面向农业物联网多环境信息融合的监测判别研究

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论文字数:32600 论文编号:sb2014070410313910006 日期:2014-07-04 来源:硕博论文网

第一章绪论


1.1研究背景与意义
智能农业产品通过实时釆集温室内温度信息、湿度信号、光照强度、土壤温度、露点温度、叶面湿度、二氧化碳浓度等环境参数,自动关闭或者开启指定设备。可以根据用户需求,随时进行处理分析,为设施农业综合生态信息自动监测、智能化管理和对环境进行自动控制提供科学依据智能技术是利用经验知识所采用的各种自学习、自适应、自组织等智能方法和手段以有效的达到某种预期的目的。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网技术的关键技术之一。特别是信息融合和数据挖掘,信息融合是指多传感器的数据在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和评估而进行的信息处理过程。数据挖掘是指从存放在数据库、数据仓库或其他信息库中的大量的数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。
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1.2研究现状


1.2.1物联网技术国内外研究现状
图1.2是农业生产智能管理系统结构图。农业生产智能管理系统有以下功能模块:实时传感数据采集模块、质量监控模块、联动控制模块、智能分析模块等。实时传感数据釆集模块能实现历史数据存储和实时数据釆集,能够摸索出农作物生长对温度、湿度、光照、土壤的需求规律,提供精准的实验数据。质量监控模块以现有的产地管理、生产管理、过程管理和检测管理等各种信息系统为管理平台,以查询系统为服务手段,以产品追溯标签为表现形式,以产品追溯码为信息传递工具,实现农产品从生产基地到零售市场的全过程质量监管。联动控制模块和智能分析模块能够及时精确的满足农作物生长对环境各项指标要求,比如通过温度和光照的精确千预和智能分析,能够使植物,特别是名贵花舟的花期完全遵循人工调节等实用、高效的农业生产效果。目前,国外对物联网技术的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家。美国是物联网技术的主导和先行国之一,较早开展了物联网相关技术的研究与应用。据美国《科学时报》报道,在美国国家自然科学基金会资助下,在2007年,马萨诸塞州剑桥城就着手打造全球第一个全城无线传感器网络。但是,掀起物联网技术关注热潮应当是在2009年1月IBM提出"智慧地球"之后。2009年1月,在美国工商界领袖与总统奥巴马举行的一次会议上,彭明盛作为IBM首席执行官,首先提出了“智慧地球”概念,并建议美国政府投资新一代智能型基础设施。美国总统奥巴马对此给予积极回应:毫无疑问,经济刺激资金将会投入到宽带网络和智能型基础设施等新兴技术中去,这就是美国在21世纪夺回和保持竞争优势的方式。这将“智慧地球“提升到国家层级的发展战略,将“物联网技术“和"新能源”列为振兴经济的两大武器,从而引起全球的广泛关注。
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第二章多源信息融合和数据挖掘技术的综述


2.1引言
数据挖掘是20世纪90年代在信息技术领域开始迅速兴起的数据智能分析技术,由于其所具有的广阔应用前景而备受关注。作为数据仓库与数据库系统研究与应用中的一个新兴的富有前途领域,数据挖掘可以从数据仓库或数据库系统,以及其他各种数据库的大量各种类型数据中自动发现或抽取有用的模式知识。根据信息融合处理分析的数据种类不同,信息融合系统可以分为空间融合、时间融合和时空融合三种。空间融合是指在同一时刻,对不同的传感器的测量值,进行信息融合处理分析。时间融合是指同一传感器,对目标在不同时间的测量值,进行信息融合处理分析。时空融合是指在一段时间内,对不同传感器的测量值,不断的进行信息融合处理分析。根据信息融合处理分析的方法不同,信息融合系统可分为分布式、集中式和混合式三种类型。分布式是指各个传感器对测量数据单独进行处理分析,然后将处理分析结果送到融合中心,由融合中心对各传感器的局部结果进行信息融合处理分析。集中式是指各个传感器的数据都送到中央处理器进行信息融合处理分析。这种方法可以实现空间和时间的融合,数据处理的精度较高,但是,传输的数据量大,要求有较大的通信带宽,对于中央处理器的数据处理能力要求高。与集中式相比,分布式处理计算速度快,延续性和可靠性好,对通信带宽要求低,但是,精度没有集中式高。混合式是指以上两种方式的组合处理,用于大型系统中。


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2.2信息賊合定义与原理
根据信息融合处理分析的数据种类不同,信息融合系统可以分为空间融合、时间融合和时空融合三种。空间融合是指在同一时刻,对不同的传感器的测量值,进行信息融合处理分析。时间融合是指同一传感器,对目标在不同时间的测量值,进行信息融合处理分析。时空融合是指在一段时间内,对不同传感器的测量值,不断的进行信息融合处理分析。根据信息融合处理分析的方法不同,信息融合系统可分为分布式、集中式和混合式三种类型。分布式是指各个传感器对测量数据单独进行处理分析,然后将处理分析结果送到融合中心,由融合中心对各传感器的局部结果进行信息融合处理分析。集中式是指各个传感器的数据都送到中央处理器进行信息融合处理分析。这种方法可以实现空间和时间的融合,数据处理的精度较高,但是,传输的数据量大,要求有较大的通信带宽,对于中央处理器的数据处理能力要求高。与集中式相比,分布式处理计算速度快,延续性和可靠性好,对通信带宽要求低,但是,精度没有集中式高。混合式是指以上两种方式的组合处理,用于大型系统中。
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第三章物联网异构环境的信息抽取与集成........ 23
3.1引言 ........23
3.2异构数据集成技术 ........23
3.3数据库规则库定制模块的设计与实现........ 27
3.4数据信息提取模块的实现 ........30
3.5数据信息转换模块的实现........ 31
3.6小结 ........33
第四章农业物联网多环境信息融合的监测判别........ 34
4.1 引言........ 34
4.2关联规则数据挖掘理论 ........34
4.3模糊推理信息融合理论........ 39
4.4监测判别的实现........ 42
4.5实验结果与分析........ 44
4.6小结 ........47
第五章农业物联网多环塊信息融合监测........ 48
5.1引言........ 48
5.2开发平台软件介绍........ 48
5.3多环境信息融合监测判别系统平台........ 49
5.4小结........53


第五章农业物联网多环境信息融合监测判别系统平台实现


5.1引言
面向农业物联网的多环境信息融合监测判别系统平台主要由四个功能模块组成:异构数据库系统的信息抽取与集成模块、环境信息实时状态显示模块、多环境信息融合的监测判别模块和环境信息统计等级显示模块。系统首先调用异构数据库系统的信息抽取与集成模块,实现异构环境信息的数据结构的统一,接着调用环境信息实时状态显示模块,实现实时釆集的环境信息的显示。最后,通过调用多环境信息融合的监测判别模块和环境信息统计等级显示模块,计算得到环境信息的实时统计等级结果信息,同时实现统计等级结果信息的显示。Java是美国Sun Microsystems公司开发的面向对象的程序设计语言,可以用来幵发范围广泛的软件,具有支持图形用户界面、网络和数据库连接等复杂的功能,具有高效率的执行方式、与平台无关性、分布式与安全性和丰富的接口文档和类库等优点,例如,JDBC接口可以实现数据库存储与访问,JDOM接口可以实现 XML 文档操作等。同时,Abstract Windows Toolkit AWT 和 Swing 都是 Java用于实现图形用户界面的类库,其中Swing组件都是Bean,可以支持Bean技术的任何幵发环境中使用,使用与AWT相同的事件模型,因此可以使用在多环境信息融合监测判别系统平台的用户交互界面实现的过程中。
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结论


本论文重点研究的是如何建立多环境信息融合的监测判别模型,研究建立监测判别模型所使用的数据挖掘和多源信息融合算法,对这些挖掘和融合算法进行比较,选取识别率和可靠性相对较高的算法。此外,在多环境信息融合监测判别模型框架中,对异构数据库系统的信息抽取与集成系统和环境信息实时状态与统计等级显示界面,进行详细的研究和设计,从而完成整个系统的集成。但是,在模型建立的过程中遇到的一些问题和困难还需要进一步的探讨和研究,目前还处于试验阶段,要想建立一套完整的面向农业物联网的多环境信息融合监测判别系统,仍然存在许多问题需要解决:首先,异构环境信息抽取与集成模块实现异构数据库系统的信息抽取与集成,但是,系统的异构性除数据库管理系统的异构性外,还包括传输网络的异构性、硬件平台的异构性、体系结构的异构性、操作系统的异构性等等。所以,针对以上可能出现在多环境信息融合监测判别系统中的异构性问题,需要进一步研究相应的解决方案。另外,关于数据库管理系统的异构性,本论文重点研究关系型异构数据库系统之间、不同数据表字段名称之间和不同数据表字段类型之间的转换,针对其他类型的数据库管理系统,例如,层次型或面向对象数据库系统的解决方案也有待进一步的探讨与研究。
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参考文献(略)


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