[发明专利]无线传感器网络农田污染区域跟踪系统及其方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络农田污染区域跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)智能传感器节点对农田参数指标进行采集；

(2)智能传感器节点将采集到的数据以及其ID号发送到附近的网关节点；

(3)网关节点利用GPRS无线通信模块把采集到的农田参数指标数据、智能传感器节点ID号以及网关节点的IP地址发送到远程数据中心；

(4)远程数据中心把网关节点的发送过来的数据存储到数据库，并且对数据进行处理；

(5)判断采集到的农田参数指标是否大于农田系统的安全指标；如果小于农田系统的安全指标，重复步骤(1)至(4)；

(6)如果大于农田系统的安全指标，利用基于锚节点动态调整的无线传感器网络节点定位算法确定智能传感器节点的位置；

(7)系统利用用户界面把智能传感器节点的区域位置和污染指标参数显示出来；

基于锚节点动态调整的无线传感器网络节点定位算法的流程包括以下几个步骤：

a、采用基于信号强度的距离相关的方法，通过智能传感器节点发射功率的控制，动态选择智能传感器节点附近信号强度最强的3个锚节点；

b、根据数据信号衰减模型，把得到的3个锚节点的信号强度转化为测量距离；

c、通过动态锚节点选择，确定两个锚节点到未知智能传感器节点距离最小的锚节点位置以及两个锚节点到智能传感器节点的距离；

d、建立一个以到未知智能传感器节点距离最短的锚节点为原点的坐标轴，通过求解方程组得到未知智能传感器节点坐标；

e、将坐标轴重新转移到原来的状态，根据三角形的边角关系得到未知智能传感器节点的真实位置(x，y)。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络农田污染区域跟踪方法，其特征在于：选择信号强度最强的3个锚节点后，下一步就是把得到的3个锚节点的信号强度转化成距离，根据信号随着距离的增大而减少的原则，建立对数信号衰减模型：

Pr(d)=P(do)-10nlog10(ddo)+ϵdB---(1)]]>

其中P(do)为参考距离do接收到的信号，其由自由空间路径损耗方程得到，路径的损耗指数n由环境变量和周围的结果决定，ε_dB为零均值，它是以N(0，σ²)变化的高斯分布随机变量，可以得到3个不同的发射功率对应着3个不同的对数信号衰减模型曲线，每个模型在特定的区域范围内才有效，然后基于对数据信号衰减模型的距离估算为：

d=do10-(Pr(d)-P(do))10n---(2)]]>

根据公式(2)得到离未知智能传感器节点最近的三个锚节点的距离，假设ra＞rb＞rc：

rc=do10-(Pr(rc)-P(do))10n---(3)]]>

rb=do10-(Pr(rb)-P(do))10n---(4)]]>

ra=do10-(Pr(ra)-P(do))10n---(5)]]>

建立一个以锚节点A为原点的坐标轴，未知智能传感器节点X的坐标为(xn，yn)，其他锚节点中到X距离最短的锚节点为B，B新的坐标为：xbn＝xb-xa，ybn＝yb-ya，锚节点C新的坐标为：xcn＝xc-xa，ycn＝yc-ya，得到一个方程组：

x_n²+y_n²＝rc²                (6)

(x_n-x_bn)²+(y_n-y_bn)²＝rb²    (7)

求解方程组(6)，(7)可以得到未知智能传感器节点X的坐标：

xn=(xbn2+ybn2)+(rc2-rb2)-2ynybn2xbn---(8)]]>

yn=-+rc2-xn2---(9)]]>

最后一步就是坐标轴从新转移到原来的状态，根据三角形的边角关系得到未知智能传感器节点的真实位置(x，y)，

x=xc+a×rc×sin(π2-arctan(xy)-arctan(|(yc-yb)xc-xb|))---(10)]]>

y=yc+a×rc×cos(π2-arctan(xy)-arctan(|(yc-yb)xc-xb|))---(11)]]>

这样就得到智能传感器节点的坐标对{(XRG1，YRG1)，(XRG1，YRG2)}，当系数a＝1时，X＝RG1，y＝YRG1，当系数a＝0时，x＝XRG2，y＝YRG2，

最后远程数据中心的用户界面把利用基于锚节点的动态调整的无线传感器网络节点定位算法得到的智能传感器节点区域位置和污染指标参数显示出来。

3.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络农田污染区域跟踪方法，其特征在于：农田参数指标包括农区空气二氧化氮、二氧化碳，土壤总锌、总镍、全盐、总氮、总磷、氟化物以及灌溉水大肠菌群数、总锌、总硒、氮、磷、氟化物。