【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用愈加廣泛、前途愈加光明。而傳感器技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)了溫室環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)管理。溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中布置了大量的傳感器用于監(jiān)測(cè)溫室中主要的環(huán)境參數(shù),但是設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)具有高濕、高溫等惡劣的工作環(huán)境,由此導(dǎo)致溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器故障的發(fā)生十分頻繁。利用傳感器采集設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)的環(huán)境信息是溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),而傳感器故障發(fā)生數(shù)據(jù)異常對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性、環(huán)境控制可靠性都會(huì)產(chǎn)生重要危害。因此,在溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上開(kāi)展故障診斷的研究具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文在江蘇大學(xué)研制的GHIOT設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,針對(duì)其傳感器采集的環(huán)境參數(shù)的異常開(kāi)展基于時(shí)空相關(guān)性的故障診斷;針對(duì)智能網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集單元間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程存在的數(shù)據(jù)異步、時(shí)間異步等情況,開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)故障診斷。通過(guò)系統(tǒng)搭建運(yùn)行,初步驗(yàn)證了溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的效果。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:(1)溫室環(huán)境參數(shù)時(shí)空關(guān)聯(lián)性研究針對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境變化緩慢、相鄰節(jié)點(diǎn)參數(shù)強(qiáng)耦合的特點(diǎn),開(kāi)展時(shí)空關(guān)聯(lián)性研究,并在溫室環(huán)境時(shí)空關(guān)聯(lián)性分析基礎(chǔ)上進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測(cè),利用基于一階自回歸等時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)性進(jìn)行預(yù)測(cè);利用基于鄰居節(jié)點(diǎn)參數(shù)信息的同質(zhì)傳感器預(yù)測(cè);利用基于回歸關(guān)系模型的異質(zhì)傳感器預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行空間相似性預(yù)測(cè)。驗(yàn)證結(jié)果表明:基于一階自回歸方法的時(shí)間相關(guān)性預(yù)測(cè)在時(shí)間預(yù)測(cè)算法中效果最優(yōu),預(yù)測(cè)方差為1.439,同質(zhì)與異質(zhì)傳感器的空間相似性預(yù)測(cè)方差分別為1.493、1.883,預(yù)測(cè)結(jié)果能夠有效地反映溫室環(huán)境的變化。(2)基于時(shí)空信息比較的傳感器故障識(shí)別為了判斷溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,本研究提出了一種基于時(shí)空信息比較的傳感器故障識(shí)別方法。該方法首先利用基于PCA的傳感器故障檢測(cè)方法,通過(guò)監(jiān)控統(tǒng)計(jì)量T2和SPE的變化實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)故障檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)出故障時(shí),對(duì)該時(shí)刻傳感器采用基于時(shí)空特性的節(jié)點(diǎn)信息比較實(shí)現(xiàn)不同傳感器的故障識(shí)別,并分別對(duì)比基于時(shí)間尺度、空間尺度、時(shí)空尺度的節(jié)點(diǎn)信息比較方法對(duì)傳感器故障識(shí)別的影響。驗(yàn)證結(jié)果表明:基于PCA的傳感器故障檢測(cè)方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器系統(tǒng)的初步故障檢測(cè),故障檢測(cè)率達(dá)到90.23%;充分考慮時(shí)間尺度、空間尺度的基于節(jié)點(diǎn)信息比較的傳感器故障識(shí)別方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)具體故障傳感器定位,并對(duì)比了傳統(tǒng)的傳感器故障識(shí)別方法,發(fā)現(xiàn)本文所提到的傳感器故障識(shí)別方法的故障識(shí)別精度為95.14%,能夠有效地保證故障診斷效率、提高故障診斷精度、降低虛警率,具有可靠性和準(zhǔn)確性。(3)基于時(shí)空關(guān)聯(lián)性的溫室環(huán)境多傳感器數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)重構(gòu)為了滿足溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器數(shù)據(jù)需具有魯棒性的要求,本文提出了一種基于時(shí)空關(guān)聯(lián)性的溫室環(huán)境多傳感器數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)重構(gòu)算法。利用改進(jìn)型支持度函數(shù)算法對(duì)基于時(shí)空關(guān)聯(lián)性的預(yù)測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)融合的效果進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)故障特征與調(diào)控效果實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器故障的判斷,并進(jìn)行傳感器故障數(shù)據(jù)重構(gòu)。驗(yàn)證結(jié)果表明:以時(shí)空預(yù)測(cè)值為輸入變量,以改進(jìn)型支持度函數(shù)的數(shù)據(jù)融合算法能夠有效的將環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)處理的時(shí)空關(guān)聯(lián)性預(yù)測(cè)值賦予動(dòng)態(tài)的加權(quán)值,傳感器的數(shù)據(jù)故障平均準(zhǔn)確診斷率CDR為96.72%、平均虛警率FAR為3.48%,異常數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合RMSE為1.07,并且其數(shù)據(jù)融合結(jié)果優(yōu)于平均值算法、傳統(tǒng)支持度函數(shù)算法,數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生的最優(yōu)估計(jì)值更能真實(shí)的反映溫室環(huán)境的變化,具有可靠性和準(zhǔn)確性。(4)溫室環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)故障診斷針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異步、時(shí)間異步等異常情況,本文提出了一種溫室環(huán)境無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法,該方法分別利用參考廣播同步機(jī)制、基于JSON的跨平臺(tái)傳輸、數(shù)據(jù)采集單元重讀命令實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集單元間的時(shí)間同步、數(shù)據(jù)同步,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與恢復(fù)。驗(yàn)證結(jié)果表明:本文提出的故障診斷方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部分故障的檢測(cè)、處理、判斷與故障恢復(fù),時(shí)間異步故障恢復(fù)的準(zhǔn)確度為83.34%,數(shù)據(jù)異步恢復(fù)的數(shù)據(jù)到達(dá)率為98.57%,實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器間的時(shí)間同步,實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集單元間的數(shù)據(jù)同步,故障診斷效果明顯、可靠性高。(5)系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)對(duì)溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了集成,在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水植物科學(xué)基地進(jìn)行了系統(tǒng)部署和運(yùn)行測(cè)試。針對(duì)傳感器存在的故障開(kāi)展了基于時(shí)空信息的故障檢測(cè)、故障識(shí)別、故障診斷和異常數(shù)據(jù)的恢復(fù)。針對(duì)溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障,開(kāi)展了數(shù)據(jù)異步、時(shí)間異步的故障檢測(cè)與故障恢復(fù)。對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)一步驗(yàn)證,包括:傳感器環(huán)境參數(shù)信息的檢測(cè)、傳感器異常數(shù)據(jù)的識(shí)別、傳感器故障數(shù)據(jù)的診斷與數(shù)據(jù)恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間異步的恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)故障異步數(shù)據(jù)的同步。驗(yàn)證結(jié)果表明:溫室環(huán)境無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)要求,系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試,具有較好的穩(wěn)定性,故障診斷效果明顯,提高了系統(tǒng)的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP277

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2736797