[发明专利]近红外农作物生长信息实时监测及其灾害预测无线系统

说明书

技术领域

本发明是充分应用近红外光谱分析技术的优势与灰色系统理论特点，设计在无线传感器网络环境下，农作物生长信息实时监测的节点硬件装置及其数据处理平台，它是实现精细农业实现平台中的重要支撑部分。

背景技术

现行的农作物生长信息(如营养与生理生态、形态与病虫草、生长的土壤与小气候)监测都是应用便携式或手持式仪器到农作物生长地，进行实地检测。这类检测的不足之处是缺乏实时性，对指导精细农业生产意义不大，检测仪器指标少，且必须检测人员到现场，特别是在实行大面积农作物检测时耗费大量的人力物力，费工费时，检测成本极高。

发明的内容

本发明的目的是克服现行的农作物生长信息检测技术的不足，充分应用近红外检测的和无线传感器网络优势，将两者结合起来再加上GPS与GIS技术，改检测为实时监测，并应用灰色系统理论实现灾害性预测，在无线传感器网络环境下，为实现精细农业平台，提供基础部分的支持。

为了达到上述目的，本发明提供了近红外农作物生长信息实时监测及其灾害性预测无线传感器网络系统，本发明的组成如图1所示：有农作物生长信息的组合监测节点1、网关节点2、基站3、GPRS网络4与Iternet网络5、监测数据处理中心6等。

对本发明的进一步改进在于：

1.本发明的组合实时监测节点，实际上是由三个节点组成的：

1)农作物生长营养与生理生态信息实时监测节点，其功能是监测农作物的氮、磷、钾含量，酶活力，可溶性，非可溶性蛋白，氨基酸总量，丙二醛等指标。该节点的传感器采用近红外光线漫反射探头与近红外固定光路阵列检测器，监测的指标与近红外光谱建立定量关系模型，实现多指标监测。

2)农作物生长土壤与小气候实时监测节点，其功能是同时监测农作物生长的土壤的水含量，营养成分及监测点附近的小气候，即温湿度与风速等。是由相应多个传感器采样组成的。

3)农作物生长形态与病虫草信息实时监测节点，该节点用CMOS近红外光传感器，主要获取植物的彩色集合特征、三维形态等信息。

其中大面积农作物监测节点1组成如附图3：农作物信息采集传感器6、信号调理电路7、CC2530射频片上系统8、GPS数据采集模块9、光电源12等组成；网关节点2附图4组成：CC2530射频片上系统8、ARM32位微处理器13、GPRS模块17、风光电源14等。小面积农作物监测节点组成图附5：农作物生长信息采集传感器6、信号调理电路7、GPRS模块、风光电源11。

2.本发明无线传感系统还包括：无线传感传感器网络监测节点将实时监测数据传输给监测中心数据库20，经相关灰色系统理论模型进行农作物生长的灾害性预测，同时用近红外关系模型分析实现农作物生长信息的多指标监测数据，相关模型的结果经专家系统分析处理，用来指导农业生产。监测的异常信息通过GPS的定位信息与存储在监测中心计算机中的GIS24软件相结合，实现监测与分析的农作物生长异常信息进行实时准确定位，对异常信息能自动报警，通过GSM23短信自动发送至相关工作人员的手机中。

本发明的农作物生长信息实时监测节点装置及其数据处理系统有如下积极效果：

1.将近红外光谱分析技术的优势与无线传感器网络技术优势相结合，设计的农作物生长信息实时监测节点装置，实现实时监测，并将其数据进行无线传感传输，为精细农业平台提供基础技术支持。

2.农作物生长营养与生态信息实时监测节点与农作物生长形态与病虫草监测节点的采样传感器均采用近红外器件，具有实时性好、监测指标、多精度高且结构简单等特点。

3.组合式实时监测节点的电源都是采用光电电源(风光电电源)，实现真正意义上的节能减排。

4.实时监测节点既可以监测大面积农作物生长信息也可以监测小面积农作物生长信息。附图5还可以作为便携式近红外农作物生长信息检测与监测仪。

5.在监测节点中装入GPS数据采集模块，能够将采集的实时监测节点位置数据与数据处理中心计算机内的GIS相结合，迅速确定实时监测异常信息的位置，并将实时监测中的异常信息，通过GSM平台，发送短信到相关工作人员手机中。

6.根据农作物灾害性变化机理，应用灰色系统理论模型，进行农作物生长的灾害性预测。

附图说明

图1.大面积农作物生长信息监测系统示意图

图2.小面积农作物生长信息监测系统示意图

图3.大面积农作物生长信息监测节点图

图4.大面积农作物生长信息监测网关节点图

图5.小面积农作物生长信息监测节点图