[发明专利]一种用于精细农业的农田生态环境监测系统

权利要求书

1.一种用于精细农业的农田生态环境监测系统，其特征是，包括农田生态环境监测无线传感器网络、数据处理中心和用户终端，所述的农田生态环境监测无线传感器网络、用户终端分别与数据处理中心通信连接；所述的农田生态环境监测无线传感器网络用于采集农田生态环境参数，并将农田生态环境参数发送至数据处理中心；所述的数据处理中心用于存储农田生态环境参数和其他农田信息，并用于对农田生态环境参数进行分析处理；所述的农田生态环境监测无线传感器网络包括多个用于进行农田生态环境参数采集的农田生态环境参数采集节点、用于收集簇内农田生态环境参数采集节点发送的农田生态环境参数的簇头节点，还包括基站，所述基站对簇头节点发送的农田生态环境参数进行融合后发送至数据处理中心；若农田生态环境参数采集节点与簇头节点之间的距离小于该簇头节点的簇半径，将该簇头节点作为农田生态环境参数采集节点的备选簇头节点，农田生态环境参数采集节点从备选簇头节点选择节点度最小的作为自己的簇头节点；

其中，簇头节点按照下列公式设定簇半径：

式中，D_i表示簇头节点i的簇半径，h为确定的簇头节点的个数，E_i表示簇头节点i的能量等级权重，e_i表示簇头节点i的距离等级权重，S为监测区域面积，M为设定的最优簇头节点数目；当时，E_i＝0.8，当时，E_i＝1，当时，E_i＝1.2，其中Q_i为簇头节点i的当前剩余能量；当时，e_i＝1.2，当时，e_i＝1，当时，e_i＝0.8，d_i为簇头节点i与基站之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测系统，其特征是，所述的数据处理中心包括数据存储单元、数据分析单元和通信单元；所述的数据存储单元用于存储农田生态环境参数和其他农田信息；所述的数据分析单元用于将农田生态环境参数与正常设定值进行比较，输出异常的农田生态环境参数；所述通信单元用于实现数据处理中心与用户终端、农田生态环境监测无线传感器网络之间的数据通信。

3.根据权利要求2所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测系统，其特征是，所述的数据处理中心还包括报警单元，用于在农田生态环境参数异常时向用户终端发送报警信号。

4.根据权利要求1所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测系统，其特征是，初始化时，所述的农田生态环境监测无线传感器网络1进行簇头节点竞选，具体包括：

(1)农田生态环境参数采集节点在0到1之间随机选择一个数，如果随机选择的数小于对应设定的阈值，则该农田生态环境参数采集节点当选为临时簇头节点；

其中农田生态环境参数采集节点a对应设定的阈值Φ(a)按照下列公式确定：

式中，Q_a、Q_a0分别为农田生态环境参数采集节点a的当前剩余能量、初始能量，K表示无线传感器网络中部署的农田生态环境参数采集节点个数，N表示当前确定临时簇头节点的轮数，η_a表示农田生态环境参数采集节点a在最近的轮内担任临时簇头节点的轮数，y(η_a)为设定的判断函数，若η_a＝0，y(η_a)＝1，若η_a>0，y(η_a)＝0；

(2)成功当选为临时簇头节点的农田生态环境参数采集节点进一步竞选为簇头节点，若两个临时簇头节点的间距小于其中S为监测区域面积，M为设定的最优簇头节点数目，则该两个临时簇头节点互为邻居临时簇头节点，若一个临时簇头节点的剩余能量大于其所有的邻居临时簇头节点，则自动成为真正的簇头节点，否则放弃簇头节点竞选。

5.根据权利要求4所述的一种用于精细农业的农田生态环境监测系统，其特征是，设能量等级权重为1.2的簇头节点为超级簇头节点，其余为普通簇头节点，若超级簇头节点担任簇头节点的轮数超过设定的轮数阈值时，进行下一轮的簇头节点竞选，且该超级簇头节点不参与下一轮的簇头节点竞选，设定超级簇头节点w的轮数阈值U_w为：

式中，r表示普通簇头节点个数，Q_j0、Q_j分别表示第j个普通簇头节点的初始能量、当前剩余能量，Q_w0、Q_w分别表示第w个超级簇头节点的初始能量、当前剩余能量。