[发明专利]大规模农田土壤质量实时可靠监测系统

权利要求书

1.大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，其特征是，包括：

感知模块，用于对反应农田环境情况的土壤质量参数进行采集，并将采集得到的土壤质量参数发送至预处理模块；

预处理模块，被配置为对接收的土壤质量参数进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；

数据管理模块，被配置为对存储的数据进行管理；

参数分析模块，被配置为将土壤质量参数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，并在土壤质量参数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，所述感知模块包括单个基站、单个汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点部署于设定的监测区域内；网络初始化时，从传感器节点中选取簇头，并根据选取的簇头将传感器节点分为多个簇；传感器节点采集所监测位置的土壤质量参数，并将土壤质量参数单跳发送至对应的簇头；簇头负责簇内土壤质量参数的接收和处理，并将处理后的土壤质量参数发送至汇聚节点，以由汇聚节点将土壤质量参数传输到基站，基站将接收的土壤质量参数发送至预处理模块。

2.根据权利要求1所述的大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，其特征是，所述数据管理模块包括：

第一管理单元，被配置为元数据的添加、删除和更新；

第二管理单元，被配置为对相关数据进行融合处理；

第三管理单元，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参数、所述元数据。

3.根据权利要求1或2所述的大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，其特征是，预处理模块包括第一预处理单元，第一预处理单元被配置为对接收的土壤质量参数进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理。

4.根据权利要求3所述的大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，其特征是，预处理模块还包括第二预处理单元，第二预处理单元被配置为对土壤质量参数进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

5.根据权利要求1所述的大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，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。

6.根据权利要求1所述的大规模农田土壤质量实时可靠监测系统，其特征是，传感器节点发送能耗采用自由空间损耗模型，而簇头与汇聚节点之间进行通信时采用多径衰减模型；所述的从传感器节点中选取簇头，并根据选取的簇头将传感器节点分为多个簇，包括：

(1)将设定的监测区域划分为m个子区域，m按照下列公式确定：

式中，v₁为基于自由空间损耗模型的功放能耗系数，v₂为基于多径衰减模型的功放能耗系数，N为部署的传感器节点个数，W为所述监测区域的面积，L_o为传感器节点到汇聚节点的平均距离；m₀为由专家根据监测区域设定的簇组个数；k₁、k₂为预设的权重系数，且满足k₁+k₂＝1；int为取整函数；

(2)按照下列公式计算每个子区域的重心位置：

式中，ρ_i表示第i个子区域的重心位置，i＝1,…,m，x(j)表示所述第i个子区域中第j个传感器节点所在位置的横坐标，y(j)为所述第j个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，n_i为所述第i个子区域具有的传感器节点个数；

(3)在每个子区域中，选择距离重心位置最近的传感器节点作为初始时的簇头，其余传感器节点选择距离最近的簇头加入簇。