.2],安全度si∈[0,10]及位置(xi,yi);
步驟二,生成含水印數(shù)據(jù)包:首先源節(jié)點n生成原始數(shù)據(jù)包data={data1,data2,l,datai,l,data8},其中第i個數(shù)據(jù)項datai由28位二進(jìn)制序列組成;然后生成32位原始水印序列w={w1,w2,lwi,l,w8},其中第i個水印項wi由4位二進(jìn)制序列組成;再次,將第i個水印項wi追加到第i個數(shù)據(jù)項datai后,得到32位的第i個含水印數(shù)據(jù)項wdatai,最后重復(fù)這一過程直到得到含水印數(shù)據(jù)包wdata={wdata1,wdata2,l,wdatai,l,wdata8},i=1,2,…8;
步驟三,選擇鄰居節(jié)點;具體包括:
選定源節(jié)點n作為當(dāng)前節(jié)點,記為u;
按照下式,計算當(dāng)前節(jié)點u到目的節(jié)點sink的距離dusink:
其中(xu,yu)為當(dāng)前節(jié)點u的位置,(xsink,ysink)為目的節(jié)點sink的位置;
根據(jù)公式tr=πr2計算當(dāng)前節(jié)點u的傳輸范圍tr,并將當(dāng)前節(jié)點u傳輸范圍tr內(nèi)的所有中間節(jié)點作為候選鄰居節(jié)點,得到候選鄰居節(jié)點集合bm={bm1,bm2,l,bmi,l,bmm},其中π為圓周率3.14,r為當(dāng)前節(jié)點u的傳輸半徑,即當(dāng)前節(jié)點u能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大距離;
按照下式,計算第i個候選鄰居節(jié)點bmi到目的節(jié)點sink的距離di并將其與當(dāng)前節(jié)點u到目的節(jié)點sink的距離dusink進(jìn)行比較,
如果di<dusink,則將第i個候選鄰居節(jié)點bmi作為鄰居節(jié)點放入鄰居節(jié)點集合bh中,其中(xi,yi)為候選鄰居節(jié)點bmi的位置,i=1,2,…m,(xsink,ysink)為目的節(jié)點sink的位置;直到處理完候選鄰居節(jié)點集合bm={bm1,bm2,l,bmi,l,bmm}中的所有候選鄰居節(jié)點,得到鄰居節(jié)點集合bh={bh1,bh2,l,bhi,l,bhh};
步驟四,轉(zhuǎn)發(fā)含水印數(shù)據(jù)包;具體包括:
按照下式,計算第i個鄰居節(jié)點bhi的質(zhì)量評估度mi:
其中,di表示第i個鄰居節(jié)點bhi到目的節(jié)點sink的距離,ei表示第i個鄰居節(jié)點bhi的能量,si表示第i個鄰居節(jié)點bhi的安全度,i=1,2,…h(huán),α,β,γ為常數(shù),取值范圍為[0,10];直到計算完鄰居節(jié)點集合bh={bh1,bh2,l,bhi,l,bhh}中的所有節(jié)點的質(zhì)量評估度m={m1,m2,l,mi,l,mh};
對質(zhì)量評估度m={m1,m2,l,mi,l,mh}進(jìn)行排序,將質(zhì)量評估度最小的鄰居節(jié)點選為下一跳節(jié)點,接收由當(dāng)前節(jié)點u轉(zhuǎn)發(fā)的含水印數(shù)據(jù)包wdata,并將該下一跳節(jié)點記錄到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c中;
將下一跳節(jié)點作為當(dāng)前節(jié)點u,至將含水印數(shù)據(jù)包wdata發(fā)送到目的節(jié)點sink,得到接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,l,rdatai,l,rdata8}與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c={c1,c2,l,ci,l,cr};
步驟五,水印提取和檢測;目的節(jié)點sink依次從接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,l,rdatai,l,rdata8}中截取第i個數(shù)據(jù)項rdatai的后四位,得到32位的接收水印序列rw={rw1,rw2,l,rwi,l,rw8},其中第i個接收水印項rwi由4位二進(jìn)制序列組成,i=1,2,…8;按照下式,計算接收水印序列rw={rw1,rw2,l,rwi,l,rw8}與原始水印序列w={w1,w2,lwi,l,w8}是的誤差,其中
如果err等于0,說明數(shù)據(jù)包接收正確;反之,如果err不等于0,說明數(shù)據(jù)包遭受篡改,按照下式,依次修改由步驟(4d)得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合c={c1,c2,l,ci,l,cr}中各個節(jié)點的安全度,
其中,si與si′分別為第i個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點ci的當(dāng)前安全度與修改后的安全度。
步驟六,重復(fù)步驟二~步驟五,直到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任一中間節(jié)點找不到滿足條件的下一跳節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時終止。
如圖2所示,本發(fā)明實施例提供的智能紅豆杉種子識別控制方法包括以下步驟:
s101、從種子生產(chǎn)商領(lǐng)取帶有rfid標(biāo)簽的種子物品,在包裝、出廠、清點過程中通過讀寫器對每一步的操作內(nèi)容導(dǎo)入rfid標(biāo)簽中;
s102、在rfid標(biāo)簽中裝入gps芯片,并通過無線收發(fā)器與外部網(wǎng)絡(luò)無線連接,實現(xiàn)對種子物品各個環(huán)節(jié)的實時定位;
s103、對接收的種子信息進(jìn)行核實、驗收,在實驗室通過檢測系統(tǒng)對種子內(nèi)部信息進(jìn)行核對;
s104、控制面板顯示屏幕將運算器所運算的結(jié)果通過控制面板顯示屏幕顯示出來,供工作人員進(jìn)行參考,運算的結(jié)果通過儲存器進(jìn)行存儲。
進(jìn)一步,在步驟s104中,鏡頭對準(zhǔn)被識別植物,數(shù)碼相機獲得被識別植物的圖像,所獲得的圖像通過顏色提取器和輪廓提取器獲取圖像的矢量圖形,該矢量圖形在控制面板顯示屏幕上顯示,并通過存儲器將矢量圖進(jìn)行儲存,由運算器運算獲得圖像的特征編碼,通過運算器運算與存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對分析,按照相似程度數(shù)據(jù)庫內(nèi)的樹種,并在控制面板顯示屏幕上顯示對比結(jié)果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。