[发明专利]一种高精度低成本的农田环境监测系统

权利要求书

1.一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，包括土壤检测模块、无线通信模块和远程终端，所述土壤检测模块由传感器节点组成，用于对反应农田环境情况的参数指标进行采集，并通过无线传感器网络将采集得到的指标数据传送至无线通信模块，所述无线通信模块用于将接收到的指标数据传输至远程终端，所述远程终端包括数据存储单元、异常报警单元和界面显示单元，所述数据存储单元用于对接收到的指标数据进行存储，所述异常报警单元用于当反应农田环境的指标数据低于安全阈值时进行报警，所述界面显示单元用于显示传感器节点的位置信息和指标数据。

2.根据权利要求1所述的一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，所述无线通信模块采用GPRS网络实现与远程终端的数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，所述反应农田环境情况的参数指标包括土壤含水量、土壤导电率以及土壤温度。

4.根据权利要求3所述的一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，所述土壤检测模块包括数据采集单元和网络设置单元，所述数据采集单元用于对反应农田环境情况的参数指标进行采集，所述网络设置单元用于对无线传感器网络中的传感器节点进行定位。

5.根据权利要求4所述的一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，所述网络设置单元采用改进的节点跳段距离计算方法，具体为：

(1)计算整个网络的平均每跳距离HopSize_m，则HopSize_m的具体计算公式为：

式中，(x_m，y_m)代表信标节点m的位置坐标，(x_n，y_n)代表信标节点n的位置坐标，h_n代表信标节点n与信标节点m之间的跳段数；

(2)根据上述计算所得的平均每跳距离计算未知节点i到其他信标节点j的跳段距离L_ij，具体为：

L_ij＝HopSize_ij×h_ij

式中，HopSize_ij代表未知节点i与信标节点j之间的平均每跳距离，HopSize_m代表整个网络的平均每跳距离，d_sp代表信标节点s与信标节点p的之间的实际距离，h_sp代表信标节点s与信标节点p的之间的跳段数,L_ij代表未知节点i与信标节点j之间的跳段距离，h_ij代表未知节点i与信标节点j之间的跳段数。

6.根据权利要求5所述的一种高精度低成本的农田环境监测系统，其特征是，所述网络设置单元采用改进的差分进化算法进行传感器节点定位，具体为：

(1)设无线网络中信标节点为M，未知节点数为N，初始化种群,确定种群规模NP和最大迭代次数t_max；

(2)随机在种群中选取r₁和r₂两个个体，得到一个差分矢量，将差分矢量乘以缩放因子F并与个体相加，从而得到变异矢量具体为：

式中，为第t代以个体为目标矢量的变异矢量，F为缩放因子，为第t代序号为r₁的个体，为第t代序号为r2的个体；

(3)将变异矢量与目标矢量进行混合，产生试验个体；

(4)选择操作，对差分进化算法中的适应度函数进行优化，则优化后的适应度函数f_i(t)为：

式中，为第t代种群个体的位置坐标，该个体与未知节点i相对应，(x_j,y_j)为第j个信标节点的坐标，d_ij为与该种群个体对应的未知节点i到信标节点j的跳段距离，K为到未知节点i跳段距离较近的信标节点数且K＝3，h_ij为未知节点i到信标节点j之间的跳段数；

(5)判断是否达到最大迭代次数，如果达到最大迭代次数则终止条件，输出求解的结果，否则继续执行。