(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110176093.3 (22)申请日 2021.02.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112991082 A (43)申请公布日 2021.06.18 (73)专利权人 河北农业大 学 地址 071000 河北省保定市灵雨寺街289号 (72)发明人 袁洪波　程曼　王起帆　蔡振江　 (74)专利代理 机构 北京圣州专利代理事务所 (普通合伙) 11818 代理人 王振佳 (51)Int.Cl. G06Q 50/02(2012.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 30/27(2020.01)(56)对比文件 WO 2006038163 A1,2006.04.13 程曼等.基 于多传感器数据融合的温室环境 控制的研究. 《农机化研究》 .20 09,(第07期),全 文. 程曼等.基 于多传感器数据融合的温室环境 控制的研究. 《农机化研究》 .20 09,(第07期),全 文. 郝山山等.聚类算法在粮库温度传感器优化 布置中的应用研究. 《中国粮油学报》 .2019,全 文. 审查员 黄恒琪 (54)发明名称 一种设施 环境监测传感器 部署优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种设施环境监测传感器部 署优化方法， 包括以下步骤： S1、 选取农业设施结 构的纵剖面和横剖面； S2、 在纵剖面和横剖面上 均间隔布置传感器； S3、 对传感器采集环境参数 数据进行插值； S4、 根据插 值结果， 生成环境参数 分布图； S5、 根据环境参数场分布图， 确定聚类个 数， 并进行聚类； S6、 根据聚类结果， 寻找聚类中 心位置； S7、 得到聚类中心点， 聚类中心点在空间 形成聚类中心点 云； S8、 再次聚类， 得到最终的聚 类中心， 即为优化后传感器的部署位置和数量。 本发明采用上述设施环境监测传感器部署优化 方法， 该方法可以利用有限的传感器和， 通过聚 类分析得到优化后的传感器部署数量及位置， 计 算量少， 易于实施。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 112991082 B 2022.04.12 CN 112991082 B 1.一种设施 环境监测传感器部署优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 选取农业设施结构的纵剖面和横剖面； S2、 在纵剖面和横剖面上均按照从左到右、 从上到下的顺序， 间隔布置传感器； S3、 利用三次样条插值法对传感器采集到的农业设施结构内的环境参数数据进行插 值； S4、 根据插值结果， 在纵剖面和横剖面分别生成环境 参数分布图； S5、 根据环境参数场分布图， 分别确定纵剖面和横剖面的聚类个数， 并利用K ‑means聚 类分析方法进行聚类， 聚类 个数即为当前传感器的个数； S6、 根据聚类结果， 分别寻找纵剖面和横剖面的聚类 中心位置， 该位置即为当前传感器 的布置位置； S7、 分别根据纵剖面上的传感器和横剖面上的传感器在不同时刻获取的信息， 得到纵 剖面的聚类中心点和横剖面的聚类中心点， 聚类中心点在空间形成聚类中心点云； S8、 在聚类中心点云基础 上， 再次利用K‑means进行 聚类， 得到最终的聚类中心， 上述最 终的聚类中心的位置和数量即为优化后传感器的部署位置和数量； 步骤S1中的农业设施为温室、 鸡舍、 牛舍、 羊舍或者猪舍； 步骤S1中的纵剖面 为农业设施结构长度方向1/2处的纵向剖面； 横剖面为农业设施结构内种植的作物或养殖的动物上 方1米处的横向剖面。 2.根据权利要求1所述的一种设施环境监测传感器部署优化方法， 其特征在于： 步骤S2 中间隔距离 长度计算公式为： l ＝L/7 其中， l为相邻两个传感器之间的距离， L 为农业设施结构的长 宽之和。 3.根据权利要求1所述的一种设施环境监测传感器部署优化方法， 其特征在于： 步骤S2 中传感器至少包括温度传感器、 湿度传感器、 二氧化碳传感器、 氨气传感器中的一个或者任 意组合。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 112991082 B 2一种设施环境 监测传感器部署优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种设施农业生产技术， 尤其涉及一种设施环境监测传感器部署优化 方法。 背景技术 [0002]设施农业包括设施种植和设施养殖， 同普通农业相比， 设施农业产业化程度更高， 经济效益更好， 接受新技术的能力更强， 是现代农业的重要组成部分。 设施农业生产过程 中， 对于环 境的监测尤为必 要， 比如温室种植过程中， 需要对温度、 湿度、 二氧化碳等环 境参 数进行监测， 以控制通风、 加热、 补光、 补气等操作； 而肉蛋鸡、 牛羊等设施养殖过程中， 需要 对温度、 氨气、 二氧化碳、 硫化氢等环境参数进行监测， 以控制通风、 加热等操作。 可知， 设施 农业的正常生产离不开环境控制， 环境控制的前提就是环境的监测， 只有对环境参数进行 准确的监测才能保证日常生产活动的开展。 [0003]设施环境监测是通过在设施中布设传感器来实现的， 但是设施结构由于其自身封 闭式的特点， 导致其内部温湿度、 二氧化碳、 氨气等在空间分布不均匀， 内部不同区域存在 较大差异， 要对其分布情况进行精准的监测就需要对传感器的部署位置和数量进行优化。 [0004]当前对于设施环境监测传感器部方法主要有两种： 机理分析法和试验测量法。 其 中机理分析法是一种基于理论的方法， 它一般根据动量守恒方程、 质量守恒方程和能量守 恒方程等， 利用计算流体力学技术(Computational  Fluid Dynamics， CFD)， 构建设施环境 模型， 并调节对应参数， 进行不同环境条件下设施内参数分布、 空气流动模拟， 据此进行传 感器部署的优化； 这种方法需要知道设施结构的详细参数， 如高度、 宽度、 墙体厚度、 传热系 数、 通风系 数等等， 计算量比较大， 有些参数也难以获得。 试验测量法主要通过各种测量仪 器或传感器进行设施环境信息的获取， 得到所需要的各种 数据， 通过分析数据研究环境参 数的变化规律， 构建环境变化的数学模 型， 据此进 行传感器部署的优化， 这种方法得到的优 化结果相对客观， 但是其与试验时使用的传感器数量紧密相关， 若想得到准确的优化结果， 则需要海量的传感器。 [0005]因此需要一种利用有限传感器数量得到优化的部署结果的方法。 发明内容 [0006]本发明的目的是提供一种设施环境监测传感器部署优化方法， 该方法可以利用有 限的传感器和， 通过聚类分析 得到优化后的传感器部署数量及位置， 计算 量少， 易于实施。 [0007]为实现上述目的， 本发明提供了一种设施环境监测传感器部署优化方法， 包括以 下步骤： [0008]S1、 选取农业设施结构的纵剖面和横剖面； [0009]S2、 在纵剖面和横剖面上均按照从左到右、 从上到下的顺序， 间隔布置传感器； [0010]S3、 利用三次样条插值法对传感器采集到的农业设施结构内的环境参数数据进行 插值；说　明　书 1/4 页 3 CN 112991082 B 3