1、經濟林經營管理物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術研究借助先進的科技手段提高經濟林生產效率、經濟效益與環(huán)境效益, 實現(xiàn)經濟林經營管理信息化已經成為我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展領域的重大研究課題。 利用無線傳感器網(wǎng)絡(WSN技術進行林業(yè)生產信息采集、管理、分析和決策服務，是目前林業(yè)信息技術研究的熱點。在林業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡應用中 , 首先要解決現(xiàn)場環(huán)境的覆蓋度問題 , 覆蓋度反映了網(wǎng)絡對現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測能力 , 是林業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡應用的基礎。 由于林地現(xiàn)場環(huán)境存在區(qū)域范圍大、 信號遮擋明顯、 種植密度不均、株高動態(tài)變化等特點 , 往往在監(jiān)測區(qū)域內造成部署代價與節(jié)點能量受限與網(wǎng)絡生存時間之間的矛盾。覆蓋控制方法通過對節(jié)點感知能力和

2、能耗狀態(tài)的建模 , 在不影響網(wǎng)絡覆蓋度的前提下 , 優(yōu)化網(wǎng)絡結構并合理調度節(jié)點能耗, 延長網(wǎng)絡生存時間和服務質量。 其次 , 無線傳感器網(wǎng)絡的應用是以數(shù)據(jù)采集和傳輸為核心, 因此需要設計合理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系和異常數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)及處理方法, 以保障無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)質量。在解決上述兩方面問題基礎上, 需要同時考慮無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)服務的針對性和效率問題 , 需要根據(jù)不同的用戶類型和應用場景提供不同層次的服務。本文以經濟林經營管理信息化為目標, 以果園管理為實例 , 從果園無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制方法、 果園數(shù)據(jù)遠程采集傳輸控制方法、 果園環(huán)境感知數(shù)據(jù)噪聲處理方法、果園感知信息智能服務四方面開展深入研

3、究, 設計了果園經營管理信息服務平臺構建了服務于管理者和生產者的經濟林經營管理云服務平臺體系。主要研究了以下內容： (1) 提出了面向果園復雜遮擋環(huán)境的低能耗無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制方法果樹植株高、 枝葉茂盛等對無線傳感器網(wǎng)絡信號傳輸遮擋明顯 , 這就需要無線傳感器網(wǎng)絡不斷的進行尋址傳輸, 極大的浪費了網(wǎng)絡能量, 降低了網(wǎng)絡使用壽命。為了延長果園無線傳感器網(wǎng)絡生存周期 , 研究了無線傳感器網(wǎng)絡拓撲與布局方法分析、基于能耗控制的網(wǎng)絡連通性優(yōu)化、基于K- 覆蓋控制的度量等技術方法, 在具有距離變化、 實體遮掩的無線傳感器網(wǎng)絡環(huán)境中 , 在功率控制CBTO法的基礎上,研究了一種基于序列錐體的拓撲功率控

4、制算法SCBTC(Sequence Cone Based Topology Control), 優(yōu)化了網(wǎng)絡能耗, 延長了網(wǎng)絡生存期；提出了基于 k- 覆蓋控制的度量方法, 從對網(wǎng)絡資源優(yōu)化分配角度出發(fā) ,實現(xiàn)了網(wǎng)絡絡較好的連通性。 該研究對于降低果園大規(guī)模節(jié)點部署成本、 指定組所需的傳感器位置、結構化布局都具有技術支撐作用 , 實現(xiàn)在涉及成千上萬節(jié)點組成的大規(guī)模布局網(wǎng)絡靈活部署。 (2) 提出了果園生產環(huán)境感知數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系架構和噪聲校正模型設計提出了軟硬件一體的果園生產環(huán)境感知數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系架構, 包括采集節(jié)點硬件和軟件, 其中節(jié)點硬件包括采集模塊、 控制處理模塊、無線通信模塊和電源及轉

5、換模塊四部分, 節(jié)點軟件程序主要實現(xiàn)任務調度、數(shù)據(jù)采集處理與數(shù)據(jù)通信三大主要功能。并提出了基于局部和全局平滑計算為前置條件的多元回歸模型, 實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常數(shù)據(jù)的去除和擬合處理, 對于因設備本身和環(huán)境因素容易造成監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確問題起到了一定的輔助校正作用 , 減少了因顯著誤差數(shù)據(jù)增加誤操作的概率。基于無線傳感器網(wǎng)絡的果園數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)在平臺體系中屬于感知層 , 實現(xiàn)了簡單、實用、低成本、低功耗的果園環(huán)境、土壤實時數(shù)據(jù)的采集, 其低功耗的設計方法能夠保證果園不間斷工作2 年以上, 文本樣機成本490元, 是市場產品價格的40%左右。(3) 研究了基于情景感知計算的個性化信息服務技術對果園生產

6、現(xiàn)場的情景進行合理的定義和分類, 建立了基于多因子的用戶分類模型和多維情景感知推薦模型, 并實現(xiàn)了信息個性化智能推送服務, 與不具備情景感知與智能推送功能的普通檢索系統(tǒng)有效率做對比 , 基于情景感知計算的個性化信息服務能夠識別和預測用戶興趣偏好, 有針對性地向用戶提供所需內容 , 以情景感知計算為基礎的個性化信息服務資源推送相關性平均提高 2.22 倍 , 準確率平均提高1.34 倍。 (4) 設計果園經營管理信息服務平臺研究了果園生產環(huán)境感知設備數(shù)據(jù)接入自適應控制方法、基于JSONB式的感知數(shù)據(jù)交換方法、基于SaaS的多租戶應用服務模式、平臺數(shù)據(jù)組織管理和前端應用可視化技術, 設計了果園經營管理的信息服務平臺 , 能夠提供果園數(shù)據(jù)采集、生產經營、知識服務、灌溉控制等業(yè)務功能 , 為果園提供生產現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的采集、網(wǎng)絡傳輸、個性化服務,探索了果園低成本