基于UAV-WSN的农田数据采集

[目的]将UAV(Unmanned aerial vehicle)引入传统的WSN(Wireless sensor network)中,可给静态WSN系统带来移动性和灵活性.通过将UAV-WSN结合起来应用于农田信息监测,有效地扩展单个WSN的覆盖面积,增强网络的鲁棒性,解决静态WSN在恶劣的自然环境中被划分成无法有效通信的独立子网所带来的农田监测信息采集失败的问题.[方法]选择3个物理位置独立的地块构建分簇的WSN网络,将UAV-WSN结合起来,系统中的传感器节点采用休眠-唤醒-工作-休眠的工作周期,利用UAV上的移动采集节点与UAV飞行轨迹经过的地面上的独立子网交互并采集农田信息,通过移动节点携带的3G网络将农田信息传输到农田监测数据中心.[结果]地块间距离超过100 m、UAV飞行高度维持在10 m时,UAV-WSN网络能够较好地完成农田信息采集任务,UAV-WSN的通信质量明显优于静态WSN的通信质量,地块1、2和3的平均链路消耗分别降低了约10％、27％和14％,平均丢包率降低了约24％、68％和29％.[结论]UAV-WSN结构的网络通信扩展了静态WSN的传输距离、提高了WSN系统的能量效率、延长了系统的生命周期,可以为大面积的平原或山地环境下的农田信息采集提供参考.     

耕地质量低空遥感-地面传感双重采集系统研究

【目的】将无人机(UAV)低空遥感检测系统与无人机-无线传感器网络(UAV-WSN)集成,实现通过一套系统进行低空遥感监测和地面长期监测的双重监测,为耕地质量的空间和时间变化提供监测数据。【方法】本研究探讨了现有UAV-WSN系统无法实现双重采集的问题,设计了一套用于耕地质量监测的低空遥感-地面传感双重采集系统,提出一套双重采集的工作流程,以及提升性能的基于航线的LEACH算法。仿真分析试验中调整UAV飞行高度和地面节点密度,以比较双重采集系统和UAV-WSN系统总飞行时间的不同。【结果】双重采集系统1次飞行同时采集2种监测数据,无需完成低空遥感监测数据采集后再次走遍所有地面节点,在低空遥感地面图像分辨率变化的情况下,总飞行时间比UAV-WSN系统快165 s;双重采集系统根据无人机航线和地面节点位置进行调整,在地块内节点数量变化的情况下,总飞行时间基本不变,比UAV-WSN系统快129～194 s。【结论】双重采集系统能够减少现场采样所需的总工作时长,降低采样工作的复杂程度,提升耕地质量监测的效率。     

基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计

鉴于农田土壤含水率以及水分信息获取的重要性,基于无线传感器网络技术(WSN)设计一个农田土壤水分自动监测系统.通过在监测区域部署传感器网络,将监测数据汇集到嵌入式测控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能.该系统实现了信息采集节点的自动部署、数据自组织传输,可以使人们随时随地精确获取作物需水信息.遵循模块化设计思想...     

基于GPRS与ZigBee的果园环境监测系统

【目的】设计果园环境监测系统.【方法】该系统由远程ZigBee-GPRS网关与无线传感器网络(WSN)节点组合,果园参数在WSN、GPRS与Internet间进行采集与传输,实现远距离果园环境实时监测.节点采用CC2530作无线数据收发芯片,GPRS采用ComWay模块,由ZigBee进行组网采集环境信息,通过GPRS网络回传给上位机实现实时监测,再由决策支持系统进行分析发送指令控制节点电磁阀通断从而营造一个适合果树生长的环境.【结果和结论】试验表明:系统可完成传感网与移动通信网络之间的数据传送,实现不同类型感知网络之间的协议转换以及对传感器网络的部分管理控制功能.系统在果园中运行稳定并且丢包率低于10%,具有实践应用价值.     

农田建设现场调查技术分析及云平台构建

【目的】研究构建"天地网一体化"的农田建设监测监管体系是全面加强农田建设管理的重要支撑。现场调查技术作为开展农田建设日常监测监管的重要手段之一,贯穿整个项目建设周期。【方法】文章通过对项目信息采集、处理、管理、应用等业务进行分析,研究集成利用移动互联网、数据库、GIS、智能移动终端等多种信息技术,完成农田建设信息采集系统的软硬件环境搭建,利用ArcGIS软件开展农田建设信息内业管理、外业信息采集等功能设计与实现,完成基于地理位置服务的内外业一体化调查云平台建设。【结果】云平台通过内业端对农田建设项目进行管理并获取基础数据,移动端对农田建设项目位置、工程实施进展情况、后期管护利用情况等信息进行外业采集,并将采集信息实时传输至内业管理平台。调查云平台主要在广东省东莞市、河北省保定市2个地区进行试用,取得了良好效果。【结论】该平台以在线交互的方式实现外业数据采集与内业数据管理的一体化协同作业,解决了定位难、测量难、记录难等问题,提高了外业管理质量和内业分析展示效率,对提升农田建设管理水平具有重要意义。     

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。     

基于WSN的温室环境信息远程监测系统

针对当前温室环境监测中存在的信号遮挡物多、监测范围大、管理不便等问题,设计一种基于无线传感器网络的温室环境信息远程监测系统。无线传感器网络采用433MHz射频进行信息传输,无线传感器节点和汇聚节点分别采用MSP430F149和LPC2478作为微控制器,实现温室环境信息的实时采集、信息汇聚和数据融合。系统采用星型网络拓扑结构,通过定时休眠、传感器掉电控制等方法来减少能量消耗,并通过基于CSMA/CA算法的无线传输协议,避免了节点间信息传输冲突,保证了传输成功率。无线传感器节点通信性能测试结果表明:使用10dBm射频功率时,距地表1.5m节点的有效通信距离为192m;在无太阳能充电且节点工作周期为30min18s的情况下,无线传感器节点生命周期理论值为98d。温室环境信息远程监测应用结果表明,该系统具有低功耗、高稳定性等优点,节点平均丢包率仅为1.1%。     

基于WSN的母羊体征监测系统设计与实现

针对母羊体征监测费时费力、采集方案不完善、传输距离受限等问题,设计了一套基于WSN的母羊体征监测系统。该系统首先通过颈环采集节点实时采集母羊体温,再基于ZigBee和GPRS技术组成无线传感网络将数据传输至云服务器,服务器将数据存储于数据库并在网页平台实时显示。此外,为验证系统的准确性和有效性,采用实时平均数算法计算体温数据的相对误差并对通信方案的网络丢包率进行测试。结果表明,基于WSN的母羊体征监测系统能够实时采集、传输和显示母羊的体征参数,测温相对误差小于1%,网络丢包率小于4%,满足羊场的实际使用需求。研究设计的监测系统运行稳定并突破了通信距离的限制,大大提高了管理人员的工作效率,采集的体征信息对建立母羊运动量及健康评估模型具有十分重要的意义。     

监测果树冠层微环境的主从式WSN系统研究

果树冠层微环境是影响果树结果质量与产量的重要因素,无线传感器网络(WSN)能实现对果树冠层微气候的自动实时监测。传统WSN中所有的节点具有同样平等的地位,而在体积较小的果树冠层内,所有节点都具有信息感知、处理及传输功能是冗余的。高密度的具有平等地位的节点使得WSN系统缺乏合理的架构和层次,性能较低。针对此问题,将传统WSN系统架构进行拆分和重组,提出了一种传感功能分割的主从式WSN系统。每个果树冠层由1个子系统监测,每个子系统由1个主节点和多个从节点组成。从节点主要负责信息感知,主节点负责控制管理从节点并和其他主节点组网进行信息传输。提出了主从式WSN系统的软硬件设计方案,并进行了评估新系统性能的对比实验。实验结果表明,主从式WSN系统较传统WSN系统生命周期延长了约一倍,更加高效节能,适合目前果园冠层微环境监测的应用现状。     

基于CC2430的温室无线传感器节点设计与应用

针对温室环境监控的特点,以CC2430芯片为核心设计一种传感器节点。传感器节点上有温湿度、光照度等传感器,并留有外接接口可以扩展各种传感器。各节点工作在频分多址(FDMA)通信模式下无线传输数据,组成一个小型的无线传感器网络(WSN)。温室大棚内的各采集节点将采集的数据通过各自的传输信道传输到网关节点上,最终计算机通过串口接收到网关节点的数据,并通过软件保存数据。试验结表明：设计的无线传感器节点在FDMA通信系统模式运行下,能够稳定、高效、低能耗地监测温室大棚。     

不同结构平板型太阳能空气集热板集热效率研究

以钢化玻璃、PC阳光板为表面透光保温材料,以蛇形单层通路、蛇形双层通路为载热流体通路,制作了4台不同类型的平板型太阳能空气集热板,按“透光保温材料-载热流体通路”命名为Ⅰ型（钢化玻璃-蛇形单层通路）、Ⅱ型（钢化玻璃-蛇形双层通路）、Ⅲ型（PC阳光板-蛇形单层通路）、Ⅳ型（PC阳光板-蛇形双层通路）,采用两两对比的方法,对比4种集热板的集热效率,得出Ⅲ型（PC阳光板-蛇形单层通路）集热板集热效率最高,集热效率可以达到74．6％,传热介质温度最高可达105．2℃,造价不足真空管式太阳能集热器的1／3,适合在农村推广应用。     

密集烤房非金属耐火材料供热设备的设计及烘烤效果

【目的】解决烤烟密集烤房418型换热器易腐蚀、使用寿命短等问题,优化密集烤房供热设备的结构和性能。【方法】选用一种传导性优良的非金属耐火材料制作换热器,其结构为圆形横向双列管道,3层排布,同一纵向平面的3条换热管呈现S形连通,并配以一次性加煤方拱型火炉(炉盖为铸铁)。以金属供热设备为对照,研究密集烤房非金属材料供热设备的性能及烘烤效果。【结果】空载下采用非金属材料供热设备密集烤房的升温速度(5.36℃·h~(-1))显著低于对照的(21.73℃·h~(-1)),但降温速度(1.28℃·h~(-1))缓慢,表明其温度稳定性能好,在3个烘烤关键温度点(38、42、55℃)也呈现同样趋势;在烘烤过程中非金属材料供热设备密集烤房平面及垂直温差较小;与对照相比,中部叶、上部叶烘烤的综合热效率分别提高12.42%和6.74%,煤耗分别降低22.50%和15.13%,烤后每千克干烟均价分别提高0.84、0.20元,中上等烟比例高,节能提质效果显著。【结论】试验采用传导性优良的非金属耐火材料制作的供热设备具有良好的烘烤性能,且耐腐蚀,可为烤烟密集烤房供热设备的更新提供依据。     

有限元法分析木片热湿耦合迁移物性参数

本文建立了描述木片热湿耦合迁移的数学模型。用数值方法(有限元法和有限差分法)对数学模型联立求解后。与实验相结合,分析计算了木片热湿耦合迁移的物性参数。研究表明,在确定了某些物性参数后,采用本文叙述的理论计算与实验结合的方法,可求算出某一未知或实验测定较为困难的物性参数。木片这种含湿多孔物料。有效导热系数均随温度的上升而增大,变化范围从10℃(含水率34％)时的0.2W/(m·℃)至47℃时的1W/(m·℃)。     

沼气池散热量与内部温度场的数值模拟研究

以郑州地区的气象条件为参数,使用Fluent软件对沼气池不同材料、不同厚度的保温层及沼气池内部温度场的数值进行了模拟研究。结果表明:其他条件一定时,混凝土沼气池的散热量约为发泡水泥沼气池的4.66倍,可选择导热系数小的材料作为保温层;保温层的厚度对沼气池的散热量影响不大,根据实际条件选择厚度;池内温度场的分布不均匀,没有达到沼气发酵设定的温度,因此需要增加搅拌器以达到混合均匀的目的。     

石蜡相变储能材料在建筑节能中的应用

简述了石蜡相变建筑材料的制备，同时从相变储能石膏板，相变储能混凝土，建筑保温隔热材料，相变蓄热地板、天花板和相变储能砂浆几个方向对石蜡相变材料在建筑节能领域上的应用进行了综述，并对该领域发展方向进行了展望．     

太阳能相变蓄热系统在温室加温中的应用

为充分利用太阳能资源提高冬季温室的夜间气温,设计一种太阳能相变蓄热系统。白天利用太阳能集热板吸收太阳辐射并将其转化成热能储存到相变材料内;夜间以空气为热媒将相变材料内的热能输送到温室内,为温室加温。试验结果表明:晴天应用该系统,温室夜间平均气温可提高2.0℃,夜间最低气温提高3.1℃;在不同天气状况的综合条件下应用该系统,温室夜间最低气温平均提高2.5℃,20cm处地温平均提高1.5℃;经计算,晴天条件下,该系统的平均集热效率为59.2%,夜间单位面积放热量为4.05MJ/m2,平均加温热流密度为83.4 W/m2;应用该系统温室增温效果明显。     

微晶无机保温材料对提高烤房热能利用率的影响

采用单因素试验设计,研究了微晶无机保温材料在提高烤房热能利用率、节约烤烟烘烤成本、提高烤后烟叶质量等方面的影响。结果表明:与对照相比,添加微晶无机保温材料烘烤成本较低,烤后烟叶等级质量好、评吸质量好;在5个不同添加厚度和比例的处理中,以内墙厚度1.5cm添加75%的微晶无机保温材料的处理效果最好,具体表现为能耗较低,每烘烤1 kg干烟平均节煤0.20 kg,节煤率达14%以上;在经济性状方面,烤后烟叶的上等烟比例提高了4.6个百分点,烟叶均价平均提高2.0元/kg;感官评吸质量较高,化学品质均衡。     

输油泵站分离式热管加热炉的设计

针对目前原油长输管道上广泛采用的原油加热炉存在体积庞大，炉管易结焦，热效率低、安全性差等缺点，提出采用分离式热管加热炉。介绍了热管传热原理及分离式热管加热炉的工作原理、结构特点。     

基于内表面对流和辐射换热的温室夜间热平衡分析及验证

为分析日光温室内部的热环境,运用传热学理论,对夜间温室内存在的对流传热和辐射传热过程进行了研究,并建立温室内部热平衡方程.采用热平衡模型确定冬季温室所需补热量,并评估供暖系统在温室中的实际应用效果.结果表明:室内空气温度的理论值与实测值差别不大,模型比较切合实际.计算结果还揭示了温室内部热流的走向与分布情况,以及围护结构对温室保温所起到的作用.     

海南农垦橡胶园生态系统养分的物质流分析

采用物质流分析方法,研究了2004年海南农垦橡胶产业生态系统养分的物质输入和输出等相关指标。结果表明,全年土壤养分的总耗竭量达1．30万t,并根据1952～2004年的历史数据进行计算,结果显示胶园土壤养分呈现逐渐耗竭的趋势。2004年橡胶产业养分的物质消耗强度为496．98 kg/人,说明橡胶产业属于资源密集型产业;橡胶产业体现出较强的经济效益,其养分的物质生产力达到69．42元/kg。从直观上看,加大人工施肥量是保持胶园土壤养分的有效手段;从生产管理或成果推广上看,改变当前片面追求资源开发利用技术,不注重生态保护型技术的现状,纠正科技进步的不对称性是橡胶产业健康、可持续发展的关键。