基于数据预处理病虫草害农田小气候监测系统设计,本论文可用于小气候论文范文参考下载，小气候相关论文写作参考研究。
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摘 要 针对现今农田小气候监测系统数据误差问题和病虫草害发生影响因素的研究,本文介绍了一种基于无线传感器网络的农田小气候数据预处理方法,并以此设计基于数据预处理的病虫草害农田小气候监测系统.系统集成多类型传感器,采集的农田小气候数据并利用Zigbee无线传输至数据预处理节点,再使用GPRS通信网络上传至服务器端,从而完成农田小气候数据的采集、处理和上传,用户可通过电脑或手机实时监控农田小气候信息.测试结果表明,该农田小气候监测系统可提供农田小气候监测的稳定性和可靠性.
关键词 数据预处理；无线传感器网络；农田小气候；监测系统
中图分类号 S431 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）15-0277-03
Abstract Aiming at error data in farmland microclimate monitoring system and the influencing factors of disease pest and weed,a preprocessing method of farmland microclimate data based on wireless sensor networks was developed in this paper,and then it also proposed farmland microclimate monitoring system for plant diseases and insect pests based on wireless sensor networks. The monitoring system integrating multiple types of sensors collected the data of farmland microclimate and transmitted to the data processing node through Zigbee wireless network,then used GPRS communication network to upload to server mode,which could complete the acquisition,processing and uploading of farmland microclimate data.Users could monitor the real-time farmland microclimate information by computer or mobile phone.The testing results showed that the system could enhance the stability and reliability of farmland microclimate monitoring.
Key words data preprocessing；wireless sensor network；farmland microclimate；monitoring system
為了积极主动预防病虫草害,快速掌握作物田地的农田小气候动态,避免或减少病虫草害造成的损失,逐步建立起广泛覆盖的农田小气候监测系统已经成为病虫草害预测的一大任务[1].农田小气候监测能够实现对土壤温度、土壤湿度、土壤pH值、光照强度、日照时数、降水量等信息及时获取,为病虫草害的预防提供了充分的农田小气候分析数据点.
浙江大学计算机科学和技术学院的林兰芬等[2]提出一种基于GIS的农田小气候环境可视监测系统,利用物联网感知数据可视化、地理信息系统的融合,以GIS为基础,设计了多种可视化方法实时展示农田小气候数据,设计开发智能移动端应用,可提供检测服务,方便农业参和者随时随地掌握农田小气候.哈尔滨理工大学自动化学院的李双全等[3]提出了一种基于ARM+STM32的农田小气候数据采集器的设计,通过分析现有农业物联网技术,开发出一个以STM32F103芯片为分采集器控制核心、GPRS无线传输功能和CF接口的数据采集器,能保证数据实时上传和长期存储.
现有的农田小气候监测系统并未考虑采集的原始数据的误差,即使监测传感器出现故障,依然会发送错误的数据到服务器,一方面消耗了网络资源造成浪费,另一方面上传至服务器的错误数据增加了数据处理的负担.因此,本文通过研究无线传感器网络汇聚节点对原始数据的预处理,减轻数据传输负担,实现对土壤温湿度、土壤pH值、光照强度、光照时间、降水量等信息及时获取和处理,准确实时地监控各监测点的农田小气候状况,为病虫草害的预防提供依据.
1 农田小气候数据预处理方法
由于传感器技术限制,农田小气候监测单元包含的多种传感器的测量精度有差异,加上长时间持续供电导致的传感器灵敏度降低,在同一监测点区域内设置的不同农田小气候监测单元,所获取的农田小气候数据差异会更加明显.因此,将任意一个监测单元作为汇聚节点,接收多组农田小气候数据的汇聚节点利用正态分布公式,计算农田小气候数据的各单项因子数据的期望值μ,按照原数据格式组合成一组新的农田小气候数据,上传至服务器[4].
如图1所示,具体步骤如下：①无线传感器网络中的农田小气候监测单元作为源节点进行农田小气候数据的采集,以m个源节点构成农田小气候监测单元组合,同时任选其中一个源节点作为汇聚节点.②m个源节点通过无线网络将农田小气候数据以单播方式分发数据包至汇聚节点,所述农田小气候数据包括土壤温度、土壤湿度、土壤pH值、光照强度、光照时间、降水量等6种单项因子数据.③汇聚节点接收到的m组农田小气候数据利用正态分布公式f（x）等于e,逐一计算各农田小气候数据的各单项因子数据的期望值μ和标准差σ.④设置σ可信阈值d,若σ>d,则舍弃该单项因子数据；若σ≤d,认定期望值μ为该单项因子数据的数据均值.⑤将各单项因子数据的均值μ按照原数据格式保存成一组新的农田小气候数据,其中无有效均值的项为空.⑥通过GPRS或其他通信网络把处理后的农田小气候数据上传至服务器.
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