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一种基于互联网的 森林凋落物分解气候因素监测控制系统

阅读：352发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于气候监测技术领域，公开了一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统，包括：无线传感器单元，用于采集气候参数；局域网单元，与无线传感器单元无线连接，用于接收无线传感器单元的气候参数，并进行转发；互联网，与局域网单元有线连接，用于接收局域网单元转发的气候参数；云端服务器，与互联网连接，用于存储并处理互联网发送的气候参数；移动终端，与云端服务器无线/移动网络连接，用于显示云端服务器处理的气候参数。本发明实时地查看各区域内的各监测点的数据，从而为森林生态系统凋落物的分解过程及机理研究提供有力的支撑，具有成本低、测量精准、维护便捷的特点。，下面是一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统，其特征在于，所述基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统包括：
无线传感器单元，用于采集气候参数；所述无线传感器单元的网络覆盖的分布式方法具体包括以下步骤：
步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；
步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；
步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；
步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻
居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；若si的ΔPi在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算 ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断局域网单元，与无线传感器单元无线连接，用于接收无线传感器单元的气候参数，并进行转发；
互联网，与局域网单元有线连接，用于接收局域网单元转发的气候参数；
云端服务器，与互联网连接，用于存储并处理互联网发送的气候参数；
移动终端，与云端服务器无线/移动网络连接，用于显示云端服务器处理的气候参数。
2.如权利要求1所述的基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统，其特征在于，所述无线传感器单元发送数据具体包括：
第一步，按照下式，计算中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn到目的节点Sink的距离diSink，以及源节点N到目的节点Sink的距离dNSink：
其中(xi,yi)为中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn的坐标，(xN,yN)为源节点N的坐标，(xSink,ySink)为目的节点Sink的坐标；
第二步，源节点N选择在其传输范围内，且到目的节点的距离diSink比源节点N到目的节点Sink的距离dNSink更近的所有中间节点作为邻居节点；
第三步，在所有邻居节点中，源节点N根据路由算法公式选出下一跳转发节点，公式如下：
其中，M表示节点的综合值；D表示邻居节点到目的节点Sink的距离；E表示节点的剩余能量，等于节点的初始能量减去每次接收和转发数据所消耗的能量；S表示节点的安全度，所有节点预设相同初始值，当目的节点Sink接收到的数据与源节点N发送的数据不一致时，则将本次数据传输路径中所有节点的安全度降为当前值的二分之一；α，β，γ为常数；依次计算每个邻居节点的M值，将其中M值最小的邻居节点作为下一跳转发节点，即到目的节点Sink的距离最短，剩余能量最多且安全度最大的邻居节点；
第四步，源节点N将含水印数据序列wdata发送给选出的下一跳转发节点；
第五步，下一跳转发节点接收到含水印数据序列wdata，重复第一步到第四步，继续选出后续转发节点并转发含水印数据序列wdata，直至将含水印数据序列wdata传送到目的节点Sink。

说明书全文

一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于气候监测技术领域，尤其涉及一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统。

背景技术

[0002] 凋落物一般是指自然界植物在生长发育的过程中所产生的新陈代谢产物，由植物地上部分产生并归还到地面，作为降解者的物质和能量来源，从而维持森林生态系统功能持续稳定的所有有机质的总称。森林凋落物分解在森林生态系统的物质养分循环和有机质周转中起着关键作用，其过程是植物生物量和生态系统碳储存的重要决定因素。凋落物分解速率受环境条件、凋落物的化学和物理组成(凋落物质量)及土壤生物调控(Cadish and Giller，1997)。Lavelle等(1993)推测这三种因素对凋落物分解速率进行的调控是分等级的。Aerts(2006)认为三个主要的调控等级起作用的顺序是：气候>凋落物质量>土壤生物。在全球尺度或区域尺度上，气候因素对凋落物的分解起主导作用。对森林凋落物分解的研究，已成为国际植物凋落物生态学研究领域的热点。全球变暖、大气CO2浓度上升、太阳UV-B 辐射增强、大气N沉降等因素直接或间接影响凋落物分解速率，因而，全球变化对凋落物分解的影响也受到广泛关注。森林凋落物分解时间较长，影响因素众多，与温度、湿度等气候因素的变化密切相关。大量的研究结果表明，随着温度升高，凋落物分解速率有加快的趋势。已有的研究多是单因素的、短期的、独立的，缺乏多因素、多点、长期定位研究数据。由于野外环境的广域性和监测点的分散性，人工采集数据和有线数据传输将花费大量的物力和人力成本。

[0003] 综上所述，现有技术存在的问题是：由于野外环境的广域性和监测点的分散性，人工采集数据和有线数据传输将花费大量的物力和人力成本。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统。

[0005] 本发明是这样实现的，一种基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统，所述基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统包括：

[0006] 无线传感器单元，用于采集气候参数；所述无线传感器单元的网络覆盖的分布式方法具体包括以下步骤：

[0007] 步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；

[0008] 步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；

[0009] 步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；

[0010] 步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；若si的ΔPi在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算 ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断

[0011] 局域网单元，与无线传感器单元无线连接，用于接收无线传感器单元的气候参数，并进行转发；

[0012] 互联网，与局域网单元有线连接，用于接收局域网单元转发的气候参数；

[0013] 云端服务器，与互联网连接，用于存储并处理互联网发送的气候参数；

[0014] 移动终端，与云端服务器无线/移动网络连接，用于显示云端服务器处理的气候参数。

[0015] 进一步，所述无线传感器单元发送数据具体包括：

[0016] 第一步，按照下式，计算中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn到目的节点Sink的距离diSink，以及源节点N到目的节点Sink的距离dNSink：

[0017]

[0018]

[0019] 其中(xi,yi)为中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn的坐标，(xN,yN)为源节点N的坐标，(xSink,ySink)为目的节点Sink的坐标；

[0020] 第二步，源节点N选择在其传输范围内，且到目的节点的距离diSink比源节点N到目的节点Sink的距离dNSink更近的所有中间节点作为邻居节点；

[0021] 第三步，在所有邻居节点中，源节点N根据路由算法公式选出下一跳转发节点，公式如下：

[0022]

[0023] 其中，M表示节点的综合值；D表示邻居节点到目的节点Sink的距离；E表示节点的剩余能量，等于节点的初始能量减去每次接收和转发数据所消耗的能量；S表示节点的安全度，所有节点预设相同初始值，当目的节点Sink接收到的数据与源节点N发送的数据不一致时，则将本次数据传输路径中所有节点的安全度降为当前值的二分之一；α，β，γ为常数；依次计算每个邻居节点的M值，将其中M值最小的邻居节点作为下一跳转发节点，即到目的节点Sink的距离最短，剩余能量最多且安全度最大的邻居节点；

[0024] 第四步，源节点N将含水印数据序列wdata发送给选出的下一跳转发节点；

[0025] 第五步，下一跳转发节点接收到含水印数据序列wdata，重复第一步到第四步，继续选出后续转发节点并转发含水印数据序列wdata，直至将含水印数据序列wdata传送到目的节点Sink。

[0026] 本发明的优点及积极效果为：无线传感器单元和局域网单元均部署在野外，并以无线自组网形式通信。局域网单元可获取多个无线传感器单元的数据，进一步将获得的数据发送给云端服务器，这样，就可以利用移动终端，实时地查看各区域内的各监测点的数据，从而为森林生态系统凋落物的分解过程及机理研究提供有力的支撑，具有成本低、测量精准、维护便捷的特点。附图说明

[0027] 图1是本发明实施例提供的基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统结构示意图；

[0028] 图中：1、无线传感器单元；2、局域网单元；3、互联网；4、云端服务器；5、移动终端。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

[0031] 如图1所示，本发明实施例提供的基于互联网的森林凋落物分解气候因素监测控制系统包括：无线传感器单元1、局域网单元2、互联网3、云端服务器4、移动终端5。

[0032] 无线传感器单元1，用于采集气候参数；

[0033] 局域网单元2，与无线传感器单元1无线连接，用于接收无线传感器单元1的气候参数，并进行转发；

[0034] 互联网3，与局域网单元2有线连接，用于接收局域网单元2转发的气候参数；

[0035] 云端服务器4，与互联网3连接，用于存储并处理互联网3发送的气候参数；

[0036] 移动终端5，与云端服务器4无线/移动网络连接，用于显示云端服务器4处理的气候参数。

[0037] 无线传感器单元1采用TI/CHIPCON CC2530SoC主芯片与32M主晶振，CC2530SoC内嵌一颗增强型C8051处理器以及一颗直序扩频射频芯片。

[0038] 所述无线传感器单元的网络覆盖的分布式方法具体包括以下步骤：

[0039] 步骤一，节点si的邻居，覆盖的点位置，预设网络寿命L，电池寿命Bi，si的标记类型UPD，ii＝1；

[0040] 步骤二，判断是否ii＜L/l，若是，则直接进行下一步，否，则标记类型，标记为LAB的节点的最优工作时间安排，然后结束；

[0041] 步骤三，计算最大额外有效覆盖时间和工作优先度，并向邻居广播mes(i,Null,UPD,ΔPi)；

[0042] 步骤四，判断若，是，si的ΔPi在邻居中是否最大，若si的ΔPi在邻居中是最大，si标记自己为LAB并向邻居广播mes(i,LAB,sch,ΔPi)di＝di-bi,siexits.；
若si的ΔPi在邻居中不是最大，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)；若si是接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则si更新邻居sk的信息，重新计算 ΔPi,并且向邻居广播mes(i,UPD,Null,ΔPi)；若si没有接收到邻居sk的mes(k,LAB,sch,ΔPk)，则，判断si是否接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，若si是接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，si更新邻居sk的工作优先度；若si没有接收到邻居sk的mes(k,UPD,Null,ΔPk)，则返回判断

[0043] 进一步，所述无线传感器单元发送数据具体包括：

[0044] 第一步，按照下式，计算中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn到目的节点Sink的距离diSink，以及源节点N到目的节点Sink的距离dNSink：

[0045]

[0046]

[0047] 其中(xi,yi)为中间节点S1,S2,L,Si,L,Sn的坐标，(xN,yN)为源节点N的坐标，(xSink,ySink)为目的节点Sink的坐标；

[0048] 第二步，源节点N选择在其传输范围内，且到目的节点的距离diSink比源节点N到目的节点Sink的距离dNSink更近的所有中间节点作为邻居节点；

[0049] 第三步，在所有邻居节点中，源节点N根据路由算法公式选出下一跳转发节点，公式如下：

[0050]

[0051] 其中，M表示节点的综合值；D表示邻居节点到目的节点Sink的距离；E表示节点的剩余能量，等于节点的初始能量减去每次接收和转发数据所消耗的能量；S表示节点的安全度，所有节点预设相同初始值，当目的节点Sink接收到的数据与源节点N发送的数据不一致时，则将本次数据传输路径中所有节点的安全度降为当前值的二分之一；α，β，γ为常数；依次计算每个邻居节点的M值，将其中M值最小的邻居节点作为下一跳转发节点，即到目的节点Sink的距离最短，剩余能量最多且安全度最大的邻居节点；

[0052] 第四步，源节点N将含水印数据序列wdata发送给选出的下一跳转发节点；

[0053] 第五步，下一跳转发节点接收到含水印数据序列wdata，重复第一步到第四步，继续选出后续转发节点并转发含水印数据序列wdata，直至将含水印数据序列wdata传送到目的节点Sink。

[0054] 本发明的工作原理：

[0055] 本发明的无线传感器单元实时采集气候的参数，气候参数包括以冷、暖、干、湿这些特征来衡量，通常由某一时期的平均值和离差值表征；气候参数以无线的形式发送至局域网单元，局域网单元通过互联网发送至云端服务器，云端服务器进行气候参数的存储和处理，并在移动终端进行显示，从而获取到有关森林凋落物分解气候因素。

[0056] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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