CN115996365B - 一种深远海养殖环境的数据采集方法及*** - Google Patents
一种深远海养殖环境的数据采集方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于数据采集、智能养殖技术领域，提出了一种深远海养殖环境的数据采集方法及***，具体为：在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点，节点探测获得其他节点的信号强度；然后筛选出存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；再每隔一个时间段，为非失险节点分配备份节点，进行定时数据备份，最后数据采集结束，回收节点。对节点之间相对位置和通信能力综合量化，从而提出备份目标节点的分配策略，大大提高各个节点备份信息时的稳定性和时效性，对节点之间相对位置和通信能力综合量化，形成备份目标节点的分配策略，大大提高各个节点备份信息时的稳定性和时效性。
Description
技术领域
本发明属于数据采集、智能养殖技术领域，具体涉及一种深远海养殖环境的数据采集方法及***。
背景技术
为了可持续地养殖品质优秀的海产，海产养殖领域内中普遍使用深远海养殖平台进行海产养殖，而深远海养殖平台的构建离不开对海域内进行数据采样，采集数据包括水域的溶解氧、温度、PH值、盐度、湿度、浊度、大气压环境等参数，进行采集以判断一片海域或者一个海域位置是否适合用于养殖特定品种的海产。领域内用于深远海数据采集的惯用方法是，通过监测船或者海洋机器人进行数据采集，因此需要耗费巨大的人力物力，从而为构建深远海养殖平台的前期探索设立了巨大的门槛；同时，通过探测的数据来源由于探测的方式过于单一具而有很大局限性和特殊性。
为了适应惯用采集数据方法的局限性和特殊性，同时降低构建深远海养殖平台的前期探索的经济成本，提高海洋数据采集的效率，现有一种深远海养殖环境的数据采集方法，通过对特定海域内随机投放的深潜浮标进行数据采集，然而深潜浮标由于海洋的洋流或者鱼类活动，深潜浮标的轨迹具有巨大的不确定性；同时深潜浮标收集的过程难以达到百分百的回收率，以至于宝贵的深远海数据遗失；另外，由于深潜浮标的电量是有限的，用于数据采集的电量与用于数据收发的电量需要达到平衡来提高信息采集的效率，因此亟需深远海养殖环境的数据采集方法来确保对采集到的数据的完整性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种深远海养殖环境的数据采集方法及***，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种深远海养殖环境的数据采集方法，所述方法包括以下步骤：
S100，在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点；
S200，节点探测获得其他节点的信号强度；
S300，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
S400，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份；
S500，数据采集结束，回收节点。
进一步地，在步骤S100中，所述在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点的方法是：在需要进行数据采集的海洋区域内，均匀随机地投放浮标，所述浮标包括用于采集溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度中任意一种或多种的传感器，所述浮标能够通过调节浮力确保在深度区间内进行数据采集，并且存储到节点的内存；所述深度区间为[-500,-1]米；以投放到海域内并且正在进行数据采集的浮标作为节点；其中数据采集的数据包括溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度。其中，所述浮标为专利公开号为CN102167136A或者CN110884616A的浮标。
进一步地，在步骤S200中，节点探测获得其他节点的信号强度的方法是：节点之间通过无线通讯技术进行数据传输，节点实时地探测附近的节点并且获得信号强度RSSI。
进一步地，在步骤S300中，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点的方法是：设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
每隔TMark对各个节点计算第二失险水平，以计算第二失险水平的当前节点记作第二节点，并以第二节点以外的节点记作第二散落节点；第二节点实时地获取对各个第二散落节点的信号强度，以同一时刻下各个第二散落节点的信号强度中的最大值作为信号峰度；将最近的niw个时刻的信号峰度构成一个序列记作Tls；
如果Tls中的一个时刻与上一个时刻的信号峰度均来自同一个第二散落节点，则定义第二节点在该时刻发生一次峰同源事件，如果在Tls中有连续若干个时刻发生峰同源事件，则定义该若干个时刻发生相继同源事件，以相继同源事件所占的时刻数量拥有最大值的相继同源事件所对应的第二散落节点记作强源节点，如果一个时刻下有W1个第二散落节点比强源节点的点的信号强度大，则该时刻获得W1个强源标记，W1为变量，同一时刻下获得的强源标记总数与第二散落节点的总量的比值记作StrRt；以发生峰同源事件的总次数与niw的比值记作第二节点的峰同源频值HSRt，将各个第二节点的峰同源频值的平均值记作e(HSRt)；计算第二节点的第二失险水平LRLv：LRLv＝ln(HSRt/(1-e(StrRt)))；其中e(StrRt)代表各个时刻的StrRt值的算术平均值,将各个第二节点的第二失险水平中的最大值记作max(LRLv)；ln()为自然常数为底的对数函数；
当有第二节点符合HSRt＜e(HSRt)并且符合LRLv＜0.5×max(LRLv)，则定义该节点为失险节点，失险节点实时地将采集到的数据发送到强源节点以进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点。
失险节点实际上是在浮标遇到漂流、在上浮/下沉过程中等原因，由于漂流、海水的深度加深或者障碍物的隔阻导致浮标信号遭遇大幅度的强度衰减问题的节点。
进一步地，在步骤S300中，对节点之间的相对稳定性的计算依赖于全体节点的信号强度， 这时会引起数据过拟合的问题，然而现有技术并无法解决这个实例中数据过拟合的问题，所以为了使失险节点的计算更加具有灵活度并解决该问题，消除数据过拟合引起的量化相对稳定性时引起误差的现象，本发明提出了一个更优选的方案如下：
优选地，在步骤S300中，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点的方法还可以是：设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
每隔TMark对各个节点计算联程度水平和第一失险水平：以计算联程度水平和第一失险水平的当前节点记作第一节点，将第一节点以外的节点作为第一散落节点,计算第一节点对各个第一散落节点的联程度CTLv，以各个第一散落节点的联程度CTLv中的最大值作为第一节点的第一失险水平，以各个第一散落节点的联程度CTLv中的中位数作为第一节点的联程度水平；
其中计算第一节点对各个第一散落节点的联程度CTLv的方法是：以i1作为第一散落节点的序号，将第一节点对第i1个第一散落节点的最近的niw个时刻的信号强度构成一个序列记作Rlsi1，将一个时刻与上一个时刻的信号强度的差值记作信强差Dr，则将第一节点对第i1个第一散落节点的最近的niw个时刻的信强差构成一个序列记作Dlsi1；则第i1个第一散落节点的联程度CTLvi1的计算方法是：
CTLvi1=dmn(Rlsi1)×PRsk(Dlsi1)
其中dmn(Rlsi1))为行度标志值，PRsk(Rlsi1)为联程共频度，其中行度标志值的计算方法是：
其中i2为累加变量，Rlsi1(i2)为Rlsi1中第i2个元素，cvti1为Rlsi1中的最大值与平均值之比；nlgri2为Rlsi1的各个元素中数值比Rlsi1(i2)大的元素的个数；
联程共频度的计算方法是：如果一个时刻对应的信号强度比其前一个时刻的数值大而且比其下一个时刻的数值都大，或者如果一个时刻对应的信号强度比其前一个时刻的数值大而且比其下一个时刻的数值都小，则定义该时刻为边界值时刻，否则定义为徘徊值时刻（出现局部极值的时刻）；
获取Dlsi1中各个徘徊值时刻对应的元素构成一个序列记作hs_DLsi1，则联程共频度为：PRsk(Dlsi1)＝ln(n_ng÷len(hs_DLsi1))；其中ln()为自然常数为底的对数函数，n_ng代表hs_DLsi1中数值为负值的元素的个数，len(hs_DLsi1)代表hs_DLsi1中元素的总个数；
如果一个节点的第一失险水平小于所有节点的联程度水平的算术平均值，则定义该节点为失险节点，失险节点实时地将采集到的数据发送到联程度拥有最大值的第一散落节点以进行实时数据备份，并以失险节点以外的节点作为非失险节点。
有益效果：由于失险节点是通过各个节点之间的信号强度计算获得的，对节点在群体中的边缘程度进行量化，所以能够准确的标记出存在离群风险的节点，因此能够对水流或者鱼群等不稳定因素引起位置变化的节点进行风险预估，增强数据备份的可靠性和数据采集的完整性。
进一步地，在步骤S400中，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份的方法是：
以TMark内节点实时采集获得的数据作为第一类数据；以TMark内非失险节点从失险节点获得的数据作为第二类数据；
设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，每隔时间TMark通过计算选出非失险节点，为所有非失险节点增加未配对节点标记，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
计算获得各个非失险节点之间的信道优度值，将各个信道优度值从大到小进行排列获得信道优度序列，从信道优度序列第一个元素开始遍历各个元素，为元素所对应的两个非失险节点互相设定为备份节点，并删除所述两个非失险节点的未配对节点的标记，如果非失险节点的数量为双数，则遍历直到所有非失险节点均被删除未配对节点的标记为止；如果非失险节点的数量为单数，则遍历直到剩下最后一个未被删除未配对节点标记的非失险节点，并将该节点待备份的数据标记为第三类数据；最后各个非失险节点分别将第一类数据、第二类数据和第三类数据发送到备份节点进行备份；第三类数据备份成功后删除第三类数据标记。
其中，两个非失险节点之间的信道优度值为：以待计算信道优度值的两个非失险节点分别记作第一优度节点与第二优度节点，以第一优度节点对第二优度节点的子信道优度值和第二优度节点对第一优度节点的子信道优度值的较小值作为两个非失险节点之间的信道优度值；
子信道优度值的计算方法是:以计算子信道优度值的当前非失险节点记作优度待算节点，除当前非失险节点外的其余非失险节点作为指向节点；以j1作为指向节点的序号，则优度待算节点对第j1个指向节点的子信道优度值SWLDg为：SWLDgj1＝em(RSSIj1)×Pem×exp(-Pdrj1)；
其中RSSIj1代表优度待算节点对第j1个指向节点的信号强度；将优度待算节点对第j1个指向节点最近m分钟内的信号强度的算术平均值记作周期信号em(RSSIj1),m∈[1,3]分钟，Pem代表TMark内各次测得RSSIj1的数值比em(RSSIj1)大的次数与niw的比值，exp()代表自然常数e为底的指数函数，Pdrj1代表当前周期信号em(RSSIj1)在各个指向节点的周期信号从大到小排列时的序数。
正在上浮过程中的浮标节点或者浮在海洋表面的浮标节点，由于浮标节点在相对位置较浅其信号强度碰到地形/海水衰减程度相对较弱，因此敏感度相对于深水中的浮标节点的信号强度有大幅差距，它们之间的信号强度弱会体现出信号传输的相对失真，而通过将上述信道优度值过程中将所有非失险节点的信号都囊括到运算过程以解决上述失真问题，对深水中信号强度低的节点存在过于数据精度敏感的现象，导致信道优度值的结果对非失险节点群体相对集中分布的时候比较精确，但是当非失险节点群体相对零散分布时结果不够精确的问题；同时现有技术并无法解决所述问题，为了使信道优度值的运算更好并解决所述问题，对非失险节点群体的分布不规则现象则具有更强的包容性，因此本发明提出了一个更优选的方案计算信道优度值，具体方法如下：
优选地，在步骤S400中，两个非失险节点之间的信道优度值为：
将一个非失险节点获取对其他各个非失险节点的信号强度并按从大到小排列，形成该非失险节点的信号强度序列；将信号强度序列的一个元素与其下一个元素的差记作该元素的信号落级，获取信号落级数值拥有最大值的元素在信号强度序列中对应的序号作为非失险节点的信号落级数；将各个非失险节点的信号落级数中位数记作链路张度wth；
以待计算信道优度值的两个非失险节点分别记作第一优度节点与第二优度节点，以第一优度节点对第二优度节点的次信道优度值和第二优度节点对第一优度节点的次信道优度值的算术平均值作为两个非失险节点之间的信道优度值SWLDg；
次信道优度值的计算方法是：以计算次信道优度值的当前非失险节点记作次待算节点，以其余非失险节点作为次指向节点，以次待算节点历史上各个时刻的信号强度序列中的最大值构成的序列记作RHls，以RHls中一个元素的前wth个元素的算术平均值作为该元素的峰势值；当RHls中的一个元素的峰势值比其前一个元素和后一个元素的峰势值都大，则定义该元素对应的时刻发生峰势谷事件；从当前时刻往前搜索获得RHls中峰势值首次出现峰势谷事件时对应时刻的序号记作t(BoR)；以i3作为次指向节点的序号，则次待算节点对第i3个次指向节点的子信道优度值SWLDg为：SWLDgi3＝ln(RSSIi3×(1＋CDRt)/meanwth)(ReU(wth))-1；
其中meanwth代表次待算节点的信号强度序列的前wth个元素的平均值；以CDRt代表前t(BoR)个时刻中第i3个次指向节点被次待算节点选做备份节点的频率；以同一时刻下次待算节点的前wth个元素对应的次指向节点作为同节选节点DoTi；以当前时刻下次待算节点的前wth个元素对应的次指向节点作为当节选节点DoCr；以SDT代表前t(BoR)个时刻下的各个DoTi的元素可重复的集合；以ReU(wth)代表DoCr在SDT中所占的比率。
有益效果：由于信道优度值是根据各个非失险节点所有信号强度的集合计算得到，并且统筹结合了各个节点用于收发信息的有向信号强度；对节点之间相对位置和通信能力综合量化，从而提出备份目标节点的分配策略，大大提高各个节点备份信息时的稳定性和时效性；增强了浮标在深远海不可控因素带来水体流动环境的适应性，从而让各个浮标采集的数据最大限度的得以回收。
进一步地，在步骤S500中，数据采集结束，回收节点的方法是：数据采集结束时，所有节点通过调节浮力浮到水面，回收节点。
优选地，其中，本发明中所有未定义的变量，若未有明确定义，均可为人工设置的阈值。
本发明还提供了一种深远海养殖环境的数据采集***，所述一种深远海养殖环境的数据采集***包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种深远海养殖环境的数据采集方法中的步骤，所述一种深远海养殖环境的数据采集***可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的***可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：
浮标投放单元，用于在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点；
信号探测单元，用于对各个节点探测获得其他节点的信号强度；
风险节点筛选单元：用于通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
定时备份单元，用于每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份；
浮标回收单元，用于数据采集结束，回收节点。
本发明的有益效果为：本发明提供一种深远海养殖环境的数据采集方法及***，能够对深远海水流或者鱼群等不稳定的环境因素引起位置变化的浮标进行风险预估，增强数据备份的可靠性和数据采集的完整性，同时，提高各个节点备份信息时的稳定性和时效性；增强了浮标在深远海不可控因素带来水体流动环境的适应性，从而让各个浮标采集的数据最大限度的得以回收，并且兼顾浮标电源的有效利用。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种深远海养殖环境的数据采集方法的流程图；
图2所示为一种深远海养殖环境的数据采集***结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种深远海养殖环境的数据采集方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种深远海养殖环境的数据采集方法，所述方法包括以下步骤：
S100，在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点；
S200，节点探测获得其他节点的信号强度；
S300，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
S400，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份；
S500，数据采集结束，回收节点。
进一步地，在步骤S100中，所述在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点的方法是：在需要进行数据采集的海洋区域内，均匀随机地投放浮标，所述浮标包括用于采集溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度中任意一种或多种的传感器，所述浮标能够通过调节浮力确保在深度区间内进行数据采集，并且存储到节点的内存；所述深度区间为[-500,-1]米；以投放到海域内并且正在进行数据采集的浮标作为节点；其中数据采集的数据包括溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度。
进一步地，在步骤S200中，节点探测获得其他节点的信号强度的方法是：节点之间通过无线通讯技术进行数据传输，节点实时地探测附近的节点并且获得信号强度RSSI。
进一步地，在步骤S300中，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点的方法是：设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
每隔TMark对各个节点计算第二失险水平，以计算第二失险水平的当前节点记作第二节点，并以第二节点以外的节点记作第二散落节点；第二节点实时地获取对各个第二散落节点的信号强度，以同一时刻下各个第二散落节点的信号强度中的最大值作为信号峰度；将最近的niw个时刻的信号峰度构成一个序列记作Tls；
如果Tls中的一个时刻与上一个时刻的信号峰度均来自同一个第二散落节点，则定义第二节点在该时刻发生一次峰同源事件，如果在Tls中有连续若干个时刻（连续若干个时刻默认设置为10～50个时刻）发生峰同源事件，则定义该若干个时刻发生相继同源事件，以相继同源事件所占的时刻数量拥有最大值的相继同源事件所对应的第二散落节点记作强源节点，如果一个时刻下有W1个第二散落节点比强源节点的点的信号强度大，则该时刻获得W1个强源标记，W1为变量，同一时刻下获得的强源标记总数与第二散落节点的总量的比值记作StrRt；以发生峰同源事件的总次数与niw的比值记作第二节点的峰同源频值HSRt，将各个第二节点的峰同源频值的平均值记作e(HSRt)；计算第二节点的第二失险水平LRLv：LRLv＝ln(HSRt/(1-e(StrRt)))；其中e(StrRt)代表各个时刻的StrRt值的算术平均值,将各个第二节点的第二失险水平中的最大值记作max(LRLv)；
当有第二节点符合HSRt＜e(HSRt)并且符合LRLv＜0.5×max(LRLv)，则定义该节点为失险节点，失险节点实时地将采集到的数据发送到强源节点以进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
优选地，在步骤S300中，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点的方法还可以是：设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
每隔TMark对各个节点计算联程度水平和第一失险水平：以计算联程度水平和第一失险水平的当前节点记作第一节点，将第一节点以外的节点作为第一散落节点,计算第一节点对各个第一散落节点的联程度CTLv，以各个第一散落节点的联程度CTLv中的最大值作为第一节点的第一失险水平，以各个第一散落节点的联程度CTLv中的中位数作为第一节点的联程度水平；
其中计算第一节点对各个第一散落节点的联程度CTLv的方法是：以i1作为第一散落节点的序号，将第一节点对第i1个第一散落节点的最近的niw个时刻的信号强度构成一个序列记作Rlsi1，将一个时刻与上一个时刻的信号强度的差值记作信强差Dr，则将第一节点对第i1个第一散落节点的最近的niw个时刻的信强差构成一个序列记作Dlsi1；则第i1个第一散落节点的联程度CTLvi1的计算方法是：
CTLvi1=dmn(Rlsi1)×PRsk(Dlsi1)
其中dmn(Rlsi1))为行度标志值，PRsk(Rlsi1)为联程共频度，其中行度标志值的计算方法是：
其中i2为累加变量，Rlsi1(i2)为Rlsi1中第i2个元素，cvti1为Rlsi1中的最大值与平均值之比；nlgri2为Rlsi1的各个元素中数值比Rlsi1(i2)大的元素的个数；
联程共频度的计算方法是：如果一个时刻对应的信号强度比其前一个时刻的数值大而且比其下一个时刻的数值都大，或者如果一个时刻对应的信号强度比其前一个时刻的数值大而且比其下一个时刻的数值都小，则定义该时刻为边界值时刻，否则定义为徘徊值时刻；
获取Dlsi1中各个徘徊值时刻对应的元素构成一个序列记作hs_DLsi1，则联程共频度为：PRsk(Dlsi1)＝ln(n_ng÷len(hs_DLsi1))；其中ln()为自然常数为底的对数函数，n_ng代表hs_DLsi1中数值为负值的元素的个数，len(hs_DLsi1)代表hs_DLsi1中元素的总个数；
如果一个节点的第一失险水平小于所有节点的联程度水平的算术平均值，则定义该节点为失险节点，失险节点实时地将采集到的数据发送到联程度拥有最大值的第一散落节点以进行实时数据备份，并以失险节点以外的节点作为非失险节点。
进一步地，在步骤S400中，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份的方法是：
以TMark内节点实时采集获得的数据作为第一类数据；以TMark内非失险节点从失险节点获得的数据作为第二类数据；
设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，TMark∈[5,10]分钟，每隔时间TMark通过计算选出非失险节点，为所有非失险节点增加未配对节点标记，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
计算获得各个非失险节点之间的信道优度值，将各个信道优度值从大到小进行排列获得信道优度序列，从信道优度序列第一个元素开始遍历各个元素，为元素所对应的两个非失险节点互相设定为备份节点，并删除所述两个非失险节点的未配对节点的标记，如果非失险节点的数量为双数，则遍历直到所有非失险节点均被删除未配对节点的标记为止；如果非失险节点的数量为单数，则遍历直到剩下最后一个未被删除未配对节点标记的非失险节点，并将该节点待备份的数据标记为第三类数据；最后各个非失险节点分别将第一类数据、第二类数据和第三类数据发送到备份节点进行备份；第三类数据备份成功后删除第三类数据标记。
进一步地，在步骤S400中，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份的方法是：
两个非失险节点之间的信道优度值为：以待计算信道优度值的两个非失险节点分别记作第一优度节点与第二优度节点，以第一优度节点对第二优度节点的子信道优度值和第二优度节点对第一优度节点的子信道优度值的较小值作为两个非失险节点之间的信道优度值；
子信道优度值的计算方法是:以计算子信道优度值的当前非失险节点记作优度待算节点，其余非失险节点作为指向节点；以j1作为指向节点的序号，则优度待算节点对第j1个指向节点的子信道优度值SWLDg为：SWLDgj1＝em(RSSIj1)×Pem×exp(-Pdrj1)；
其中RSSIj1代表优度待算节点对第j1个指向节点的信号强度；将优度待算节点对第j1个指向节点最近m分钟内的信号强度的算术平均值记作周期信号em(RSSIj1),m∈[1,3]分钟，Pem代表TMark内各次测得RSSIj1的数值比em(RSSIj1)大的次数与niw的比值，exp()代表自然常数e为底的指数函数，Pdrj1代表当前周期信号em(RSSIj1)在各个指向节点的周期信号从大到小排列时的序数。
优选地，在步骤S400中，两个非失险节点之间的信道优度值为：
将一个非失险节点获取对其他各个非失险节点的信号强度并按从大到小排列，形成该非失险节点的信号强度序列；将信号强度序列的一个元素与其下一个元素的差记作该元素的信号落级，获取信号落级数值拥有最大值的元素在信号强度序列中对应的序号作为非失险节点的信号落级数；将各个非失险节点的信号落级数中位数记作链路张度wth；
以待计算信道优度值的两个非失险节点分别记作第一优度节点与第二优度节点，以第一优度节点对第二优度节点的次信道优度值和第二优度节点对第一优度节点的次信道优度值的算术平均值作为两个非失险节点之间的信道优度值SWLDg；
次信道优度值的计算方法是：以计算次信道优度值的当前非失险节点记作次待算节点，以其余非失险节点作为次指向节点，以次待算节点历史上各个时刻的信号强度序列中的最大值构成的序列记作RHls，以RHls中一个元素的前wth个元素的算术平均值作为该元素的峰势值；当RHls中的一个元素的峰势值比其前一个元素和后一个元素的峰势值都大，则定义该元素对应的时刻发生峰势谷事件；从当前时刻往前搜索获得RHls中峰势值首次出现峰势谷事件时对应时刻的序号记作t(BoR)；以i3作为次指向节点的序号，则次待算节点对第i3个次指向节点的子信道优度值SWLDg为：SWLDgi3＝ln(RSSIi3×(1＋CDRt)/meanwth)(ReU(wth))-1；
其中meanwth代表次待算节点的信号强度序列的前wth个元素的平均值；以CDRt代表前t(BoR)个时刻中第i3个次指向节点被次待算节点选做备份节点的频率；以同一时刻下次待算节点的前wth个元素对应的次指向节点作为同节选节点DoTi；以当前时刻下次待算节点的前wth个元素对应的次指向节点作为当节选节点DoCr；以SDT代表前t(BoR)个时刻下的各个DoTi的元素可重复的集合；以ReU(wth)代表DoCr在SDT中所占的比率。
进一步地，在步骤S500中，数据采集结束，回收节点的方法是：数据采集结束时，所有节点通过调节浮力浮到水面，等待回收，回收节点。
本发明的实施例提供的一种深远海养殖环境的数据采集***，如图2所示为本发明的一种深远海养殖环境的数据采集***结构图，该实施例的一种深远海养殖环境的数据采集***包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种深远海养殖环境的数据采集***实施例中的步骤。
所述***包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：
浮标投放单元，用于在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点；
信号探测单元，用于对各个节点探测获得其他节点的信号强度；
风险节点筛选单元：用于通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
定时备份单元，用于每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份；
浮标回收单元，用于数据采集结束，回收节点。
所述一种深远海养殖环境的数据采集***可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种深远海养殖环境的数据采集***，可运行的***可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种深远海养殖环境的数据采集***的示例，并不构成对一种深远海养殖环境的数据采集***的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种深远海养殖环境的数据采集***还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种深远海养殖环境的数据采集***运行***的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种深远海养殖环境的数据采集***可运行***的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种深远海养殖环境的数据采集***的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（SecureDigital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (7)
1.一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点；
S200，节点探测获得其他节点的信号强度；
S300，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点；
S400，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份；
S500，数据采集结束，回收节点；
其中，在步骤S300中，通过节点的信号强度获取存在遗失风险的节点，作为失险节点，对失险节点进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点的方法是：设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
每隔TMark对各个节点计算第二失险水平，以计算第二失险水平的当前节点记作第二节点，并以第二节点以外的节点记作第二散落节点；第二节点实时地获取对各个第二散落节点的信号强度，以同一时刻下各个第二散落节点的信号强度中的最大值作为信号峰度；将最近的niw个时刻的信号峰度构成一个序列记作Tls；
如果Tls中的一个时刻与上一个时刻的信号峰度均来自同一个第二散落节点，则定义第二节点在该时刻发生一次峰同源事件，如果在Tls中有连续若干个时刻发生峰同源事件，则定义该若干个时刻发生相继同源事件，以相继同源事件所占的时刻数量拥有最大值的相继同源事件所对应的第二散落节点记作强源节点，如果一个时刻下有W1个第二散落节点比强源节点的信号强度大，则该时刻获得W1个强源标记，W1为变量，同一时刻下获得的强源标记总数与第二散落节点的总量的比值记作StrRt；以发生峰同源事件的总次数与niw的比值记作第二节点的峰同源频值HSRt，将各个第二节点的峰同源频值的平均值记作e(HSRt)；计算第二节点的第二失险水平LRLv：LRLv＝ln(HSRt/(1-e(StrRt)))；其中e(StrRt)代表各个时刻的StrRt值的算术平均值,将各个第二节点的第二失险水平中的最大值记作max(LRLv)；
当有第二节点符合HSRt＜e(HSRt)并且符合LRLv＜0.5×max(LRLv)，则定义该节点为失险节点，失险节点实时地将采集到的数据发送到强源节点以进行实时数据备份，以失险节点以外的节点作为非失险节点。
2.根据权利要求1所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，在步骤S100中，所述在海域内均匀随机地投放浮标，以浮标作为节点的方法是：在需要进行数据采集的海洋区域内，均匀随机地投放浮标，所述浮标包括用于采集溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度中任意一种或多种的传感器，所述浮标能够通过调节浮力确保在深度区间内进行数据采集，并且存储到节点的内存；以投放到海域内并且正在进行数据采集的浮标作为节点；其中数据采集的数据包括溶解氧、深度、温度、PH值、盐度、压强和浊度。
3.根据权利要求1所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，在步骤S200中，节点探测获得其他节点的信号强度的方法是：节点之间通过无线通讯技术进行数据传输，节点实时地探测附近的节点并且获得信号强度RSSI。
4.根据权利要求1所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，在步骤S400中，每隔一个时间段，非失险节点选择另一个非失险节点作为备份节点，进行定时数据备份的方法是：
以TMark内节点实时采集获得的数据作为第一类数据；以TMark内非失险节点从失险节点获得的数据作为第二类数据；
设定一个时间长度作为稳定备份时间区间TMark，每隔时间TMark通过计算选出非失险节点，为所有非失险节点增加未配对节点标记，将稳定备份时间区间内进行信号强度测量的次数记作niw；
计算获得各个非失险节点之间的信道优度值，将各个信道优度值从大到小进行排列获得信道优度序列，从信道优度序列第一个元素开始遍历各个元素，为元素所对应的两个非失险节点互相设定为备份节点，并删除所述两个非失险节点的未配对节点的标记，如果非失险节点的数量为双数，则遍历直到所有非失险节点均被删除未配对节点的标记为止；如果非失险节点的数量为单数，则遍历直到剩下最后一个未被删除未配对节点标记的非失险节点，并将该节点待备份的数据标记为第三类数据；最后各个非失险节点分别将第一类数据、第二类数据和第三类数据发送到备份节点进行备份；第三类数据备份成功后删除第三类数据标记。
5.根据权利要求4所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，在步骤S400中，计算获得各个非失险节点之间的信道优度值的方法是：
两个非失险节点之间的信道优度值为：以待计算信道优度值的两个非失险节点分别记作第一优度节点与第二优度节点，以第一优度节点对第二优度节点的子信道优度值和第二优度节点对第一优度节点的子信道优度值的较小值作为两个非失险节点之间的信道优度值；
子信道优度值的计算方法是:以计算子信道优度值的当前非失险节点记作优度待算节点，其余非失险节点作为指向节点；以j1作为指向节点的序号，则优度待算节点对第j1个指向节点的子信道优度值SWLDg为：SWLDgj1＝em(RSSIj1)×Pem×exp(-Pdrj1)；
其中RSSIj1代表优度待算节点对第j1个指向节点的信号强度；将优度待算节点对第j1个指向节点最近m分钟内的信号强度的算术平均值记作周期信号em(RSSIj1)，Pem代表TMark内各次测得RSSIj1的数值比em(RSSIj1)大的次数与niw的比值，exp()代表自然常数e为底的指数函数，Pdrj1代表当前周期信号em(RSSIj1)在各个指向节点的周期信号从大到小排列时的序数。
6.根据权利要求1所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法，其特征在于，在步骤S500中，数据采集结束，回收节点的方法是：数据采集结束时，所有节点通过调节浮力浮到水面，回收节点。
7.一种深远海养殖环境的数据采集***，其特征在于，所述一种深远海养殖环境的数据采集***包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一项所述的一种深远海养殖环境的数据采集方法中的步骤。
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