基于无线传感器网络的茶树低温灾害监测预警系统设计

摘要

无线传感器网络作为新兴的监测与信息获取技术，在农业工程上有着广泛的应用前景。春季低温灾害作为影响丘陵茶园的重要气象灾害，给山区经济造成严重损失。本文针对丘陵地区春季低温灾害频发、茶园气温分布差异大、监测预警技术落后等问题，以茶园低温灾害预警防灾为目的，开展了基于无线传感器网络的丘陵茶园春季低温灾害监测预警技术的应用研究。
　　 本文从以下几个方面进行了研究：
　　 1)根据镇江历史气象数据与实测数据，对丘陵茶园春季气温变化与低温灾害演变规律进行了剖析，总结了茶园低温灾害的判定指标和表征茶园低温灾害的各项监测指标。低山丘陵茶园气温年际、春季日、日昼夜变化明显，以昼夜气温变化最显著。茶园空间气温分布不均匀，坡向上以北坡温度偏低、坡形上以坡底温度最低，高度上以茶树冠层温度最低。
　　 2)根据复杂的丘陵茶园气候和春季低温灾害监测要求，设计丘陵茶园春季低温灾害无线监测系统，从节点硬件、通信协议、网络系统角度分析了低功耗无线监测系统的实现，通过分析与试验得出，使用-15dBm的功率发送，控制无线通信距离为70m左右，设定9分钟的采样间隙能保证监测精度与低功耗需求，使得传感器有超过半年的工作寿命，丘陵茶园监测网络配置采用星型结构比网络结构更能节省能耗。
　　 3)根据丘陵茶园春季气候特征与低温灾害演变规律，结合无线监测数据，利用决策支持和虚拟仪器技术，设计了丘陵茶园低温灾害无线监测与决策预警系统平台。系统完成了无线监测数据的解析、低温值预测和低温发生日预测模型的建立、决策规则的制定，最后设计了整个监测预警系统的工作流程、系统功能框架，并实现系统的可视化。
　　 本文利用无线传感器网络技术，对丘陵茶园低温灾害无线监测进行了探讨，设计了丘陵茶园春季低温灾害监测预警系统，为茶园监测预警提供了一个良好的应用平台。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 农业低温灾害的研究现状

1.2.2 农业气象灾害监测技术研究现状

1.2.3 无线传感器网络监测应用研究现状

1.2.4 农业气象灾害预警技术研究现状

1.3 研究内容

1.4 本章小结

第二章 丘陵茶园春季气温变化与低温灾害演变规律

2.1 丘陵茶园气候特征

2.1.1 茶树生长气候条件

2.1.2 丘陵茶园气候特征

2.2 丘陵茶园春季气温大中尺度变化

2.2.1 丘陵茶园气温年际变化

2.2.2 丘陵茶园气温春季日变化

2.3 丘陵茶园春季气温小尺度时空变化

2.3.1 丘陵茶园气温昼夜变化

2.3.2 丘陵茶园气温空间变化

2.4 丘陵茶园春季低温灾害演变规律

2.4.1 茶树春季低温灾害判定指标

2.4.2 春季低温灾害的演变分析

2.5 本章小结

第三章 丘陵茶园无线监测网络低功耗实现

3.1 构建丘陵茶园无线监测网络的要求

3.2 传感器节点开发

3.2.1 低功耗芯片选择

3.2.1 单个传感器节点组建

3.2.3 无线通信低功耗实现

3.3 无线低功耗网络的实现

3.3.1 增加休眠时间

3.3.2 控制发送功率

3.3.3 减少传输数据

3.3.4 网络优化与试验

3.4 本章小结

第四章 丘陵茶园低温灾害监测预警系统设计

4.1 丘陵茶园春季低温灾害决策预警系统结构

4.1.1 决策预警系统结构

4.1.2 数据库系统

4.1.3 预测模型库系统

4.1.4 决策预警规则

4.2 低温灾害决策预警系统功能实现

4.2.1 监测数据的采集与解析

4.2.2 低温灾害的预测分析与模型建立

4.2.3 低温灾害监测预警流程

4.3 丘陵茶园春季低温灾害无线监测预警系统设计

4.3.1 系统功能框架设计

4.3.2 系统工作流程设计

4.3.3 系统界面设计与实现

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究工作总结

5.2 后续工作与展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文及专利

硕士期间参与科研工作

附录