农田重金属浓度超标预警系统技术方案

本发明专利技术提供了农田重金属浓度超标预警系统，该系统包括感知模块和超标预警模块，感知模块用于采集待监测农田区域的重金属浓度数据；超标预警模块用于对重金属浓度数据进行分析，在重金属浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述感知模块包括汇聚节点和监测节点；汇聚节点和监测节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从监测节点选出簇头并进行分簇；簇头被配置为收集簇内监测节点采集的重金属浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头发送的重金属浓度数据汇总发送至超标预警模块。

【技术实现步骤摘要】
农田重金属浓度超标预警系统
本专利技术涉及农田监测
，具体涉及农田重金属浓度超标预警系统。
技术介绍
相关技术中，农田中重金属的检测方法主要有质谱分析法、原子光谱法、紫外-可见分光光度法、电化学分析法等。质谱分析法是用电场和磁场将运动的离子按质核比分离后进行检测的方法。不足之处在于仪器造价高，预处理过程繁琐，仪器自动化实现比较困难。原子光谱法能对样品中的重金属含量进行有效分析，但样品前处理复杂，分析时间长。紫外-可见吸收分光光度法是利用棱镜或光栅等单色器来获得单色光并对待测物质的吸光能力进行测定的方法，该方法的局限性在于谱线重叠引起的干扰性以及操作的繁琐性。电化学检测技术是近年来发展较快的一种方法，电化学分析法的检测限较低，测试灵敏度较高，但该方法仪器复杂、操作过程较繁琐，不适被配置为现场实时快速检测。这些传统的检测方法操作复杂，花费高昂，每次只能检测一种或几种元素含量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供农田重金属浓度超标预警系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了农田重金属浓度超标预警系统，该系统包括感知模块和超标预警模块，感知模块用于采集待监测农田区域的重金属浓度数据；超标预警模块用于对重金属浓度数据进行分析，在重金属浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述感知模块包括汇聚节点和监测节点；汇聚节点和监测节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从监测节点选出簇头并进行分簇；簇头被配置为收集簇内监测节点采集的重金属浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头发送的重金属浓度数据汇总发送至超标预警模块。进一步地，所述农田重金属浓度超标预警系统还包括与所述感知模块连接的可视化模块，所述可视化模块被配置为根据接收的重金属浓度数据生成并显示区域重金属污染图。优选地，所述监测节点包括用于监测待监测农田区域的重金属浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的重金属浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。优选地，所述超标预警模块包括比较分析单元和预警单元，所述比较分析单元用于将重金属浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元在所述比较结果为重金属浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。本专利技术的有益效果为：基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测农田区域重金属浓度的自动实时监测，以及重金属浓度超标的预警和数据显示，方便快捷。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术一个示例性实施例的农田重金属浓度超标预警系统的结构示意框图；图2是本专利技术一个示例性实施例的超标预警模块的结构示意框图。附图标记：感知模块1、超标预警模块2、可视化模块3、比较分析单元10、预警单元20。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。图1是本专利技术一个示例性实施例的农田重金属浓度超标预警系统的结构示意框图。参见图1，本专利技术实施例提供了农田重金属浓度超标预警系统，该系统包括感知模块1和超标预警模块2，感知模块1用于采集待监测农田区域的重金属浓度数据；超标预警模块2用于对重金属浓度数据进行分析，在重金属浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。进一步地，所述农田重金属浓度超标预警系统还包括与所述感知模块1连接的可视化模块3，所述可视化模块3被配置为根据接收的重金属浓度数据生成并显示区域重金属污染图。其中，所述的用户终端可以是平板电脑或者手机。其中，所述感知模块1包括汇聚节点和监测节点；汇聚节点和监测节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时对监测节点进行分簇并选取簇头；簇头被配置为收集簇内监测节点采集的重金属浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头发送的重金属浓度数据汇总发送至超标预警模块2。在一种能够实现的方式中，所述监测节点包括用于监测待监测农田区域的重金属浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的重金属浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。图2是本专利技术一个示例性实施例的超标预警模块的结构示意框图。在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述超标预警模块2包括比较分析单元10和预警单元20，所述比较分析单元10用于将重金属浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元20在所述比较结果为重金属浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。本专利技术上述实施例基于无线传感器网络技术，能够实现对待监测农田区域重金属浓度的自动实时监测，以及重金属浓度超标的预警和数据显示，方便快捷。在一个实施例中，簇内各监测节点若与簇头距离不超过设定的通信距离阈值Dσ，则直接与簇头通信；若与簇头距离超过设定的通信距离阈值Dσ，监测节点在同簇内的邻居节点中选择一个邻居节点作为下一跳，具体包括：(1)监测节点将满足下列条件的同簇内的邻居节点作为备选节点，归入备选节点集合：Qij＞Qmin且Di，o＞Dij，o式中，Qij为监测节点i同簇内的第j个邻居节点的当前剩余能量，Qmin为预设的能量下限，Di，o为监测节点i到对应簇头的距离，Dij，o为所述第j个邻居节点该对应簇头的距离；(2)监测节点根据下列公式计算其与各备选节点的通信连接概率，并在备选节点集合中选择通信连接概率最大的备选节点作为下一跳：式中，Yia为监测节点i与其备选节点集合中第a个备选节点的通信连接概率，Hi为监测节点i的节点度数，Hia为所述第a个备选节点的节点度数，Hib为监测节点i的备选节点集合中第b个备选节点的节点度数，Qia为所述第a个备选节点的当前剩余能量，Qmin为所述预设的能量下限，Qia0为所述第a个备选节点的初始能量，e为自然对数的底。本实施例设定了监测节点与簇头间的通信路由机制，该通信路由机制中，通过距离确定监测节点是否与簇头直接通信，能够保障监测节点采集的重金属浓度数据可靠稳定地发送至簇头。其中设定了备选节点的筛选条件，使得与簇头距离超过设定的通信距离阈值时的监测节点在选择下一跳时，能够避免选择距离簇头较远且能量不足的下一跳。本实施例进一步创新性地设定了通信连接概率的计算公式，备选节点的通信连接概率越大，表示备选节点的能量越充足，且监测节点将重金属浓度数据传输到备选节点时受到的其他邻居节点的干扰越小。本实施例中，监测节点在备选节点集合中选择通信连接概率最大的备选节点作为下一跳，有益于提高监测节点与其下一跳链路的可靠性，从而保障重金属浓度数据稳定传输。在一个实施例中，簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离下限时，簇头直接与汇聚节点通信；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离下限时，簇头通过多跳路由的方式将重金属浓度数据发送至汇聚节点；其中簇头将相对于自己距离汇聚节点更近的邻居簇头作为备选簇头，并归入备选簇头集合，簇头在自己的备选簇头集合中选择权值最大的备选簇头作为下一跳：式中，Wαβ表示簇头α的备选簇头集合中第β个备选簇头的权值，Yαβ表示簇头α与所述第β个备选簇头的通信连接概率，Sαβ(t)为在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.农田重金属浓度超标预警系统，其特征是，包括感知模块和超标预警模块，感知模块用于采集待监测农田区域的重金属浓度数据；超标预警模块用于对重金属浓度数据进行分析，在重金属浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述感知模块包括汇聚节点和监测节点；汇聚节点和监测节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从监测节点选出簇头并进行分簇；簇头被配置为收集簇内监测节点采集的重金属浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头发送的重金属浓度数据汇总发送至超标预警模块。

【技术特征摘要】
1.农田重金属浓度超标预警系统，其特征是，包括感知模块和超标预警模块，感知模块用于采集待监测农田区域的重金属浓度数据；超标预警模块用于对重金属浓度数据进行分析，在重金属浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述感知模块包括汇聚节点和监测节点；汇聚节点和监测节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中网络拓扑构建时从监测节点选出簇头并进行分簇；簇头被配置为收集簇内监测节点采集的重金属浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头发送的重金属浓度数据汇总发送至超标预警模块。2.根据权利要求1所述的农田重金属浓度超标预警系统，其特征是，所述监测节点包括用于监测待监测农田区域的重金属浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的重金属浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。3.根据权利要求1或2所述的农田重金属浓度超标预警系统，其特征是，所述超标预警模块包括比较分析单元和预警单元，所述比较分析单元用于将重金属浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元在所述比较结果为重金属浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。4.根据权利要求1所述的农田重金属浓度超标预警系统，其特征是，还包括与所述感知模块连接的可视化模块，所述可视化模块被配置为根据接收的重金属浓度数据生成并显示区域重金属污染图。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱炎新，
申请(专利权)人：深圳明创自控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44