CN107995599A - 一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法。设置一种天然橡胶采集报警装置，利用液位传感器感应接胶桶内乳液的液位变化，利用视频摄像传感器、温湿度传感器监测橡胶林的生长环境，利用锚传感器节点及无线传感器自身的定位功能实现对监测目标的定位，引入频谱感知技术与无线传感器节点组成认知无线传感器网络，实现了天然橡胶的智能采集，橡胶林生长环境的监测等功能。本发明方法能够使采胶工人分工明确，快速准确找到待运输的接胶桶，极大地提高了采胶工人的工作效率。具有使用方便、响应速度快、测量精度高、结构简单、体积小、重量轻、防水、防虫、维护方便、应用面广的优点。

Description

一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法。

背景技术

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，是从橡胶树上采集而得。具有优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特性，且经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质。因此，它不仅为人们提供日常生活不可或缺的日用、医用等轻工橡胶产品，而且向采掘、交通、建筑、机械、电子等重工业和新兴产业提供各种橡胶制生产设备或橡胶部件。

橡胶产业链一般包括“橡胶种植—原料贸易—橡胶加工—下游消费”几个环节，其中天然橡胶的采集属于橡胶产业链的源头，是一切橡胶制品的原料。

目前天然橡胶的采集基本全靠人工采集：首先用割刀在橡胶树上割开一个倾斜30度左右的切口，切口的下部放一铝槽，由于乳管被割破，胶乳在膨压的作用下便沿着割刀方向向下流，经过铝槽注入固定在树上的接胶桶内（一般用陶瓷或铝制成），经过1-2小时，乳管内膨压下降，胶乳流量减少，当胶乳中部水分蒸发以及在胶乳固酶的作用下自然凝固，形成一条胶线，自动封闭割口。

在此采集过程中，当橡胶树被割口后，工人需要在橡胶林中不断走动，检查是否有割胶口封闭或橡胶乳液满桶情况，从而进行相应的处理。这种传统的人工天然橡胶采集方式，不仅需要大量的人工参与，且工作效率较低，不适合大面积的橡胶林管理。

本发明首先采用液位传感器监测接胶桶中的乳液变化，利用无线传感器网络的定位功能对接胶桶进行定位，可以使监控中心对橡胶树乳液的采集情况进行实时监控，使运输工人通过移动终端获取接胶桶的位置，从而能够快速找到需要运输的接胶桶。相对于传统的橡胶树乳液收集方式，极大地缩短了工人的工作时间，提高了工作效率，从而节省了大量的人力资源。其次，采用视频传感器和温湿度传感器对橡胶林的生长环境进行监测，一方面可以实现对橡胶林的有效日常管理及防火、防盗等监控功能，保障橡胶林的安全，保证胶农的合法收益，减少胶农的损失。另一方面还可以使橡胶产业链中的原料需求商实时掌握橡胶供货商的天然橡胶产量，从而调整自己的采购渠道及橡胶制品生产量。最后，引入频谱感知技术，能够缓解橡胶林周围无线环境所面临的频谱资源紧张问题，提高无线资源的频谱利用率，最终实现了频谱感知技术及定位技术在物联网橡胶林中的很好应用，推动了智慧农业的发展。

发明内容

本发明的目的是改善传统的天然橡胶采集方法及橡胶林的管理方法，克服现有技术及管理的缺陷，提供一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法。

具体步骤为：

(1)设置一种天然橡胶采集报警装置，包括：固定环、保护罩、导流槽、传感器支架、液位传感器、接胶桶和底座；固定环将保护罩固定在橡胶树上；保护罩位于导流槽及接胶桶正上方，将导流槽与接胶桶上方完全罩住；导流槽连接橡胶树割开口及接胶桶；液位传感器安装在接胶桶内的传感器支架上；接胶桶位于导流槽正下方；底座放在地面上，将接胶桶固定于导流槽正下方。

所述固定环用于将保护罩固定在橡胶树上。

所述保护罩用于保护导流槽及接胶桶，防止落叶、飞虫及雨水等掉入导流槽及接胶桶内，破坏橡胶树乳液的纯度。

所述导流槽尖头部分***割胶口下方的树干内，另一端放于接胶桶内，用于将橡胶树乳液导流至接胶桶内。

所述传感器支架分为两部分，顶部为一个正方形PVC片，用于放置传感器电路板，正方形PVC片中间正下方为一镀锌钢管，设置为圆柱形，用于放置液位传感器，能够保护液位传感器免受橡胶乳液的流动冲击。

所述液位传感器负责感应接胶桶中橡胶树乳液液位的变化，并与位置信息已知的锚传感器节点相结合，以确定液位传感器的位置，从而确定橡胶桶的位置。

所述接胶桶用于盛放橡胶树乳液，能够移动。

所述底座用于固定接胶桶，使接胶桶位于导流槽正下方。

(2)割胶工人在橡胶树上割开树皮，橡胶树乳液从切口处顺着导流槽流入接胶桶内。接胶桶内的液位传感器感应橡胶树乳液的液位信息，同时与位置信息已知的锚传感器节点相结合，对自身位置信息进行计算，从而确定液位传感器的位置，即接胶桶的位置，然后将液位信息与位置信息通过汇聚节点及授权网络实时传输至监控中心。当橡胶桶中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶的位置信息发送至运输工人的移动终端，运输工人根据位置信息便可准确找到待运输的接胶桶，从而实现了天然橡胶的智能采集监控。

(3)橡胶林监控***包括前端***、传输***及监控中心。前端***主要指感知层，包括液位传感器、锚传感器节点、温湿度传感器、视频摄像传感器和汇聚节点。液位传感器安装在接胶桶内的传感器支架上，锚传感器节点、温湿度传感器、视频摄像传感器及汇聚节点部署在橡胶林内。

所述温湿度传感器对橡胶林生长环境的温度和湿度进行数据信息采集，当达到设定温湿度时，触发监控中心的报警***进行报警，橡胶林管理者根据报警信息做出适当处理。

所述视频摄像传感器对橡胶林进行视频监控，能够实现防火、防盗等功能。

所述锚传感器节点为位置信息已知的节点，液位传感器、温湿度传感器及视频摄像传感器根据锚传感器节点计算自身的位置。

所述汇聚节点负责将液位传感器、温湿度传感器、视频摄像传感器采集到的信息及自身位置信息进行汇聚并通过授权网络转发至监控中心。

所述传输***指传输层，利用3G/4G、蓝牙或WiFi技术实现实时监测数据及位置信息的传输。

所述监控中心指应用层，包括报警***、监控端及移动终端，负责对接胶桶中的橡胶乳液进行实时监控。

所述监控端通过传输网络接收汇聚节点的信号，实时获取橡胶桶中橡胶树乳液的液位信息及橡胶桶的位置信息，当橡胶桶中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶的位置信息发送至运输工人的移动终端，以便运输工人能够及时准确地找到待运输的接胶桶。同时监控端还需要接收温湿度传感器及视频摄像传感器的信号，并进行相应处理。

(4)基于频谱感知的橡胶林无线传感器网络架构包括具有频谱感知能力的液位传感器、锚传感器节点、温湿度传感器和视频摄像传感器，这些感知节点均为无线节点，与汇聚节点组成认知无线传感器网络，感知节点首先从外部无线环境中通过感知算法感知空闲频谱，然后对检测到的可用频谱进行频谱分析，并估算其参数，根据分析得到的数据以及自身的需求信息选择适当的频谱，采用合适的算法进行接入，最后以自组织多跳的方式将数据信息发送至汇聚节点，汇聚节点再将这些数据通过授权网络发送至监控中心，即实现基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控。

本发明方法利用液位传感器感应接胶桶内乳液的液位变化，利用视频摄像传感器、温湿度传感器监测橡胶林的生长环境，利用锚传感器节点及无线传感器自身的定位功能实现对监测目标的定位，同时引入频谱感知技术与无线传感器节点组成认知无线传感器网络，充分利用周围无线环境的空闲频谱，实现了监测目标的定位，橡胶林生长环境的监测等功能。同时可以使采胶工人分工明确，专人负责割胶，专人负责运输，运输工人通过移动终端实时获取待运输的接胶桶的位置信息，从而能够快速找到需要运输的接胶桶，省去了逐个检查接胶桶及等待的时间，大大地提高了采胶工人的工作效率，实现橡胶林的信息化管理，适用于大面积的橡胶林管理。

附图说明

图1为本发明实施例中使用的天然橡胶采集报警装置的总体框图。

图2为本发明实施例中使用的天然橡胶采集报警装置的外观正面图。

图3为本发明实施例中使用的天然橡胶采集报警装置的导流槽正面图。

图4为本发明实施例中使用的天然橡胶采集报警装置的传感器支架俯视图。

图5为本发明实施例中使用的天然橡胶采集报警装置的无线传感器网络架构图。

图6为本发明中频谱感知过程图。

图中标记：1-橡胶树；2-固定环；3-保护罩；4-导流槽；5-传感器支架；6-液位传感器；7-接胶桶；8-底座；9-锚传感器节点；10-汇聚节点；11-温湿度传感器；12-视频摄像传感器。

具体实施方式

实施例：

(1)设置一种天然橡胶采集报警装置，包括：固定环2、保护罩3、导流槽4、传感器支架5、液位传感器6、接胶桶7和底座8；固定环2将保护罩3固定在橡胶树1上；保护罩3位于导流槽4及接胶桶7正上方，将导流槽4与接胶桶7上方完全罩住；导流槽4连接橡胶树割开口及接胶桶7；液位传感器6安装在接胶桶7内的传感器支架5上；接胶桶7位于导流槽4正下方；底座8放在地面上，将接胶桶7固定于导流槽4正下方。

所述固定环2用于将保护罩3固定在橡胶树1上。

所述保护罩3用于保护导流槽4及接胶桶7，防止落叶、飞虫及雨水等掉入导流槽4及接胶桶7内，破坏橡胶树乳液的纯度。

所述导流槽4尖头部分***割胶口下方的树干内，另一端放于接胶桶7内，用于将橡胶树乳液导流至接胶桶7内。

所述传感器支架5分为两部分，顶部为一个正方形PVC片，用于放置传感器电路板，正方形PVC片中间正下方为一镀锌钢管，设置为圆柱形，用于放置液位传感器6，可以保护液位传感器6免受橡胶乳液的流动冲击。

所述液位传感器6负责感应接胶桶7中橡胶树乳液液位的变化，并与位置信息已知的锚传感器节点9相结合，通过一定的算法计算液位传感器6的位置，从而确定橡胶桶7的位置。

所述接胶桶7用于盛放橡胶树乳液，能够移动。

所述底座8用于固定接胶桶7，使接胶桶7位于导流槽4正下方。

(2)割胶工人在橡胶树上割开树皮，橡胶树乳液从切口处顺着导流槽4流入接胶桶7内。接胶桶7内的液位传感器6感应橡胶树乳液的液位信息，同时与位置信息已知的锚传感器节点9相结合，对自身位置信息进行计算，从而确定液位传感器6的位置，即接胶桶7的位置，然后将液位信息与位置信息通过汇聚节点10及授权网络实时传输至监控中心。当橡胶桶7中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶7的位置信息发送至运输工人的移动终端，运输工人根据位置信息便可准确找到待运输的接胶桶7，从而实现了天然橡胶的智能采集监控。

(3)橡胶林监控***包括前端***、传输***及监控中心。前端***主要指感知层，包括液位传感器6、锚传感器节点9、温湿度传感器11、视频摄像传感器12和汇聚节点10。液位传感器6安装在接胶桶7内的传感器支架5上，锚传感器节点9、温湿度传感器11、视频摄像传感器12及汇聚节点10部署在橡胶林内。

所述温湿度传感器11对橡胶林生长环境的温度和湿度进行数据信息采集，当达到设定温湿度时，触发监控中心的报警***进行报警，橡胶林管理者即可根据报警信息做出适当处理。

所述视频摄像传感器12对橡胶林进行视频监控，可以实现防火、防盗等功能。

所述锚传感器节点9为位置信息已知的节点，液位传感器6、温湿度传感器11及视频摄像传感器12可以根据锚传感器节点9计算自身的位置。

所述汇聚节点10负责将液位传感器6、温湿度传感器11、视频摄像传感器12采集到的信息及自身位置信息进行汇聚并通过授权网络转发至监控中心。

所述传输***指传输层，主要利用3G/4G、蓝牙和WiFi 等技术实现实时监测数据及位置信息的传输。

所述监控中心指应用层，包括报警***、监控端及移动终端，负责对接胶桶7中的橡胶乳液进行实时监控。

所述监控端通过传输网络接收汇聚节点10的信号，实时获取橡胶桶7中橡胶树乳液的液位信息及橡胶桶7的位置信息，当橡胶桶7中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶7的位置信息发送至运输工人的移动终端，以便运输工人能够及时准确地找到待运输的接胶桶7。同时监控端还需要接收温湿度传感器11及视频摄像传感器12的信号，并进行相应处理。

(4)基于频谱感知的橡胶林无线传感器网络架构包括具有频谱感知能力的液位传感器6、锚传感器节点9、温湿度传感器11和视频摄像传感器12，这些感知节点均为无线节点，与汇聚节点10组成认知无线传感器网络，感知节点首先从外部无线环境中利用一定的感知算法感知空闲频谱，然后对检测到的可用频谱进行频谱分析，并估算其参数等，根据分析得到的数据以及自身的需求信息选择适当的频谱，采用合适的算法进行接入，最后以自组织多跳的方式将数据信息发送至汇聚节点10，汇聚节点10再将这些数据通过授权网络发送至监控中心。即实现了基于频谱感知的橡胶林的监控作用。

Claims (1)

1.一种基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控方法，其特征在于具体步骤为：

(1)设置一种天然橡胶采集报警装置，包括：固定环、保护罩、导流槽、传感器支架、液位传感器、接胶桶和底座；固定环将保护罩固定在橡胶树上；保护罩位于导流槽及接胶桶正上方，将导流槽与接胶桶上方完全罩住；导流槽连接橡胶树割开口及接胶桶；液位传感器安装在接胶桶内的传感器支架上；接胶桶位于导流槽正下方；底座放在地面上，将接胶桶固定于导流槽正下方；

所述固定环用于将保护罩固定在橡胶树上；

所述保护罩用于保护导流槽及接胶桶，防止落叶、飞虫及雨水等掉入导流槽及接胶桶内，破坏橡胶树乳液的纯度；

所述导流槽尖头部分***割胶口下方的树干内，另一端放于接胶桶内，用于将橡胶树乳液导流至接胶桶内；

所述传感器支架分为两部分，顶部为一个正方形PVC片，用于放置传感器电路板，正方形PVC片中间正下方为一镀锌钢管，设置为圆柱形，用于放置液位传感器，能够保护液位传感器免受橡胶乳液的流动冲击；

所述液位传感器负责感应接胶桶中橡胶树乳液液位的变化，并与位置信息已知的锚传感器节点相结合，以确定液位传感器的位置，从而确定橡胶桶的位置；

所述接胶桶用于盛放橡胶树乳液，能够移动；

所述底座用于固定接胶桶，使接胶桶位于导流槽正下方；

(2)割胶工人在橡胶树上割开树皮，橡胶树乳液从切口处顺着导流槽流入接胶桶内；接胶桶内的液位传感器感应橡胶树乳液的液位信息，同时与位置信息已知的锚传感器节点相结合，对自身位置信息进行计算，从而确定液位传感器的位置，即接胶桶的位置，然后将液位信息与位置信息通过汇聚节点及授权网络实时传输至监控中心；当橡胶桶中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶的位置信息发送至运输工人的移动终端，运输工人根据位置信息便可准确找到待运输的接胶桶，从而实现了天然橡胶的智能采集监控；

(3)橡胶林监控***包括前端***、传输***及监控中心；前端***主要指感知层，包括液位传感器、锚传感器节点、温湿度传感器、视频摄像传感器和汇聚节点；液位传感器安装在接胶桶内的传感器支架上，锚传感器节点、温湿度传感器、视频摄像传感器及汇聚节点部署在橡胶林内；

所述温湿度传感器对橡胶林生长环境的温度和湿度进行数据信息采集，当达到设定温湿度时，触发监控中心的报警***进行报警，橡胶林管理者根据报警信息做出适当处理；

所述视频摄像传感器对橡胶林进行视频监控，能够实现防火、防盗等功能；

所述锚传感器节点为位置信息已知的节点，液位传感器、温湿度传感器及视频摄像传感器根据锚传感器节点计算自身的位置；

所述汇聚节点负责将液位传感器、温湿度传感器、视频摄像传感器采集到的信息及自身位置信息进行汇聚并通过授权网络转发至监控中心；

所述传输***指传输层，利用3G/4G、蓝牙或WiFi技术实现实时监测数据及位置信息的传输；

所述监控中心指应用层，包括报警***、监控端及移动终端，负责对接胶桶中的橡胶乳液进行实时监控；

所述监控端通过传输网络接收汇聚节点的信号，实时获取橡胶桶中橡胶树乳液的液位信息及橡胶桶的位置信息，当橡胶桶中的橡胶树乳液液位达到设定数值时，报警***发出报警，监控端将发出报警信号的接胶桶的位置信息发送至运输工人的移动终端，以便运输工人能够及时准确地找到待运输的接胶桶；同时监控端还需要接收温湿度传感器及视频摄像传感器的信号，并进行相应处理；

(4)基于频谱感知的橡胶林无线传感器网络架构包括具有频谱感知能力的液位传感器、锚传感器节点、温湿度传感器和视频摄像传感器，这些感知节点均为无线节点，与汇聚节点组成认知无线传感器网络，感知节点首先从外部无线环境中通过感知算法感知空闲频谱，然后对检测到的可用频谱进行频谱分析，并估算其参数，根据分析得到的数据以及自身的需求信息选择适当的频谱，采用合适的算法进行接入，最后以自组织多跳的方式将数据信息发送至汇聚节点，汇聚节点再将这些数据通过授权网络发送至监控中心，即实现基于频谱感知技术的天然橡胶采集监控。