[发明专利]土壤成分采集的多传感器优化部署方法

说明书

本发明提供一种土壤成分采集的多传感器优化部署方法，涉及土壤成分采集技术领域。本发明提出一种两阶段传感器部署方法：第一阶段借助少量传感器采用系统随机法重复多次计算每个部署点的土壤成分值，如果土壤成分分布差异较小，则以最接近单个网格土壤成分平均值的部署点为最终部署方案，否则进入部署第二阶段，使用基于均匀网格化和Delaunay三角剖分的布点算法；使用变异系数对每个三角网内土壤成分的离散程度进行约束，对于离散程度较高的三角网格进行剖分，直至所有三角网均符合要求；本部署方案可以用于作物种植前、种植中以及种植后的土壤成分监测，与农情相结合，从实际角度出发，与现有的传感器部署方案相比，能够科学全面的持续反映土壤成分。

技术领域

本发明涉及土壤成分采集技术领域，具体涉及一种土壤成分采集的多传感器优化部署方法。

背景技术

近年来，随着精细农业概念的提出，采用人工方式进行感知和控制的田间地场已经无法满足人们的需求，现代化的土壤成分测量方法开始不断发展，然而土壤含水率、土壤有机质含量、土壤电导率含量等测量都主要以实验室化学分析方法为主，这些传统的化学分析方法需耗费很长的时间和很大的财力、物力，当需要用土壤分析结果直接指导施肥或田间管理时，无论从实时性还是实用性，这些方法都不能满足要求。而由于无线传感器网络(WSN)具有自组织、低成本、易维护等特性，为实时多点测量提供了条件，当前受到人们的青睐。

为了实现精细化变量施水施肥，针对不同种植区域的土壤成分需要密布大量的传感器，将由传感器采集的大量数据收集起来，对这些数据进行处理，生成土壤成分区域变化图，结合控制算法，实现变量施肥，提高水资源和肥料的利用效率。但是，对田间土壤的考察检测不可布置过量的采样点，导致花费大量的人力和资金，并且在土壤中采样点过多还会影响作物的根茎生长。但若采样点过少，则不能客观描述土壤成分区域分布，变量施肥作业就没有意义。因此，对田间土壤成分传感器正确、高效的布点研究显得尤为重要。目前国内外在实际应用中多采用简单随机采样、分区采样、主观判断采样、规则网格采样等土壤采样布点方法，此类算法往往会导致采样冗余或代表性不足。

此外，市场上还存在一些基于算法优化的传感器部署方法，比如改进花朵授粉算法的无线传感器网络部署优化、基于模糊粒子群优化算法的无线传感器网络部署优化、基于自适应果蝇优化算法的分层异构无线传感器网络三维优化部署、基于人工蜂群的无限传感器优化部署方法等。

但是，上述方法往往仅考虑一种传感器，而实际作物的生长受到多种因素的共同影响；并且存在一些传感器盲目的追求土壤的覆盖率，以传感器覆盖率定优劣。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种土壤成分采集的多传感器优化部署方法，解决了部署土壤成分采集的传感器时，盲目追求土壤覆盖率的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种土壤成分采集的多传感器优化部署方法，包括：

S1、将作物种植区按照不同作物和对应的上一年亩产量进行区域划分，所述上一年亩产量包括高产、中产和低产，获取单位区域；

S2、采用系统随机布点法将所述单位区域内划分为M个面积相同的子区域，每个子区域内重复随机动态部署传感器，通过传感器测量部署点的土壤成分其中，i表示不同的土壤成分，j表示传感器序号；

其中，T表示选定置信水平；S²表示均方差，R表示极差；D表示可接受的绝对偏差；

S3、计算所述单位区域内土壤成分的标准差σ；

其中，μ表示所有传感器采集第i种土壤成分的平均值；