[发明专利]基于大数据的农业环境智能监控系统

权利要求书

1.基于大数据的农业环境智能监控系统，其特征是，包括：

环境监测模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量感知数据进行采集，并将采集得到的土壤质量感知数据发送至预处理模块；

预处理模块，被配置为对接收的土壤质量感知数据进行预处理，并发送至大数据管理模块处进行存储；

大数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；

监控终端，被配置为将土壤质量感知数据与设定的安全阈值进行比较并输出比较结果；

报警模块，被配置为接收所述比较结果，并在土壤质量感知数据大于设定的安全阈值时向设定的用户终端输出报警信息；

其中，所述环境监测模块包括汇聚节点和多个采集所监测位置的土壤质量感知数据的传感器节点，传感器节点采集的土壤质量感知数据最终发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所接收的土壤质量感知数据，并发送至所述预处理模块；网络初始化时，传感器节点接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；

在土壤质量感知数据传输阶段，传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时，直接将采集的土壤质量感知数据发送至汇聚节点，传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时，传感器节点通过多跳的形式将采集的土壤质量感知数据发送至汇聚节点；与汇聚节点的距离不为单跳距离的传感器节点确定下一跳节点时，具体执行：

(1)传感器节点接收到汇聚节点定期发送的下一跳节点确认消息后，计算等待时间：

式中，P_i为传感器节点i计算的等待时间，i＝1,…,N，N为网络内传感器节点的数量，P_min和P_max是两个提前设定的时间参数，分别为最小等待时间、最大等待时间，S_i、S_io分别为传感器节点i的剩余能量、初始能量，H(i,sink)为传感器节点i到汇聚节点的距离，W_i为传感器节点i的通信距离；L₁、L₂为设定的权重系数，满足0L₁L₂≤1且L₁+L₂＝1；

(2)任意传感器节点i等待P_i后，向通信范围内的其他传感器节点发送竞选消息；

(3)与汇聚节点的距离不为单跳距离的传感器节点将接收到的第一个竞选消息所对应的邻居节点作为下一跳节点；

下一跳节点根据当前剩余能量确定是否向其对应的上一跳传感器节点发送反馈消息，接收到该反馈消息的上一跳传感器节点，临时在邻居表中选择当前剩余能量的最大的邻居节点作为下一跳节点，包括：下一跳节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值，当计算的通信距离阈值小于其与上一跳传感器节点的距离时，下一跳节点向上一跳传感器节点发送反馈消息，

其中，设定通信距离阈值的计算公式为：

式中，W_i(t)为传感器节点i的下一跳节点j在第t个周期计算的通信距离阈值，为传感器节点i可调节的最大通信距离，为传感器节点i可调节的最小通信距离，S_i为传感器节点i的当前剩余能量，S_i0为传感器节点i的初始能量，q为预设的调节因子，q的取值范围为[0.9,0.95]。

2.根据权利要求1所述的基于大数据的农业环境智能监控系统，其特征是，所述大数据管理模块包括：

元数据管理单元，被配置为元数据的添加、删除和更新；

数据融合单元，被配置为对相关数据进行融合处理；

数据查询单元，被配置为根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据；

所述相关数据包括所述土壤质量感知数据、所述元数据。

3.根据权利要求1或2所述的基于大数据的农业环境智能监控系统，其特征是，预处理模块包括第一处理单元，第一处理单元被配置为对接收的土壤质量感知数据进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理。

4.根据权利要求3所述的基于大数据的农业环境智能监控系统，其特征是，预处理模块还包括第二处理单元，第二处理单元被配置为对土壤质量感知数据进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

5.根据权利要求1所述的基于大数据的农业环境智能监控系统，其特征是，所述传感器节点包括土壤重金属传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、土壤酸碱度传感器、土壤盐分传感器、地下水重金属传感器、地下水温度传感器中的一种或多种传感器。