基于物联网的土壤环境感知

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在地理学研究中,人们通过各种手段和仪器进行对地理环境的感知。在传统的定位研究方法中,依靠人工的方式进行地理信息的采集和储存,不仅消耗了大量的人力物力,同时存在着低效率高成本的问题。随着近些年来物联网技术和无线通信技术的发展和成熟,自动化和信息化的手段已经广泛用于地理信息的获取和监测。在进行土壤定位研究和实施精准农业中对这些信息化、智能化技术进行应用,可以提高研究和农业生产的实际效率,同时可以有效的节省人力和设备资源并有效的控制农业环境污染。论文基于土壤定位研究和实施精准农业的功能需求,应用了物联网技术和无线通信技术,设计并实现应用于土壤环境感知的地理信息系统,主要研究内容如下:(1)物理感知层——地理信息数据采集方法研究。通过物理感知层的传感器设备对地理信息进行连续的采集、校验和编码传输。感知层采用了以STM32F103R为微处理器的DTU设备作为感知终端的核心设备,通过采用MODBUS-RTU通信标准的土壤信息变送器进行地理信息的持续采集,DTU设备采用被动自动的采集方式,定时发送问询帧获取采集到的地理信息,进行校验后编码并发送到LTE通信模块。(2)网络层——土壤信息数据远程传输。通过DTU设备搭载的EC20 R2.1-MINIPCIE模块,调用模块支持的AT指令集,应用TCP通信协议通过4G网络进行编码后地理信息数据的远程无线传输。远程服务端设备通过Socket监听实现远程的数据采集服务,并将接收到的数据帧进行校验和数据库输入。(3)应用层——地理信息数据库设计。本文中使用SQL Server来进行数据库存储,数据库为应用层的后端核心,在对应用层实现的功能进行设计后,根据需要实现的数据库输入储存、地理信息监测显示、数据库导出服务针对性的进行数据库的设计。应用层——地理信息服务。地理信息服务分为三部分:数据库输入、数据信息导出和数据监测。数据库输入是在接受校验数据帧后,对底层数据库进行数据添加操作用于储存连续的地理信息数据,并对设备信息和监测信息数据库进行更新操作,更新传感器在线状态及最后采集到的地理信息数据,用于数据监测显示和传感器信息导出。数据信息导出通过传感器编号和日期分别对设备信息数据库和底层数据库进行数据查询、显示功能并提供数据导出功能,在本文研究中,传感器信息以点为几何数据信息导出为.MIF和.MID文件,底层数据库查询导出为Excel工作表。数据监测功能通过发布为web网站,通过Asp.Net实现数据可视化功能,根据登录的用户组Session信息对监测信息数据库进行查询显示并进行定时刷新。在完成地理信息系统的设计与实现后,通过对各个模块单独进行调试并最后进行系统整体调试之后,可知论文设计的用于定位研究基于物联网技术的地理信息系统具有切实的可行性,能够满足定位研究的功能需求,并且具有较好的安全和稳定性。系统本身留有额外的数据和功能接口(例如感知终端预留了RS232串口接口,可以通过类似于本文中用于系统调试信息输出的方法进行实时感知端信息输出,增加系统的稳定性,也可以用于接入其他的智能嵌入式模块,用于实现GPS差分基站、太阳能智能供电模组等功能),可以在此基础上继续进行开发,实现更多的功能。
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