[发明专利]针对农田土壤的重金属污染分析预警系统

权利要求书

1.针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，包括：

无线传感器网络，用于获取农田土壤重金属污染监测数据；

计算机处理模块，用于对获取的农田土壤重金属污染监测数据进行预处理，并发送至数据管理模块处进行存储；

数据管理模块，用于对存储的数据进行管理；

风险分析模块，用于构建农田土壤重金属污染风险综合评估指标体系，确定农田重金属污染的影响因子及其权重，对农田土壤重金属污染风险进行综合评估，并输出农田土壤重金属污染风险评估值；

预警模块，用于在农田土壤重金属污染风险评估值大于设定的风险阈值时向设定的用户终端输出报警信息。

2.根据权利要求1所述的针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，所述无线传感器网络包括：

汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点与计算机处理模块通信，多个传感器节点通过分簇确定簇头节点，簇内的传感器节点将采集的农田土壤重金属污染监测数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的农田土壤重金属污染监测数据通过多跳路由的方式传输至汇聚节点。

3.根据权利要求1或2所述的针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，所述数据管理模块包括：

元数据管理子模块，用于元数据的添加、删除和更新；

数据融合子模块，用于对相关数据进行融合处理；

数据查询子模块，用于根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据；

所述相关数据包括所述农田土壤重金属污染监测数据、所述元数据。

4.根据权利要求1所述的针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，计算机处理模块包括异常数据处理单元和缺失数据处理单元，异常数据处理单元用于对获取的农田土壤重金属污染监测数据进行异常检测，并将检测出的异常数据进行修正处理；缺失数据处理单元用于对农田土壤重金属污染监测数据进行缺失检测，并对检测出的缺失序列进行数据填补。

5.根据权利要求2所述的针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，无线传感器网络采用基于最大一致性时间同步的方式实现传感器节点之间的时钟同步，从而所有传感器节点的逻辑时钟都达到一个共同的全局时钟，具体为：

(1)每个簇的簇头与其簇内传感器节点进行信息交换，将自己的逻辑时钟同步到其簇内的逻辑时钟速率最大的传感器节点的逻辑时钟；

(2)网络中所有簇头之间进行通信，采用已有的最大一致性时间同步方法进行同步，以使所有簇头的逻辑时钟同步到网络中的最大逻辑时钟；

(3)各簇头采用已有的最大一致性时间同步方法，通过与簇内传感器节点的信息交换将自身的逻辑时钟扩散到其簇内的所有传感器节点，此时，整个网络中的所有传感器节点的逻辑时钟达到全局一致。

6.根据权利要求5所述的针对农田土壤的重金属污染分析预警系统，其特征是，簇头将自己的逻辑时钟，同步到其簇内的逻辑时钟速率最大的传感器节点的逻辑时钟，具体包括：

(1)对于网络中的任意传感器节点i，设置逻辑时钟的斜率补偿参数A_i和偏差补偿参数B_i的初始条件为A_i＝1，B_i＝0；每个传感器节点设置共同的广播周期H，同步过程中，传感器节点按照所述广播周期H向簇头广播时钟信息，所述时钟信息包括传感器节点自身当前的硬件时钟值、斜率补偿参数和偏差补偿参数；

(2)簇头y每次接收簇内任意传感器节点j广播的时钟信息后，记录自身的硬件时钟值和收到的时钟信息，假设簇头y分别在t＝t₁，t₂，...，t_k时刻成功收到传感器节点j广播的时钟信息，簇头y与传感器节点j在t₁时刻的相对时钟斜率X_yj(t₁)＝1，按照下列公式计算出簇头y与传感器节点j在t_k时刻的相对时钟斜率：

式中，X_yj(t_k)表示簇头y与其簇内的传感器节点j在t_k时刻的相对时钟斜率，H_j(t_k)为传感器节点j在t_k时刻的硬件时钟值，H_j(t_k-1)为传感器节点j在t_k-1时刻的硬件时钟值，X_yj(t_k-1)为簇头y与其簇内的传感器节点j在t_k-1时刻的相对时钟斜率，H_y(t_k)为簇头y在收到传感器节点j在t_k时刻的硬件时钟值后记录的自身的硬件时钟值，H_y(t_k-1)为簇头y在收到传感器节点j在t_k-1时刻的硬件时钟值后记录的自身的硬件时钟值；

(3)当k达到设定的阈值时，簇头y向簇内各传感器节点发送暂停消息，从而使收到暂停消息的各传感器节点停止向簇头y广播时钟信息，计算簇头y与其簇内任意传感器节点j在此时的逻辑时钟速率的比值G_yj，并通过对比最大比值max(G_yj，j＝1，...M_y)和1的大小来更新簇头y的斜率补偿参数和偏差补偿参数。