布设粮情测控系统的方法及一种粮情测控系统与流程
本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种布设粮情测控系统的方法及一种粮情测控系统。
背景技术：
粮情测控系统是利用现代电子技术实现粮食储藏过程中对粮情变化的实时检测、并对实时检测到的数据进行分析与预测、对异常粮情提出处理建议和予以控制等的装置设备。粮情测控系统可以为科学及安全储粮提供技术保证和科学依据，对于粮食保管行业是必不可少的监控系统。
在粮情测控系统中，通过带有温湿度传感器的测温电缆测量粮库内粮面的温度和湿度，以及粮库外的温度和湿度，并将测量到的温度和湿度等粮情数据传递到测控分机，利用测控分机的无线收发装置，将粮情数据传输到与操作系统相连的测控主机，进而粮库的保管人员就能很方便地在电脑上查看各个粮堆的粮情信息了。
技术实现要素：
本申请实施例解决的技术问题之一在于提供一种布设粮情测控系统的方法，用以实现在不影响测量设备对粮库中的粮情数据进行检测，以对粮情进行分析和预测，并对异常粮情及时处理的情况下，尽可能减少用于接收粮库内粮面及粮库外的温度和湿度的测控分机的数量，以在保障粮情数据正常传输的情况下，降低了布设粮情测控系统的经济成本。
本发明实施例提供了一种布设粮情测控系统的方法，包括根据粮库中储粮点的分布，连接所述粮库中最外沿的储粮点，以建立储粮点分布的数学模型；若所建立的数学模型可被分解为基本图形，则将所建立的数学模型分解为至少两个基本图形；根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值，以得到所述粮库所需要的测控分机的总个数；根据所得到的测控分机的总个数，在所述粮库中布设测控分机。
可选地，所述根据所得到的测控分机的总个数，在所述粮库中布设测控分机之后还包括：优化所布设的测控分机的位置，以使每个测控分机的测温点容量上限值，与在所述测控分机信号强度覆盖范围内的储粮点所需布设的测温点总数之间的差值最小。
可选地，所述根据所得到的测控分机的总个数，在所述粮库中布设测控分机之后还包括：计算到所述粮库内每个储粮点的距离之和最小的点；以计算出来的点为布设测温电缆的基准点布设所述粮情测控系统的测温电缆。
可选地，若所述至少两个基本图形包括正方形，则所述根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值具体为：根据所述正方形的边长和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，运用最少定圆覆盖的方法，计算出正方形对应的储粮点区域所需要的测控分机数量的最小值。
可选地，若所述至少两个基本图形包括等边三角形，则所述根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值具体为：根据所述等边三角形的边长和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，运用最少定圆覆盖的方法，计算出等边三角形对应的储粮点区域所需要的测控分机数量的最小值。
可选地，若所述至少两个基本图形包括圆形，则所述根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值具体为：根据所述圆形的直径和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，运用最少定圆覆盖的方法，计算出圆形对应的储粮点区域所需要的测控分机数量的最小值。
可选地，正方形的边长小于等于测控分机的有效数据传输半径的三倍。
可选地，等边三角形的边长小于等于测控分机的有效数据传输半径的三倍。
可选地，圆形的直径小于等于测控分机的有效数据传输半径的三倍。
本申请实施例还提供了一种粮情测控系统，包括建立数学模型模块，用于根据粮库中储粮点的分布，连接所述粮库中最外沿的储粮点，以建立储粮点分布的数学模型；分解数学模型模块，用于若所建立的数学模型可分解为基本图形，则将所建立的数学模型分解为至少两个基本图形；确定测控分机个数模块，用于根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值，以得到所述粮库所需要的测控分机的总个数；布设测控分机模块，根据所得到的测控分机的总个数，在所述粮库中布设测控分机；测温电缆，用于将所述测温电缆内的温湿度传感器测得的粮情数据发送到所述测控分机；测控主机，用于接收所述测控分机发送的粮情数据；其中，所述测控分机包括无线收发装置。
由以上技术方案可见，本申请实施例提供的一种布设粮情测控系统的方法，首先将粮库内最外沿的储粮点连接起来，并在连接形成的多边形可被分解成基本图形的情况下，将所建立的数学模型分解至少两个基本图形，即将所建立的数学模型分解为至少两个正方形，等边三角形或者圆形，并分别对分解之后的基本图形用最少定圆覆盖算法进行求解，在不影响无线测控分机收发数据稳定性的情况下，求解出最少的测控分机个数。与现有技术中布设粮情测控系统的方法相比，本申请实施例在保证粮情测控系统正常检测粮库中各个储粮点的粮情数据的情况下，减少了所需测控分机的数量，在不影响系统功能的情况下，降低了布设系统的经济成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中提供的一种布设粮情测控系统的方法流程示意图；
图2为本申请实施例中提供的储粮点外沿连线构成多边形的示意图；
图3为本申请实施例中提供的将储粮点外沿连线构成的多边形分解为一个正方形和一个等腰三角形的示意图；
图4a为本申请实施例中提供的基本图形为正方形时所需测控分机的示意图之一；
图4b为本申请实施例中提供的基本图形为正方形时所需测控分机的示意图之二；
图4c为本申请实施例中提供的基本图形为正方形时所需测控分机的示意图之三；
图4d为本申请实施例中提供的基本图形为正方形时所需测控分机的示意图之四；
图4e为本申请实施例中提供的基本图形为正方形时所需测控分机的示意图之五；
图5a为本申请实施例中提供的基本图形为等边三角形时所需测控分机的示意图之一；
图5b为本申请实施例中提供的基本图形为等边三角形时所需测控分机的示意图之二；
图5c为本申请实施例中提供的基本图形为等边三角形时所需测控分机的示意图之三；
图6a为本申请实施例中提供的基本图形为圆形时所需测控分机的示意图之一；
图6b为本申请实施例中提供的基本图形为圆形时所需测控分机的示意图之二；
图6c为本申请实施例中提供的基本图形为圆形时所需测控分机的示意图之三；
图6d为本申请实施例中提供的基本图形为圆形时所需测控分机的示意图之四；
图7为本申请实施例中提供的求解几何平均点的结果示意图；
图8为本申请实施例中提供的一种粮情测控系统的结构示意图。
具体实施方式
当然，实施本发明实施例的任一技术方案不一定需要同时达到以上的所有优点。
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
由于消防要求，地面硬化，库区美观以及异地监管的限制，需要铺设通讯线路的有线粮情测控系统已经不能满足粮库的使用要求；而随着无线通讯技术的发展，无线粮情测控系统的出现很好地解决了这些问题。本申请实施例就以无限粮情测控系统为例进行说明。
考虑到不同的粮库占地面积不尽相同，粮库内储粮点的位置分布也不尽相同，且测控分机的测温点容量和无线传输距离有限，本申请实施例提出通过合理地布设测控分机，使得粮情测控系统中的测控分机的无线覆盖面积涉及到所有储粮点的同时，尽可能地减少测控分机的个数，在保证粮情测控系统正常测量粮情数据并传输粮情数据的情况下，达到节省成本，提高经济效益的目的。
基于上述情况，本申请实施例提供了一种布设粮情测控系统的方法，包括根据粮库中储粮点的分布，连接粮库中最外沿的储粮点，以建立储粮点分布的数学模型；若所建立的数学模型可被分解为基本图形，则将所建立的数学模型分解为至少两个基本图形；根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的最小测控分机的个数，以得到粮库所需要的测控分机的总个数；根据所得到的测控分机的总个数，在粮库中布设测控分机，以使所布设的测控分机将粮情数据传输到粮情测控系统的测控主机，
下面结合本发明实施例的附图进一步说明本申请实施例的具体实现过程。
如图1所示，本申请实施例中的布设粮情测控系统方法首先执行步骤s100：根据粮库中储粮点的分布，连接粮库中最外沿的储粮点，以建立储粮点分布的数学模型。一般情况下，用直线将最外沿的储粮点连接起来后，最外沿的连线会构成一个规则或者不规则的多边形。如图2所示，将包括有12个储粮点的粮库的最外沿储粮点连接后，构成一个梯形。而任意多边形都可近似分解为三种基本图形：正方形，等边三角形和圆形。所以，本申请实施例对步骤s100中建立的数学模型是否能再分解做出判断，并在判断后执行与判断结果相适应的操作。即执行步骤s200：若所建立的数学模型可被分解为基本图形，则将所建立的数学模型分解为至少两个基本图形。如图3所示，对图2中的梯形可分解为一个正方形和一个等腰三角形。
需要说明的是，任何一个不规则的多边形，一般不能恰好分解成正方形，等边三角形和圆形这三种基本图形的任意一种，或者任意两种或三种的组合。但是可以通过将不规则的多边形进行分割，然后使得分割的各个部分尽量满足这三种基本图形的任意一种组合。不满足的部分可以用最小近似的方法来弥补。比如，对于图2所示的梯形形状的粮库，其最外沿的储粮点的连线可被分解为一个正方形和一个等腰三角形，如图3所示。这时可以把分解出来的等腰三角形近似为一个边长为该等腰三角形底边长的等边三角形，那么，这个等边三角形是可以完全覆盖该等腰三角形的。
需要说明的是，无线测控分机收发数据的信号强度表现为同心圆的形式，其信号强度在高于一定信号强度的情况下才可以保障数据传输的稳定性，因此，以无线测控分机为圆心，可以画出一个圆，对于任意两个临近的测控分机，只要对应的信号强度圆有重叠的部分，粮情数据就可以在两台测控分机之间进行传输。
上面也提到了，本申请实施例要用尽量少的测控分机覆盖粮库中所有的储粮点，考虑到无线测控分机收发数据的信号强度表现为同心圆的形式，本申请实施例对储粮点分布的数学模型进行最少定圆求解，而任意多边形都可近似分解为正方形，等边三角形或者圆形，进而本申请实施例对由粮库最外沿的储粮点构成的多边形的最少定圆求解可以转化为对正方形，等边三角形以及圆形的最少定圆求解。具体在实现过程中，执行如步骤s300所述的根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值，将每个基本图形对应的测控分机的个数相加，就能得到粮库所需要的测控分机的总个数。
需要说明的是，本申请实施例所计算出的每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值指的是在满足测控分机能够接收到测温电缆发送的温湿度数据，且在临近的两台测控分机之间也能相互传输粮情数据的条件下，所需要的测控分机数量的最小值。即该最小值既能满足传输数据的需求，又能使得在粮库中设置这些数量的测控分机，能够覆盖到粮库中所有的储粮点。
还需要说明的是，根据无线测控分机的实际参数，以及我国各个粮库的实际大小，本申请实施例限定基本图形的边长或者直径不超过无线测控分机用于数据传输的有效传输半径的三倍。
下面分别以正方形，等边三角形和圆形为例对最少定圆覆盖基本图形做出详细说明。
基本图形为正方形时，如图4a所示，当正方形的边长
当基本图形为等边三角形时，如图5a所示，当等边三角形的边长
当基本图形为圆形时，如图6a所示，当圆形的直径ds≤2rm时，此时需要的测控分机个数最小为1；如图6b所示，当2rm≤ds≤2.308rm时，此时需要的测控分机个数为最小3；如图6c所示，当2.308rm≤ds≤2.828rm时，此时需要的测控分机个数最小为4；如图6d所示，当2.828rm≤ds≤3.282rm时，此时需要的测控分机个数最小为5。
需要说明的是，本申请实施例在将由粮库的最外沿储粮点构成的多边形进行基本图形的分解时，每个基本图形所需的无线测控分机的信号强度的同心圆之间可以有交集，但是不会出现基本图形所需的无线测控分机的信号强度的同心圆之间完全重合的情况，这样，将每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值相加，就能得到粮库所需要的无线测控分机的总个数的最小值。
得到粮库所需要的无线测控分机的总个数之后，执行步骤s400：即根据所得到的测控分机的总个数，在粮库中布设测控分机；布设测控分机时，需要注意的是，根据测控分机的信号强度，保证测控分机的信号强度能够覆盖粮库中所有的储粮点。具体实现时，可结合上面所述的每种基本图形的情况下，所需要的测控分机个数。
进一步地，布设测控分机之后还可以对测控分机的位置进行调整，以使得测控分机的测温点容量的利用率尽可能最大化。
需要说明的是，这里之所以用测控分机的测温点容量来描述，是因为测温电缆中的温湿度传感器用来测量粮库内粮面和粮库外的温度和湿度，并把温度和湿度数据传输给测控分机，再由测控分机将数据传输给测控主机。由此可见，测控分机向测控主机传输的数据来源于与之相连的测温电缆，而一台测控分机所能接入的测温电缆的数量是有限的，所以这里用测控分机的测温点容量来描述，且本申请实施例要实现的是尽量使得测控分机覆盖到的储粮点所需的测温点总量无限接近测控分机的测温点容量上限。
假设nm为无线测控分机的测温点容量上限值，ng(x)为储粮点x需要布设的测温点个数，f1＝min{nm-σ[ng(1)+ng(2)+…+ng(x)]}为无线测控分机的测温点容量上限值与该无线测控分机所覆盖区域内的储粮点所需布设的测温点个数总和的差值，要实现最大化利用无线测控分机的测温点容量，就要使得f1的值最小。举例来说，假设一个无线测控分机的测温点容量上限值为256，当根据上面所述分解出来的基本图形是圆形，且根据圆形的直径和无线测控分机收发数据的有效传输半径之间的关系，该圆形对应的储粮点区域所需的无线测控分机个数为1，而圆形对应的储粮点区域内的储粮点所需布设的测温点总数为100，那么，如果将无线测控分机布设在该圆形区域，则相当于浪费无线测控分机的156个测温点容量。这种情况下，就需要对无线测控分机的位置进行调整，具体调整时，可以寻找没有最大化利用无线测控分机的测温点容量且在其所在的区域内，所需的测温点个数总和接近256且小于等于256的储粮点区域。在寻找和比较的过程中，找到使得f1的值最小且f1大于等于零的储粮点区域。
进一步地，在对无线测控分机的位置进行调整之后，还可以求解粮库的几何平均点(geometricmedian),即计算到粮库内各个储粮点的距离之和最小的点。对于粮库内的储粮点x1,x2,x3,……xm，其几何平均点为：
具体求解时，可通过次梯度下降(subgradientdescent)算法求解。如图7所示，图中所标出的点即求解出的几何平均点。
在为粮库铺设测温电缆时，可以以计算出来的几何平均点为出发点，往粮库内各个储粮点铺设测温电缆，因为几何平均点与每个储粮点的距离之和最小，所以以几何平均点为基准点布设粮情测控系统的测温电缆，可以使铺设电缆的线缆长度最短。综上，本申请实施例在保障测温电缆的温湿度传感器能测量到每个储粮点的温湿度的基础上，降低了铺设电缆的线缆总长度，进一步降低了布设粮情测控系统的成本。
综上所述，本申请实施例提供的布设粮情测控系统的方法，首先将粮库内最外沿的储粮点连接起来，并在连接形成的多边形可被分解成基本图形的情况下，将所建立的数学模型分解至少两个基本图形，即将所建立的数学模型分解为至少两个正方形，等边三角形或者圆形，并分别对分解之后的基本图形用最少定圆覆盖算法进行求解，在不影响无线测控分机收发数据稳定性的情况下，求解出最少的测控分机个数。与现有技术中布设粮情测控系统的方法相比，本申请实施例在保证粮情测控系统正常检测粮库中各个储粮点的粮情数据的情况下，减少了所需测控分机的数量，在不影响系统功能的情况下，降低了布设系统的经济成本。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种粮情测控系统，如图8所示，包括建立数学模型模块，用于根据粮库中储粮点的分布，连接粮库中最外沿的储粮点，以建立储粮点分布的数学模型；分解数学模型模块，用于若所建立的数学模型可分解为基本图形，则将所建立的数学模型分解为至少两个基本图形；确定测控分机个数模块，用于根据所分解的每个基本图形的尺寸和测控分机的有效数据传输半径之间的关系，计算出每个基本图形所需要的测控分机数量的最小值，以得到粮库所需要的测控分机的总个数；布设测控分机模块，根据所得到的测控分机的总个数，在粮库中布设测控分机；测温电缆，用于将测温电缆内的温湿度传感器测得的粮情数据发送到测控分机；测控主机，用于接收测控分机发送的粮情数据；其中，测控分机包括无线收发装置。
可选地，本申请实施例中的粮情测控系统还包括带有温湿度传感器的测温电缆，用于测量粮库内粮面以及粮库外的温度和湿度，以及向测控分机发送测量到的温度和湿度值。
可选地，本申请实施例中的粮情测控系统还包括上位机，以及运行在上位机上的系统软件。
其中，测控分机和测控主机通过无线传输技术组成无线传输网络，测控主机用于向测控主机发送上位机的命令，测控分机用于向测控主机发送接收到的测温电缆测量的粮库内粮面和粮库外的温度和湿度。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独处理，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，简称rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
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