[发明专利]一种基于无线传感器网络的植被结构参数测量装置

摘要

一种基于无线传感器网络的植被冠层结构参数测量装置，它由分布在研究区的冠层上下测量节点及路由节点组成的无线传感器网络和由汇聚节点与控制终端远程服务器连接成的数据处理与节点控制系统两部分组成；测量节点通过采集一天中不同太阳高度角下冠层上下的太阳辐射来获取植被参数信息，并通过无线自组网进行数据传输与定位；汇聚节点可将各测点的数据通过串口或GPRS上传到控制终端，通过数据处理系统将植被结构参数计算出来；控制终端通过汇聚节点向各节点发送命令修改参数设置。本发明体积小，功耗低，部署方便，成本低廉，适用于大面积、长时间周期的植被参数测量，它在农业与生态学以及无线传感器网络技术领域里具有广泛地实用价值和应用前景。

主权项

一种基于无线传感器网络的植被冠层结构参数测量装置，其特征在于：它包括由分布在研究区的冠层上与冠层下的测量节点和路由节点组成的无线传感器网络；由汇聚节点与控制终端和远程服务器连接形成的数据处理与节点控制系统；无线传感器网络跟数据处理与节点控制系统之间的位置连接关系是：无线传感器网络通过在其汇聚节点上加装串口模块，与控制终端上的数据处理与节点控制系统通过RS232串口线近距离的连接；无线传感器网络通过在其汇聚节点上加装GPRS模块，与放置于实验室的远程服务器上的数据处理与节点控制系统通过GPRS无线通信远距离的连接；所述测量节点是由用于测量冠层上下太阳透过辐射的光传感器、用于临时数据存储的数据存储单元、用于提供采集时间的实时时钟、用于进行无线通信组网和节点控制运算的核心芯片以及供电单元组成；它们之间的位置连接关系是：光存储器，实时时钟通过I2C与核心芯片连接，数据存储单元通过SPI与核心芯片连接，所有单元都与供电单元连接；该测量节点的上述所有元器件安装在节点电路板上；所述路由节点在硬件组成上和测量节点一样，只是在驱动程序上调用的无线通信协议栈不一样，路由节点可以实现信号中继的路由功能；所述汇聚节点用来汇总来自所有测量节点的数据，并将汇总的数据传输给控制终端与远程服务器；该汇聚节点是在测量节点的元器件基础上增加一个GPRS无线通讯模块及串口通信模块；由汇聚节点与控制终端和远程服务器相连接组成控制装置即数据处理与节点控制系统，传递空间位置信息和数据，与无线传感器网络之间实现无线通讯；所述测量节点中，位于冠层下的测量节点用来获取一天不同太阳高度角的冠层下太阳透过辐射，位于冠层上的测量节点用来获取研究区一天中不同太阳高度角的太阳总辐射，从以上两个测量数值即可提取植被冠层结构参数信息；所述测量节点之间、测量节点与路由节点之间、路由节点与汇聚节点之间，以及汇聚节点与控制终端和远程服务器的连接关系是：多个即N＜＝16冠层上的测量节点与冠层下的测量节点通过无线通信的方式与路由节点相连；路由节点之间，以及路由节点与汇聚节点通过无线多跳自组织的方式进行连接；汇聚节点在本质上也属于一个路由节点，只不过增加了串口通信模块和GPRS模块；汇聚节点通过串口和GPRS无线通讯模块与控制终端及远程服务器相连；所述测量节点与路由节点之间，路由节点与汇聚节点之间，以及汇聚节点与控制终端和远程服务器的位置关系是：测量节点在测量区域随机分布，每16个测量节点附近至少要有一个路由节点作为信号中继点，测量节点与路由节点之间最远距离不超过200m；路由节点采用无线多跳的方式进行连接，任一路由节点周围200m范围内至少要有一个路由节点与其相连；汇聚节点可以放置于任一路由节点周围200m范围内；汇聚节点可以使用串口线实现汇聚节点与控制终端的短距离数据传输，也可以使用汇聚节点的GPRS模块实现汇聚节点与远程服务器的远距离数据传输；所述数据处理与节点控制系统运行于控制终端和远程服务器，当数据从测量节点经由路由节点，汇聚节点，最终传送到控制终端和远程服务器以后，数据处理与节点控制系统可以自动的读取并分析数据，从中提取各测量节点不同太阳高度角下的植被冠层方向间隙率，利用提取的间隙率反演出该节点处植被冠层的叶面积指数与叶倾角分布，并将结果可视化显示；同时，操作人员可以通过数据处理与节点控制系统向测量节点发送命令，改变测量节点的参数设置，从而达到控制目的。