地下LoRa无线传感器网络的传输测试系统研究

【目的】以智能手机为核心,研制成本低、使用简单的面向LoRa地下无线数据传输的测试系统。【方法】该测试系统由安装了测试用的App智能手机和与之匹配的地下测试节点组成。利用该系统进行场景测试,测定影响土壤中LoRa无线数据传输效果的因素并讨论对应的数据传输方法。【结果】测试结果表明,该系统运行可靠、使用方便灵活,LoRa低功耗广域网技术亦可以较为可靠地满足土壤介质中的无线传感器网络数据传输需求。【结论】本系统可为未来地下LoRa无线传感器网络的工程应用提供相应的测试手段。     

用于观光农业的混合型无线传感器网络节点设计

【目的】设计用于观光农业中游客服务与田间种植管理通用的混合型无线传感器网络节点。【方法】设计该节点的硬件结构及基于Android系统的移动智能设备APP;利用ZigBee与上位机通信来实现种植环境监测和设备控制。【结果】支持用户使用基于近场通信和蓝牙技术的节点田间快速接入功能,通过移动设备为游客和种植管理者提供园内位置定位、种植信息查看、环境参数监测等服务。【结论】该混合型无线传感器网络节点使用灵活、方便、快捷、功能扩展性好,可为观光农业提供较为灵活的多业务工程化支持。     

中小型规模智慧农业物联网终端节点设计

为了能够向中小规模农业生产经营者提供深度定制的农业物联网技术,该研究研发了一种可用于农业设备信息化的智慧农业物联网终端节点。通过该终端节点将农业设备柔性接入物联网体系,并依托管理服务层App实现应用层App功能开发。系统硬件利用可编程片上系统的IP核重用技术实现对各种农业设备的接入,实现各农业场景中根据设备具体情况进行定制化应用。系统传输层采用LoRa广域网与蓝牙技术,支撑集中式与分布式农业管理服务体系。管理服务层App对底层节点设备操作与Android功能操作进行封装,实现应用层与底层功能结构的解耦,避免了应用层App开发时结构复杂、对底层功能结构变化适应性差、开发周期长等问题。实践应用结果表明,该农业物联网终端节点可有效实现对农业设备的接入,具有1500VDC的电磁隔离能力;节点的LoRa无线数据通道在无严重降雨的天气中数据包传输成功率接近100%,蓝牙可支持周围3m范围内的移动设备现场接入;管理服务层App可有效支撑应用层功能快速开发;在直连上位机模式下,应用层App到节点设备间的功能延时分别小于400与1 700 ms,系统运行稳定,功能支撑可靠。该方法可为国内中小规模农业经营者的物联网信息化建设提供支持与参考。     

基于深度强化学习的耕作层土壤水分、温度预测

【目的】利用土壤近表面空气温湿度与土壤内部参数的关联关系对耕作层土壤水分、温度进行精准预测,为实现精细化农业种植管理提供服务。【方法】针对土壤耕作层水分、温度预测在训练集获取与模型验证等方面的实际需求,设计了基于嵌入式系统及窄带物联网(Narrow band internet of things,NB-IoT)无线通信技术的物联网数据采集系统。在此基础上基于深度Q学习(Deep Q network,DQN)算法探索了一种模型组合策略,以长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)、门限循环单元(Gated recurrent unit,GRU)与双向长短期记忆网络(Bidirectional long short-term memory,Bi-LSTM)为基础模型进行加权组合,获得了DQN-L-G-B组合预测模型。【结果】数据采集系统实现了对等间隔时间序列环境数据的长时间稳定可靠采集,可以为基于深度学习的土壤水分、温度时间序列预测工作提供准确的训练集与验证集数据。相对于LSTM、Bi-LSTM、GRU、L-G-B等模型,DQN-L-G-B组合模型在2种土壤类型(...     

面向农业观光服务的无线传感网节点布局优化

[目的]探讨面向农业观光园区分布式服务的无线传感器网络节点布局优化方案,为提高农业观光园区服务质量及提升游客游园体验提供依据.[方法]利用社会力模型结合观光园区规划信息,采用Anylogic行人仿真平台获取游客在园中的空间分布数据,用传统K-means算法和改进K-means算法分别对游客空间分布数据进行聚类分析,并根据节点优化布局评价指标,计算节点最优位置.[结果]采用传统K-means算法和改进K-means算法对选取的12组游客空间分布数据进行单日游客聚类分析得到两组节点位置;改进K-means算法聚类得到的节点最终位置对节点被接入次数的均衡效果均优于传统K-means算法,其节点被接入次数均方差的均值降低约41.8%.因此,改进K-means算法更适合运用于观光园区节点的布局优化,得到的节点最终位置即为该观光园区节点最优位置.[建议]在面向农业观光服务的混合型无线传感器网络建设中,应基于社会力模型预估游客空间分布,实现观光服务优化;通过合理部署节点位置,延长融合智能设备的混合型无线传感器网络生存时间;更好地打造面向游客服务、整合移动智能设备的农业物联网系统.