多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括固定在立桿頂部的無線傳感器，相鄰的無線傳感器之間均勻分布，無線傳感器分別通過數(shù)據(jù)傳輸模塊依次銜接數(shù)據(jù)監(jiān)測控制器、數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)傳輸模塊連接有管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊，數(shù)據(jù)管理中心通過路由器銜接遠(yuǎn)程客戶端，無線傳感器的表面安裝有太陽能光伏板，無線傳感器的內(nèi)部安裝有主控制電路，主控制電路的一端連接有水分鹽分溫度傳感器，主控制電路的另一端連接有濕度傳感器，濕度傳感器的一側(cè)安裝有溫度傳感器，利于鹽堿地快速治理和調(diào)控、農(nóng)田土壤肥力快速提升等技術(shù)的研發(fā)，是一種很好的創(chuàng)新方案，很有市場推廣前景。
【專利說明】
多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及土壤水鹽監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究是渤海糧倉科技示范工程項(xiàng)目的一個(gè)子課，“環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須以“鹽堿土壤改良與中低產(chǎn)田地力提升技術(shù)研究”科學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，針對環(huán)勃海鹽堿地區(qū)各自的關(guān)鍵科學(xué)問題，采用多尺度、多層嵌套、多源異構(gòu)傳感器的部署方式，實(shí)現(xiàn)對全區(qū)域不同尺度土壤水鹽要素自動(dòng)化、智能化、時(shí)空協(xié)同的分布式綜合觀測，全面提高環(huán)勃海鹽堿地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)過程的綜合觀測能力和觀測自動(dòng)化水平，環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的重要作用及其建設(shè)意義體現(xiàn)如下:
[0003]I)建立環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式的地面觀測，用于定量刻畫環(huán)勃海鹽堿地區(qū)尺度時(shí)空異質(zhì)性較強(qiáng)的土壤水鹽變量的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其不確定性。水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)除了具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)獲取能力，還具有小型化、集成化和高效節(jié)能的突出優(yōu)勢，便于野外大范圍安裝布設(shè)和維護(hù)。更為突出的是系統(tǒng)是一種智能化網(wǎng)絡(luò)，通過各種通訊技術(shù)可將各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，形成傳感器矩陣，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單點(diǎn)觀測無能為力的區(qū)域尺度土壤水鹽的時(shí)空連續(xù)監(jiān)測；能夠精細(xì)觀測區(qū)域土壤水鹽過程的空間變化特征和空間變異性，連續(xù)捕捉土壤水鹽變量的空間場分布特征和時(shí)間演進(jìn)過程。
[0004]2)環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)遙感真實(shí)性檢驗(yàn)的全新技術(shù)手段，要實(shí)現(xiàn)遙感的地面真實(shí)性檢驗(yàn)，必須同時(shí)保證時(shí)間的精確同步和地面觀測的代表性。鑒于遙感傳感器的瞬時(shí)觀測特性以及地表變量的快速變化，尤其是地表溫度和濕度狀態(tài)，即使依靠“人海戰(zhàn)術(shù)”也難以做到精準(zhǔn)的地面同步觀測；而且即便采用統(tǒng)一的測量儀器和觀測規(guī)范，人工測量也永遠(yuǎn)不可能避免主觀性帶來的不確定性，而這種不確定性是難以統(tǒng)計(jì)度量的。水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中各觀測節(jié)點(diǎn)都可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，調(diào)整其觀測頻率或指定觀測時(shí)刻，以實(shí)現(xiàn)與星載/機(jī)載遙感傳感器的精確同步測量;而且儀器的觀測誤差可通過系統(tǒng)的比對試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定和評估，有利于獲得標(biāo)準(zhǔn)化、一致性且誤差可度量的高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)。
[0005]3)環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取與管理平臺(tái)，野外自然條件惡劣，太陽能供電不足、氣溫過低以及人為破壞等多種因素均會(huì)引起儀器故障，導(dǎo)致無法彌補(bǔ)的數(shù)據(jù)損失;而環(huán)勃海鹽堿地區(qū)單靠人力定期巡檢維護(hù)是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決這些問題的。因此需要建立統(tǒng)一的水鹽動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控各節(jié)點(diǎn)傳感器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)檢查觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的自動(dòng)診斷和報(bào)警，最大程度避免數(shù)據(jù)缺失問題。
[0006]綜上所述，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，特別需要多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在著的不足，而在實(shí)際的過程中造成很大的影響，本實(shí)用新型提出多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新穎，能夠方便的進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)靈活的進(jìn)行傳輸，已解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括固定在立桿頂部的無線傳感器，相鄰的無線傳感器之間均勻分布，無線傳感器分別通過數(shù)據(jù)傳輸模塊依次銜接數(shù)據(jù)監(jiān)測控制器、數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)傳輸模塊連接有管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊，數(shù)據(jù)管理中心通過路由器銜接遠(yuǎn)程客戶端，無線傳感器的表面安裝有太陽能光伏板，無線傳感器的內(nèi)部安裝有主控制電路，主控制電路的一端連接有水分鹽分溫度傳感器，主控制電路的另一端連接有濕度傳感器，濕度傳感器的一側(cè)安裝有溫度傳感器。
[0010]進(jìn)一步，所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0011]在本實(shí)用新型所述的遠(yuǎn)程客戶端包含有手機(jī)端和電腦端，遠(yuǎn)程客戶端的表面設(shè)置的輸出端口銜接打印設(shè)備。
[0012]在本實(shí)用新型的所述的無線傳感器的表面設(shè)置有戶外防水外框。
[0013]進(jìn)一步，所述的無線傳感器的頂部安裝有避雷針。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:本產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取能力強(qiáng)，使得模型與觀測數(shù)據(jù)的無縫集成成為可能，對環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)模擬和預(yù)報(bào)具有重要意義，同時(shí)也是土壤鹽漬化研究工作中的重要內(nèi)容，為鹽堿地快速治理和調(diào)控、農(nóng)田土壤肥力快速提升等技術(shù)的研發(fā)，建立濱海鹽喊地區(qū)尚廣尚效穩(wěn)定的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)，也為遙感真實(shí)性檢驗(yàn)提供了嶄新的技術(shù)手段，將在水循環(huán)、鹽堿地治理、遙感等方面發(fā)揮日益重要的作用，實(shí)用性能優(yōu)，是一種很好的創(chuàng)新方案，很有市場推廣前景。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來詳細(xì)說明本實(shí)用新型:
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型的無線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中100-無線傳感器，110-數(shù)據(jù)傳輸模塊，120-無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊，130-數(shù)據(jù)監(jiān)測控制器，140-數(shù)據(jù)管理中心，150-遠(yuǎn)程客戶端，111-立桿，112-太陽能光伏板，113-主控電路板，114-水分鹽分溫度傳感器，115-濕度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0020]參見圖1、圖2，多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括固定在立桿111頂部的無線傳感器100，相鄰的無線傳感器100之間均勻分布，無線傳感器100分別通過數(shù)據(jù)傳輸模塊110依次銜接數(shù)據(jù)監(jiān)測控制器130、數(shù)據(jù)管理中心140，數(shù)據(jù)傳輸模塊110連接有管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊120，數(shù)據(jù)管理中心140通過路由器銜接遠(yuǎn)程客戶端150，無線傳感器100的表面安裝有太陽能光伏板112，無線傳感器100的內(nèi)部安裝有主控制電路113，主控制電路113的一端連接有水分鹽分溫度傳感器114，主控制電路113的另一端連接有濕度傳感器115，濕度傳感器115的一側(cè)安裝有溫度傳感器。
[0021]另外，數(shù)據(jù)傳輸模塊110采用GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程客戶端150包含有手機(jī)端和電腦端，遠(yuǎn)程客戶端150的表面設(shè)置的輸出端口銜接打印設(shè)備，無線傳感器100的表面設(shè)置有戶外防水外框，無線傳感器100的頂部安裝有避雷針。
[0022]根據(jù)項(xiàng)目的要求建設(shè)一個(gè)能夠覆蓋全渤海地區(qū)的高可靠、專業(yè)化、低成本、覆蓋范圍廣的專業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)選用了公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)GPRS，在環(huán)勃海區(qū)域的實(shí)驗(yàn)區(qū)及農(nóng)場中選采用SD1-12總線網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采集局域土壤參數(shù)數(shù)據(jù)后再通過DTU數(shù)據(jù)傳輸終端連接到公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)GPRS網(wǎng)絡(luò)。
[0023]SD1-12總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議則是近年來歐美國家在水利水文、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測中廣泛使用的一種串行數(shù)據(jù)通訊接口協(xié)議，是為采集環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)總線，傳感器特征為內(nèi)部電池供電、內(nèi)嵌微處理器。該總線適用于設(shè)備電池供電而且要求最小的電流損耗，使用一個(gè)數(shù)據(jù)采集器與多個(gè)傳感器在一根電纜線上鏈接，適用于基于微處理器的傳感器，執(zhí)行復(fù)雜的校準(zhǔn)算法而且要求傳感器自己內(nèi)部計(jì)算。SDI 總線可以連接至少30個(gè)傳感器。每個(gè)傳感器的連接長度可以達(dá)到60.96米。數(shù)據(jù)采集器連接的傳感器越少連接距離可以越長。使用該協(xié)議的傳感器具有休眠與喚醒機(jī)制。當(dāng)不進(jìn)行工作時(shí)即進(jìn)入休眠。SD1-12總線為單線總線技術(shù)，即在一根數(shù)據(jù)線上進(jìn)行雙向半雙工數(shù)據(jù)交換，波特率為1200。同時(shí)，它是一種標(biāo)準(zhǔn)的接口方式，提供連接數(shù)據(jù)采集器和智能傳感器的方法，可以讓電池電力提供最長的電力保證，這為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的野外布設(shè)提供了可能。在智能化方面，SD1-12是一種智能傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的連接接口。它具有獨(dú)特的自身校準(zhǔn)運(yùn)算法則，可以應(yīng)用于智能傳感器;傳感器的電能是由接口提供的，不需要額外的電纜;傳感器使用的是低消耗的EEPROM(electrically erasable programmableread only memory)用來標(biāo)定相關(guān)的系數(shù)和其他的信息的。相比其他RS232、RS485、RS422和CAN等總線，該總線不僅規(guī)定了總線的硬件電器接口同時(shí)也規(guī)定了通信協(xié)議，而且對傳感器的一些命令在不同類型的傳感器上是通用的，只要該傳感器支持SD1-12總線協(xié)議。
[0024]無棣實(shí)驗(yàn)區(qū)選擇有代表性、重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)處理盆栽隔鹽試驗(yàn)，進(jìn)行先期布設(shè)20支水鹽傳感器，采用水文SD1-12總線測量技術(shù)構(gòu)建水鹽數(shù)據(jù)監(jiān)測站，其特點(diǎn)是僅用一條電纜即可連接所有的傳感器，減小線纜過多對稱量精度的影響及電纜施工量。水鹽傳感器選用Decagon 5TE土壤傳感器，采用SDI__12總線，具有降低功耗，安裝方便。具有性能穩(wěn)定、讀數(shù)響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)監(jiān)測站由SD1-12總線集線器，DTU數(shù)據(jù)傳輸終端，太陽能供電系統(tǒng)及Decagon 5TE土壤傳感器組成。
[0025]各管理中心之間通過Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。并通過防火墻、防病毒軟件，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。管理監(jiān)控中心主要由web服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊設(shè)備、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成。
[0026]采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)，B/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝其他任何專門的軟件，只要有一臺(tái)能上網(wǎng)的電腦就能使用，用戶客戶端只需要支持標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器(IE或Netscape瀏覽器)，系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易，最大限度的降低信息部門對最終用戶端的系統(tǒng)支持和維護(hù)工作。
[0027]鹽監(jiān)測系統(tǒng)在信息采集的基礎(chǔ)上，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)、實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)等。直觀地反映濱海鹽堿地區(qū)土壤鹽分狀況的時(shí)空分布。
[0028]數(shù)據(jù)通信模塊管理中心遙測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)并發(fā)布到分中心，將分中心的指令傳送到管理中心，數(shù)據(jù)采集模塊對遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性、有效性檢查、數(shù)據(jù)格式及工程單位轉(zhuǎn)換、格式化等處理。
[0029]本實(shí)用新型有效果為:設(shè)計(jì)新穎，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取能力強(qiáng)，使得模型與觀測數(shù)據(jù)的無縫集成成為可能，對環(huán)勃海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)模擬和預(yù)報(bào)具有重要意義，同時(shí)也是土壤鹽漬化研究工作中的重要內(nèi)容，為鹽堿地快速治理和調(diào)控、農(nóng)田土壤肥力快速提升等技術(shù)的研發(fā)，建立濱海鹽堿地區(qū)高產(chǎn)高效穩(wěn)定的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)，也為遙感真實(shí)性檢驗(yàn)提供了嶄新的技術(shù)手段，將在水循環(huán)、鹽堿地治理、遙感等方面發(fā)揮日益重要的作用，實(shí)用性能優(yōu)，是一種很好的創(chuàng)新方案，很有市場推廣前景。
[0030]本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括固定在立桿頂部的無線傳感器，其特征在于:相鄰的無線傳感器之間均勻分布，無線傳感器分別通過數(shù)據(jù)傳輸模塊依次銜接數(shù)據(jù)監(jiān)測控制器、數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)傳輸模塊連接有管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊，數(shù)據(jù)管理中心通過路由器銜接遠(yuǎn)程客戶端，無線傳感器的表面安裝有太陽能光伏板，無線傳感器的內(nèi)部安裝有主控制電路，主控制電路的一端連接有水分鹽分溫度傳感器，主控制電路的另一端連接有濕度傳感器，濕度傳感器的一側(cè)安裝有溫度傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程客戶端包含有手機(jī)端和電腦端，遠(yuǎn)程客戶端的表面設(shè)置的輸出端口銜接打印設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線傳感器的表面設(shè)置有戶外防水外框。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多層嵌套三網(wǎng)融合水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線傳感器的頂部安裝有避雷針。
【文檔編號】G01N33/24GK205506818SQ201620141728
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】李漢俠, 歐陽竹, 李林峰
【申請人】中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所