太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的防盜防破壞設(shè)計及展望.pdf

2021 年 3 月 第3 卷 第 1 期 Mar 2021 Vol 3 No 1 智 慧 農(nóng) 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 及 展 望 黃 凱 1 2 舒 磊 2 3 李 凱 亮 2 楊 星 2 朱 艷 1 汪 小 旵 4 蘇 勤 2 1 國 家 信 息 農(nóng) 業(yè) 工 程 技 術(shù) 中 心 江 蘇 南 京 2 1 0 0 9 5 2 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 人 工 智 能 學 院 江 蘇 南 京 2 1 0 0 3 1 3 英 國 林 肯 大 學 林 肯 L N 6 7 T S 4 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學 工 學 院 江 蘇 南 京 2 1 0 0 3 1 摘 要 太 陽 能 殺 蟲 燈 在 有 效 控 制 蟲 害 的 同 時 可 減 少 農(nóng) 藥 施 藥 量 隨 著 其 部 署 數(shù) 量 的 增 加 被 盜 被 破 壞 的 報 道 也 越 來 越 多 嚴 重 影 響 了 蟲 害 防 治 效 果 并 造 成 了 較 大 的 經(jīng) 濟 損 失 為 有 效 地 解 決 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 被 盜 被 破 壞 問 題 本 研 究 以 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 為 應(yīng) 用 場 景 對 太 陽 能 殺 蟲 燈 硬 件 進 行 改 造 設(shè) 計 以 獲 取 更 多 的 傳 感 信 息 提 出 了 太 陽 能 殺 蟲 燈 輔 助 設(shè) 備 無 人 機 殺 蟲 燈 用 以 被 盜 被 破 壞 出 現(xiàn) 后 的 部 署 追 蹤 和 巡 檢 等 應(yīng) 急 應(yīng) 用 通 過 上 述 硬 件 層 面 的 改 造 設(shè) 計 和 增 加 輔 助 設(shè) 備 可 以 獲 取 更 為 全 面 的 信 息 以 判 斷 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 被 盜 被 破 壞 情 況 但 考 慮 到 被 盜 被 破 壞 發(fā) 生 時 間 短 僅 改 造 硬 件 層 面 還 不 足 以 實 現(xiàn) 快 速 準 確 判 斷 因 此 本 研 究 進 一 步 從 內(nèi) 部 硬 件 軟 件 算 法 和 外 形 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 三 個 層 面 探 討 了 設(shè) 備 防 盜 防 破 壞 的 優(yōu) 化 設(shè) 計 設(shè) 備 防 盜 防 破 壞 判 斷 規(guī) 則 的 建 立 設(shè) 備 被 盜 被 破 壞 的 快 速 準 確 判 斷 設(shè) 備 被 盜 被 破 壞 的 應(yīng) 急 措 施 設(shè) 備 被 盜 被 破 壞 的 預(yù) 測 與 防 控 以 及 優(yōu) 化 計 算 以 降 低 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 負 荷 六 個 關(guān) 鍵 研 究 問 題 并 對 設(shè) 備 防 盜 防 破 壞 技 術(shù) 在 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 場 景 中 的 應(yīng) 用 進 行 了 展 望 關(guān) 鍵 詞 太 陽 能 殺 蟲 燈 防 盜 防 破 壞 無 人 機 殺 蟲 燈 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 中 圖 分 類 號 S 2 3 7 S 2 5 1 U 4 9 2 8 3 文 獻 標 志 碼 A 文 章 編 號 2 0 2 1 0 2 S A 0 3 4 引 用 格 式 黃 凱 舒 磊 李 凱 亮 楊 星 朱 艷 汪 小 旵 蘇 勤 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 及 展 望 J 智 慧 農(nóng) 業(yè) 中 英 文 2021 3 1 129 143 HUANG Kai SHU Lei LI Kailiang YANG Xing ZHU Yan WANG Xiaochan SU Qin Design and prospect for anti theft and anti destruction of nodes in Solar Insecticidal Lamps Internet of Things J SmartAgriculture 2021 3 1 129 143 in Chinese with English abstract 1 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 現(xiàn) 狀 目 前 太 陽 能 殺 蟲 燈 在 農(nóng) 業(yè) 中 得 到 了 廣 泛 應(yīng) 用 1 有 效 減 少 了 大 田 期 成 蟲 落 卵 量 及 后 期 化 肥 農(nóng) 藥 施 用 量 并 能 進 行 蟲 情 監(jiān) 測 確 保 糧 食 安 全 但 是 越 來 越 多 的 研 究 和 報 道 表 明 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 非 常 嚴 重 如 圖1 所 示 整 理 涉 及 到 殺 蟲 燈 盜 竊 破 壞 的 文 獻 報 道 如 表1 所 示 分 析 太 陽 能 殺 蟲 燈 各 零 部 件 被 盜 被 破 壞 的 情 況 主 要 原 因 如 下 a 殺 蟲 燈 整 燈 被 盜 留 下 的 底 座 b 被 破 壞 的 殺 蟲 燈 燈 管 圖1 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 情 況 2 Fig 1 Theft and destruction of solar insecticidal lamp doi 10 12133 j smartag 2021 3 1 202102 SA034 收 稿 日 期 2021 02 16 修 訂 日 期 2021 03 11 基 金 項 目 國 家 自 然 科 學 基 金 62072248 作 者 簡 介 黃 凱 1988 男 博 士 研 究 方 向 為 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) E mail kai huang 通 訊 作 者 舒 磊 1981 男 博 士 教 授 研 究 方 向 為 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 電 話 025 58606643 E mail lei shu Vol 3 No 1 智 慧 農(nóng) 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 1 太 陽 能 殺 蟲 燈 價 值 較 高 目 前 網(wǎng) 上 檢 索 到 的255 個 太 陽 能 殺 蟲 燈 產(chǎn) 品 均 價 為2039 5 元 人 民 幣 220 0 20 000 0 元 23 2 監(jiān) 視 設(shè) 備 投 入 高 太 陽 能 殺 蟲 燈 往 往 部 署 在 人 流 量 較 少 的 地 方 通 過 增 加 攝 像 頭 等 監(jiān) 視 設(shè) 備 來 保 障 設(shè) 備 安 全 會 大 幅 增 加 硬 件 投 入 提 升 成 本 不 利 于 設(shè) 備 推 廣 應(yīng) 用 同 時 監(jiān) 測 設(shè) 備 本 身 也 存 在 被 盜 被 破 壞 的 風 險 24 3 監(jiān) 視 設(shè) 備 通 訊 功 能 不 完 善 已 有 的 太 陽 能 殺 蟲 燈 防 盜 功 能 大 都 是 通 過GPRS 模 塊 實 現(xiàn) 的 1 但 這 只 適 用 于 圖1 a 所 示 的 整 燈 被 盜 且 被 盜 燈 具 功 能 完 好 2 的 情 況 不 適 用 零 部 件 的 盜 竊 及 破 壞 等 情 況 且 其 產(chǎn) 生 的 數(shù) 據(jù) 流 量 費 用 使 得 應(yīng) 用 成 本 持 續(xù) 增 加 4 太 陽 能 殺 蟲 燈 管 理 不 完 善 當 太 陽 能 殺 蟲 燈 節(jié) 點 被 盜 被 破 壞 后 缺 乏 應(yīng) 急 措 施 去 管 理 維 護 殺 蟲 燈 短 時 間 內(nèi) 無 法 恢 復 這 容 易 引 起 更 多 的 被 盜 被 破 壞 問 題 綜 上 太 陽 能 殺 蟲 燈 在 應(yīng) 用 過 程 中 缺 乏 合 適 的 防 盜 防 破 壞 方 法 造 成 了 較 大 的 經(jīng) 濟 損 失 也 使 得 出 現(xiàn) 被 盜 被 破 壞 問 題 后 蟲 害 防 治 效 果 大 打 折 扣 參 考 李 凱 亮 等 1 總 結(jié) 的 聯(lián) 網(wǎng) 型 殺 蟲 燈 產(chǎn) 品 對 于 具 備 防 盜 功 能 的 產(chǎn) 品 25 29 當 出 現(xiàn) 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 時 有 如 下 情 況 1 整 燈 被 盜 在 整 燈 完 整 功 能 正 常 的 條 件 下 可 通 過 定 位 判 斷 是 否 被 盜 若 整 燈 被 盜 且 功 能 正 常 則 被 盜 后 可 追 回 2 零 部 件 被 盜 零 部 件 被 盜 的 情 況 下 系 統(tǒng) 僅 顯 示 相 應(yīng) 模 塊 故 障 不 能 判 別 被 盜 情 況 若 蓄 電 池 被 盜 且 無 備 用 電 源 則 被 盜 時 無 法 得 知 具 體 狀 況 3 整 燈 被 破 壞 所 有 零 部 件 包 括 蓄 電 池 被 破 壞 若 無 備 用 電 源 則 整 燈 被 破 壞 時 無 法 得 知 具 體 狀 況 4 零 部 件 被 破 壞 零 部 件 被 破 壞 的 情 況 下 系 統(tǒng) 僅 顯 示 相 應(yīng) 模 塊 故 障 不 能 判 別 被 破 壞 情 況 若 蓄 電 池 被 破 壞 且 無 備 用 電 源 則 被 破 壞 時 無 法 得 知 具 體 狀 況 其 中 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 和 產(chǎn) 生 故 障 在 系 統(tǒng) 中 都 只 顯 示 故 障 狀 態(tài) 這 顯 然 不 利 于 管 理 維 護 人 員 判 斷 殺 蟲 燈 的 真 實 工 作 狀 態(tài) 表 1 殺 蟲 燈 盜 竊 破 壞 的 相 關(guān) 文 獻 報 道 Table 1 Related literatures and reports on theft and destruction of solar insecticidal lamps 2001 2003 2004 2010 2011 2011 2011 2012 2013 頻 振 式 殺 蟲 燈 在 園 林 害 蟲 防 治 上 的 應(yīng) 用 3 頻 振 式 殺 蟲 燈 防 治 油 松 毛 蟲 試 驗 4 頻 振 式 殺 蟲 燈 防 治 落 葉 松 鞘 蛾 效 果 分 析 5 宜 川 縣 蘋 果 害 蟲 發(fā) 生 現(xiàn) 狀 與 防 控 技 術(shù) 6 新 型 殺 蟲 燈 誘 殺 玉 米 螟 技 術(shù) 7 殺 蟲 燈 頻 遭 黑 手 市 政 盜 走 使 用 不 當 有 害 無 益 8 三 亞 政 府 免 費 安 裝 千 盞 殺 蟲 燈 兩 月 后 百 盞 遭 破 壞 9 太 陽 能 智 能 殺 蟲 燈 應(yīng) 用 效 果 研 究 10 太 陽 能 殺 蟲 燈 防 治 果 園 害 蟲 試 驗 11 廣 州 市 植 保 新 技 術(shù) 新 方 法 推 廣 現(xiàn) 狀 分 析 12 黑 光 燈 上 部 件 時 常 有 丟 失 或 被 損 壞 在 護 林 的 同 時 對 殺 蟲 燈 加 以 管 護 防 止 電 源 線 脫 落 殺 蟲 燈 的 丟 失 損 壞 等 建 立 人 與 燈 結(jié) 合 的 管 理 制 度 每 人 管 理10 臺 燈 負 責 開 燈 閉 燈 收 蟲 記 錄 分 析 處 理 并 定 期 維 護 燈 箱 擦 拭 燈 管 等 消 除 安 全 隱 患 防 止 丟 失 損 壞 殺 蟲 燈 人 為 丟 失 損 壞 現(xiàn) 象 嚴 重 由 于 蓄 電 池 可 以 隨 時 安 裝 和 取 下 所 以 夜 間 在 屯 外 路 邊 的 秸 稈 垛 誘 蟲 時 偶 爾 會 出 現(xiàn) 蓄 電 池 丟 失 現(xiàn) 象 接 連 好 幾 天 發(fā) 現(xiàn) 安 裝 在 線 桿 上 的 多 個 滅 蛾 燈 丟 失 白 天 發(fā) 現(xiàn) 滅 蛾 燈 沒 有 了 工 作 人 員 來 安 裝 上 第 二 天 又 丟 了 滅 蟲 燈 遭 破 壞 有 的 電 池 被 偷 有 的 太 陽 能 發(fā) 電 板 被 偷 有 的 電 網(wǎng) 和 燈 管 被 砸 壞 據(jù) 三 亞 有 關(guān) 部 門 統(tǒng) 計 截 至 目 前 約100 多 盞 太 陽 能 滅 蟲 燈 遭 到 破 壞 在 田 間 使 用 容 易 丟 失 沒 有 防 盜 功 能 太 陽 能 電 池 板 容 易 被 人 為 損 壞 新 技 術(shù) 推 廣 應(yīng) 用 過 程 中 后 續(xù) 維 護 和 管 理 跟 不 上 常 出 現(xiàn) 殺 蟲 燈 燈 管 易 損 耗 外 殼 易 老 化 接 蟲 袋 丟 失 個 別 地 方 出 現(xiàn) 電 線 或 殺 蟲 燈 被 盜 的 情 況 時 間 標 題 相 關(guān) 文 獻 報 道 的 表 述 1 3 0黃 凱 等 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 及 展 望 Vol 3 No 1 2013 2014 2015 2015 2016 2017 2018 2018 2018 2018 2020 積 極 爭 取 公 共 財 政 扶 持 扎 實 推 進 病 蟲 害 綠 色 防 控 13 1 65 萬 盞 殺 蟲 燈 讓30 萬 畝 花 生 告 別 灌 藥 歷 史 14 鄒 城 市 農(nóng) 作 物 病 蟲 害 專 業(yè) 化 統(tǒng) 防 統(tǒng) 治 與 綠 色 防 控 融 合 推 進 的 實 踐 及 成 效 15 淺 析 從 化 學 防 治 到 物 理 防 治 的 轉(zhuǎn) 變 關(guān) 于 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 應(yīng) 用 16 太 陽 能 殺 蟲 燈 對 蔬 菜 害 蟲 的 誘 殺 效 果 17 物 理 誘 蟲 燈 成 功 控 制 蟲 害 動 了 誰 的 奶 酪 2 花 生 病 蟲 害 全 覆 蓋 式 綠 色 防 控 工 作 的 實 踐 與 思 考 18 文 山 州 太 陽 能 殺 蟲 燈 使 用 現(xiàn) 狀 與 問 題 及 對 策 19 太 陽 能 誘 蟲 燈 對 玉 米 害 蟲 誘 殺 效 果 初 探 20 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 切 莫 浪 費 了 殺 蟲 燈 21 太 陽 能 殺 蟲 燈 在 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 中 的 推 廣 及 應(yīng) 用 22 香 城 鎮(zhèn)2007 年 以 來 先 后 購 置 頻 振 式 殺 蟲 燈4000 盞 使 用 之 初 由 于 以 村 為 單 位 分 散 管 理 責 任 利 益 不 明 確 丟 失 壞 損 甚 至 不 正 常 安 裝 使 用 的 現(xiàn) 象 時 有 發(fā) 生 香 城 鎮(zhèn) 通 過 實 施 洪 山 流 域 生 態(tài) 農(nóng) 業(yè) 示 范 區(qū) 建 設(shè) 項 目 先 后 購 買 殺 蟲 燈3000 盞 性 誘 捕 器1 萬 套 粘 蟲 板50 萬 塊 使 用 之 初 由 于 以 村 為 單 位 分 散 管 理 責 任 利 益 不 明 確 丟 失 損 壞 安 裝 使 用 不 正 常 的 現(xiàn) 象 時 有 發(fā) 生 由 于 太 陽 能 殺 蟲 燈 價 值 較 高 大 田 使 用 中 容 易 丟 失 這 需 要 在 使 用 中 做 好 防 盜 工 作 如 加 裝 防 盜 監(jiān) 控 設(shè) 施 等 或 者 對 產(chǎn) 品 作 進 一 步 改 進 增 加 防 盜 功 能 應(yīng) 在 農(nóng) 田 適 合 位 置 用 水 泥 固 定 安 裝 太 陽 能 殺 蟲 燈 加 強 養(yǎng) 護 巡 邏 嚴 防 偷 盜 自2007 年 本 團 隊 為 蔣 家 莊 村 民 免 費 裝 的 太 陽 燈 殺 蟲 燈 或 交 流 電 殺 蟲 燈 不 斷 被 破 壞 前 后 損 失 十 幾 萬 元 殺 蟲 燈 誘 捕 器 等 植 保 產(chǎn) 品 使 用 之 初 是 以 村 集 體 為 單 位 分 散 管 理 責 任 利 益 不 明 確 容 易 丟 失 損 壞 安 裝 使 用 不 當 的 情 況 時 有 發(fā) 生 太 陽 能 殺 蟲 燈 靠 太 陽 能 蓄 電 池 蓄 電 一 般 安 裝 于 田 間 距 村 莊 住 戶 比 較 遠 普 遍 距 地 面 比 較 近 沒 有 防 護 罩 大 人 小 孩 容 易 接 觸 到 太 陽 能 蓄 電 池 容 易 被 損 壞 盜 走 我 州 部 分 縣 市 蓄 電 池 被 盜 事 情 頻 發(fā) 大 大 縮 短 了 使 用 年 限 而 且 維 修 起 來 花 費 較 高 殺 蟲 燈 的 后 期 管 理 維 護 困 難 重 重 但 單 燈 智 能 太 陽 能 燈 由 于 安 裝 簡 易 較 矮 易 丟 失 最 初 推 廣 殺 蟲 燈 時 某580 畝 豇 豆 基 地 放 了 由 農(nóng) 業(yè) 部 門 免 費 送 的15 盞 頻 振 式 殺 蟲 燈 使 用 后 效 果 奇 好 可 不 到 二 三 年 時 間 燈 陸 續(xù) 壞 了 無 人 修 理 至 今 棄 之 不 用 對 易 損 件 要 定 期 檢 查 維 護 防 止 人 為 損 壞 續(xù) 表1 時 間 標 題 相 關(guān) 文 獻 報 道 的 表 述 如 果 可 準 確 識 別 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 的 狀 況 管 理 維 護 人 員 則 可 以 快 速 行 動 降 低 可 能 產(chǎn) 生 的 損 失 而 且 目 前 的 產(chǎn) 品 防 盜 功 能 的 實 現(xiàn) 有 一 個 前 提 燈 具 完 整 且 功 能 正 常 這 意 味 著 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 防 盜 功 能 還 有 待 提 升 此 外 作 者 對 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 備 安 全 研 究 的 現(xiàn) 狀 進 行 了 梳 理 如 表2 所 示 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 和 表2 前 三 類 場 景 特 點 都 有 共 同 之 處 但 是 也 存 在 不 同 設(shè) 備 安 全 問 題 的 應(yīng) 對 對 策 也 有 不 足 之 處 可 結(jié) 合 前 三 類 場 景 的 應(yīng) 對 對 策 完 善 現(xiàn) 有 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 被 盜 被 破 壞 的 應(yīng) 對 對 策 因 此 可 以 對 目 前 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 加 以 改 造 設(shè) 計 最 終 實 現(xiàn) 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 更 為 完 善 的 防 盜 防 破 壞 功 能 本 研 究 分 析 了 太 陽 能 殺 蟲 燈 設(shè) 備 在 應(yīng) 用 過 程 中 被 盜 被 破 壞 的 情 況 通 過 對 太 陽 能 殺 蟲 燈 內(nèi) 部 硬 件 加 以 改 造 設(shè) 計 并 從 太 陽 能 殺 蟲 燈 外 部 考 慮 增 加 輔 助 設(shè) 備 以 開 展 應(yīng) 急 措 施 最 后 結(jié) 合 硬 件 層 面 上 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 在 軟 件 層 面 上 分 析 開 展 防 盜 防 破 壞 研 究 過 程 中 需 要 考 慮 的 關(guān) 鍵 研 究 問 題 并 對 未 來 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 研 究 進 行 了 展 望 本 研 究 基 于 團 隊 提 出 的 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 1 從 兩 方 面 考 慮 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 防 盜 防 破 壞 的 改 造 設(shè) 計 1 從 太 陽 能 殺 蟲 燈 內(nèi) 部 考 慮 綜 合 考 慮 成 本 耗 電 量 等 因 素 增 加 防 盜 防 破 壞 的 傳 感 器 為 具 體 零 部 件 的 被 盜 被 破 壞 的 評 估 提 供 數(shù) 據(jù) 支 持 并 在 盜 竊 破 壞 狀 態(tài) 出 現(xiàn) 后 警 鳴 器 現(xiàn) 場 報 警 盡 可 能 降 低 損 失 2 從 太 陽 能 殺 蟲 燈 外 部 考 慮 設(shè) 計 一 款 機 動 性 強 的 輔 助 設(shè) 備 無 人 機 殺 蟲 燈 以 便 開 展 應(yīng) 急 措 施 保 障 物 聯(lián) 網(wǎng) 正 常 組 網(wǎng) 通 信 等 基 本 功 能 甚 至 為 被 盜 被 破 壞 案 件 的 告 破 提 供 有 效 線 索 1 3 1Vol 3 No 1 智 慧 農(nóng) 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 2 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 防 盜 防 破 壞 改 造 設(shè) 計 2 1 改 造 設(shè) 計 需 求 對 于 太 陽 能 殺 蟲 燈 而 言 任 何 時 候 都 存 在 被 盜 被 破 壞 的 風 險 需 要 滿 足 不 同 時 段 對 于 被 盜 被 破 壞 狀 況 的 監(jiān) 測 需 求 來 設(shè) 計 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 主 要 零 部 件 包 括 太 陽 能 電 池 板 蓄 電 池 殺 蟲 燈 通 信 模 塊 通 信 天 線 和 無 線 設(shè) 備 控 制 電 路 傳 感 器 模 塊 以 及 安 裝 支 架 等 如 圖2 所 示 增 加 太 陽 能 電 池 板 電 壓 電 流 傳 感 器 監(jiān) 測 太 陽 能 電 池 板 的 電 壓 電 流 蓄 電 池 柜 配 鎖 增 加 門 控 開 關(guān) 傳 感 器 監(jiān) 測 蓄 電 池 柜 是 否 異 常 開 啟 在 支 架 內(nèi) 部 布 線 以 防 電 線 從 外 部 破 壞 支 架 內(nèi) 置 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 硬 件 通 信 用 的 備 用 供 電 模 塊 加 速 度 傳 感 器 通 過 金 屬 支 架 保 護 硬 件 考 慮 到 不 同 零 部 件 在 不 同 時 段 的 工 作 狀 態(tài) 不 同 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 需 要 考 慮 各 零 部 件 的 特 點 1 太 陽 能 電 池 板 只 有 在 有 光 照 的 條 件 下 太 陽 能 板 才 有 電 流 輸 出 所 以 在 白 天 可 以 通 過 電 流 來 判 斷 太 陽 能 電 池 板 是 否 正 常 但 在 夜 間 無 法 通 過 電 流 來 判 斷 太 陽 能 電 池 板 是 否 正 圖2 太 陽 能 殺 蟲 燈 改 造 設(shè) 計 示 意 圖 Fig 2 Schematic diagram of retrofit design of solar insecticidal lamp 表 2 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 備 安 全 研 究 現(xiàn) 狀 對 比 分 析 Table 2 Comparative analysis of research status of Internet ofThings equipment safety 場 景 描 述 與 能 量 管 理 相 關(guān) 如 智 能 電 網(wǎng) 與 具 有 計 算 能 力 的 可 移 動 設(shè) 備 相 關(guān) 如 智 能 手 機 無 人 機 汽 車 摩 托 車 和 共 享 單 車 等 場 景 內(nèi) 所 有 設(shè) 備 參 與 自 組 網(wǎng) 如 文 物 辦 公 設(shè) 備 和 智 能 家 居 等 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 場 景 特 點 戶 外 場 景 覆 蓋 范 圍 廣 排 查 困 難 可 移 動 便 攜 價 值 高 智 能 化 關(guān) 聯(lián) 性 強 自 組 網(wǎng) 數(shù) 量 多 戶 外 場 景 覆 蓋 范 圍 廣 價 值 高 智 能 化 自 組 網(wǎng) 數(shù) 量 多 設(shè) 備 安 全 問 題 類 型 舉 例 電 纜 被 盜 30 輸 電 線 被 盜 31 32 智 能 電 表 被 破 壞 33 36 智 能 手 機 被 盜 37 41 無 人 機 被 破 壞 42 汽 車 被 盜 及 組 件 被 破 壞 43 46 摩 托 車 組 件 被 盜 47 共 享 單 車 被 盜 48 文 物 被 盜 49 辦 公 設(shè) 備 被 盜 50 智 能 家 居 被 破 壞 51 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 詳 見 表1 設(shè) 備 安 全 問 題 的 特 點 隨 機 性 易 被 破 壞 性 設(shè) 備 安 全 問 題 會 造 成 局 部 影 響 針 對 性 隨 機 性 設(shè) 備 安 全 問 題 會 造 成 相 應(yīng) 的 設(shè) 備 財 產(chǎn) 損 失 針 對 性 關(guān) 聯(lián) 性 組 網(wǎng) 設(shè) 備 的 狀 態(tài) 會 受 到 產(chǎn) 生 安 全 問 題 設(shè) 備 的 影 響 例 如 空 調(diào) 溫 度 模 塊 被 破 壞 造 成 智 能 開 窗 通 風 這 會 增 加 室 內(nèi) 被 盜 風 險 針 對 性 隨 機 性 關(guān) 聯(lián) 性 設(shè) 備 安 全 問 題 形 成 原 因 人 為 因 素 自 然 因 素 人 為 因 素 自 然 因 素 人 為 因 素 自 然 因 素 人 為 因 素 自 然 因 素 應(yīng) 對 對 策 電 路 信 號 檢 測 30 傳 感 器 檢 測 32 行 為 分 析 33 35 36 設(shè) 備 遠 程 鎖 定 37 38 48 RFID 39 行 為 分 析 40 46 授 權(quán) 訪 問 41 42 定 位 分 析 43 視 頻 監(jiān) 控 44 45 RFID 49 傳 感 器 檢 測 50 行 為 分 析 51 視 頻 監(jiān) 控 52 54 定 位 防 盜 25 29 應(yīng) 對 對 策 特 點 快 速 響 應(yīng) 并 定 位 30 數(shù) 據(jù) 驅(qū) 動 33 35 用 戶 用 電 隱 私 保 護 36 用 戶 信 息 隱 私 保 護 37 38 42 無 源 檢 測 39 用 戶 使 用 習 慣 學 習 40 46 用 戶 生 物 特 征 識 別 41 異 常 信 號 43 45 47 無 源 檢 測 49 被 盜 后 追 蹤 50 關(guān) 聯(lián) 性 分 析 51 防 盜 警 示 短 信 報 警 25 29 1 3 2黃 凱 等 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 及 展 望 Vol 3 No 1 常 而 在 太 陽 能 電 池 板 被 盜 被 破 壞 的 時 候 固 定 太 陽 能 電 池 板 的 支 架 通 常 會 發(fā) 生 劇 烈 的 晃 動 倒 地 或 者 出 現(xiàn) 位 置 移 動 因 此 可 增 加 加 速 度 傳 感 器 對 破 壞 和 盜 取 太 陽 能 電 池 板 的 行 為 進 行 監(jiān) 測 和 判 斷 2 蓄 電 池 蓄 電 池 白 天 通 過 太 陽 能 電 池 板 充 電 同 時 給 通 信 模 塊 供 電 夜 間 給 太 陽 能 殺 蟲 燈 供 電 也 給 通 信 模 塊 供 電 不 論 白 天 黑 夜 這 個 過 程 都 存 在 電 流 的 變 化 但 是 如 果 該 設(shè) 備 被 盜 被 破 壞 整 個 節(jié) 點 將 無 法 正 常 工 作 因 此 需 要 有 應(yīng) 急 備 用 電 源 以 保 障 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 通 信 功 能 此 外 目 前 的 蓄 電 池 通 常 放 在 上 鎖 的 蓄 電 池 柜 中 因 此 還 需 要 有 監(jiān) 測 蓄 電 池 柜 打 開 的 門 控 開 關(guān) 監(jiān) 測 模 塊 3 太 陽 能 殺 蟲 燈 殺 蟲 燈 通 過 蓄 電 池 供 能 夜 間 開 燈 誘 蟲 放 電 殺 蟲 這 個 過 程 存 在 電 流 的 變 化 但 是 白 天 不 工 作 無 法 通 過 電 流 來 判 斷 太 陽 能 殺 蟲 燈 是 否 正 常 而 在 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 的 時 候 與 太 陽 能 殺 蟲 燈 相 連 接 的 支 架 通 常 會 發(fā) 生 劇 烈 晃 動 倒 地 或 者 出 現(xiàn) 位 置 移 動 因 此 可 增 加 加 速 度 傳 感 器 對 破 壞 和 盜 取 太 陽 能 殺 蟲 燈 的 行 為 進 行 監(jiān) 測 和 判 斷 目 前 通 過GPRS 模 塊 進 行 太 陽 能 殺 蟲 燈 防 盜 只 適 用 于 整 燈 被 盜 無 法 實 現(xiàn) 全 天 候 地 對 所 有 零 部 件 被 盜 被 破 壞 狀 況 進 行 監(jiān) 測 因 此 在 對 太 陽 能 殺 蟲 燈 進 行 改 造 設(shè) 計 過 程 中 需 要 增 加 上 述 提 及 的 不 同 類 型 的 傳 感 器 以 完 善 信 息 的 采 集 從 而 為 準 確 判 斷 被 盜 被 破 壞 狀 況 提 供 數(shù) 據(jù) 支 持 2 2 改 造 方 案 可 行 性 分 析 為 獲 取 更 豐 富 的 信 息 除 了 增 加 不 同 類 型 的 傳 感 器 之 外 也 可 增 加 視 頻 采 集 設(shè) 備 表3 對 GPRS 模 塊 視 頻 采 集 模 塊 以 及 不 同 類 型 的 傳 感 器 從 多 個 角 度 進 行 了 對 比 探 索 更 適 合 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 應(yīng) 用 場 景 其 中 成 本 包 括 了 單 次 投 入 和 后 續(xù) 持 續(xù) 產(chǎn) 生 費 用 GPRS 模 塊 和 視 頻 采 集 模 塊 購 買 成 本 較 其 他 傳 感 器 貴 且 后 續(xù) 還 存 在 持 續(xù) 增 加 的 數(shù) 據(jù) 流 量 費 用 這 將 大 幅 提 高 應(yīng) 用 成 本 同 時 這 兩 個 模 塊 持 續(xù) 工 作 能 耗 很 大 增 加 了 蓄 電 池 能 量 輸 出 的 負 擔 除 了 視 頻 采 集 模 塊 需 要 添 加 額 外 的 支 架 以 保 證 太 陽 能 殺 蟲 燈 處 在 被 監(jiān) 測 范 圍 內(nèi) 其 他 模 塊 和 傳 感 器 都 可 以 集 成 在 電 路 板 上 這 也 意 味 著 視 頻 采 集 模 塊 相 比 于 其 他 集 成 的 傳 感 器 暴 露 在 外 容 易 被 盜 被 破 壞 綜 上 所 述 采 用GPRS 模 塊 和 視 頻 采 集 模 塊 會 遇 到 成 本 持 續(xù) 增 加 的 情 況 視 頻 采 集 模 塊 也 容 易 被 盜 被 破 壞 而 選 擇 集 成 其 他 傳 感 器 模 塊 電 壓 電 流 傳 感 器 加 速 度 傳 感 器 和 門 控 開 關(guān) 傳 感 器 總 體 價 格 更 低 且 不 會 增 加 額 外 費 用 安 全 性 也 有 保 障 具 有 可 行 性 因 此 本 研 究 中 選 擇 電 壓 電 流 傳 感 器 加 速 度 傳 感 器 和 門 控 開 關(guān) 傳 感 器 2 3 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 對 太 陽 能 殺 蟲 燈 硬 件 進 行 改 造 設(shè) 計 完 善 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 如 圖3 和 圖4 所 示 其 中 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 通 過 型 號 為 AR MEGA328P 的Arduino 模 塊 接 收 來 自 電 壓 電 流 模 塊 加 速 度 傳 感 器 模 塊 門 控 開 關(guān) 模 塊 電 源 表 3 不 同 模 塊 和 傳 感 器 的 性 能 對 比 Table 3 Performances comparison of different modules and sensors 模 塊 和 傳 感 器 成 本 CNY 持 續(xù) 工 作 能 耗 模 塊 安 裝 工 作 量 模 塊 被 盜 被 破 壞 風 險 GPRS 模 塊 40 0 高 低 低 視 頻 采 集 模 塊 100 0 高 中 中 電 壓 電 流 傳 感 器 6 0 低 低 低 加 速 度 傳 感 器 16 5 低 低 低 門 控 開 關(guān) 0 4 低 低 低 注 成 本 數(shù) 據(jù) 來 自 網(wǎng) 絡(luò) 圖3 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 硬 件 示 意 圖 Fig 3 Schematic diagram of system hardware for anti theft and anti destruction 1 3 3Vol 3 No 1 智 慧 農(nóng) 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 模 塊 備 用 電 源 模 塊 的 信 號 并 與 樹 莓 派Zero 和CC2538 通 信 模 塊 交 互 具 體 如 下 1 四 個 電 壓 電 流 模 塊 用 于 監(jiān) 測 蓄 電 池 太 陽 能 電 池 板 殺 蟲 燈 燈 管 和 殺 蟲 燈 金 屬 網(wǎng) 的 電 壓 電 流 情 況 并 以 數(shù) 字 信 號 的 方 式 傳 回Arduino 模 塊 2 電 源 模 塊 接 入 后 其 能 量 可 用 于 太 陽 能 殺 蟲 燈 所 有 耗 電 模 塊 的 工 作 需 求 備 用 電 源 模 塊 在 電 源 模 塊 被 切 斷 后 給Arduino 模 塊 通 信 模 塊 應(yīng) 急 供 電 3 加 速 度 傳 感 器 模 塊 接 入 后 采 集 的 信 息 以 數(shù) 字 信 號 的 方 式 傳 回Arduino 模 塊 4 門 控 開 關(guān) 監(jiān) 測 模 塊 接 入 后 則 以0 1 信 號 的 方 式 傳 回Arduino 模 塊 5 CC2538 通 信 模 塊 接 收 來 自Arduino 模 塊 的 信 號 并 發(fā) 出 相 應(yīng) 的 指 令 以 實 現(xiàn) 對Arduino 模 塊 的 控 制 6 樹 莓 派Zero 接 收 來 自Arduino 模 塊 的 數(shù) 據(jù) 信 息 并 發(fā) 出 相 應(yīng) 的 指 令 以 實 現(xiàn) 對Arduino 模 塊 的 控 制 2 4 功 能 可 行 性 驗 證 殺 蟲 燈 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 對 相 應(yīng) 的 傳 感 器 功 能 的 可 行 性 進 行 驗 證 驗 證 通 過 才 能 在 太 陽 能 殺 蟲 燈 上 進 行 安 裝 通 過 一 系 列 的 測 試 下 面 四 種 傳 感 器 均 可 正 常 運 行 滿 足 改 造 設(shè) 計 的 需 求 1 門 控 開 關(guān) 門 控 開 關(guān) 開 啟 或 關(guān) 閉 系 統(tǒng) 能 夠 收 到 對 應(yīng) 的 高 低 電 平 信 號 2 電 壓 電 流 傳 感 器 對 于 太 陽 能 殺 蟲 燈 不 同 零 部 件 各 自 的 電 壓 電 流 傳 感 器 都 可 以 輸 出 實 時 電 壓 電 流 變 化 如 12 01V 3 9 mA 3 備 用 電 源 切 斷 蓄 電 池 供 電 時 無 線 通 信 模 塊 還 可 以 正 常 工 作 工 作 時 長 取 決 于 電 池 容 量 也 不 會 因 為 切 斷 蓄 電 池 供 電 出 現(xiàn) 通 信 模 塊 重 啟 的 情 況 4 加 速 度 傳 感 器 當 太 陽 能 殺 蟲 燈 晃 動 時 加 速 度 傳 感 器 能 采 集 相 應(yīng) 信 號 并 上 傳 系 統(tǒng) 通 過 相 應(yīng) 的 模 塊 獲 得 數(shù) 據(jù) 信 息 為 太 陽 能 殺 蟲 燈 狀 態(tài) 的 判 斷 提 供 數(shù) 據(jù) 支 撐 3 基 于 無 人 機 的 防 盜 防 破 壞 輔 助 設(shè) 備 設(shè) 計 在 增 加 了 上 面 傳 感 器 之 后 可 獲 取 更 豐 富 的 數(shù) 據(jù) 信 息 用 于 判 斷 太 陽 能 殺 蟲 燈 被 盜 被 破 壞 的 情 況 但 是 面 對 防 盜 防 破 壞 的 需 求 仍 存 在 不 足 1 在 出 現(xiàn) 被 盜 被 破 壞 情 況 后 不 能 提 供 更 多 的 盜 竊 破 壞 細 節(jié) 信 息 破 案 難 度 較 高 大 概 率 不 能 追 回 被 盜 的 太 陽 能 殺 蟲 燈 零 部 件 或 者 整 燈 不 能 降 低 用 戶 的 損 失 2 在 出 現(xiàn) 被 盜 被 破 壞 情 況 后 沒 有 可 以 快 速 補 充 節(jié) 點 的 措 施 關(guān) 鍵 節(jié) 點 可 能 被 盜 被 破 壞 而 導 致 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 癱 瘓 同 時 節(jié) 點 被 破 壞 可 能 導 致 無 法 殺 蟲 因 此 需 要 增 加 輔 助 設(shè) 備 以 彌 補 上 述 不 足 3 1 目 標 需 求 根 據(jù) 前 文 分 析 對 太 陽 能 殺 蟲 燈 進 行 改 造 設(shè) 計 后 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 可 以 采 集 更 豐 富 的 信 息 可 以 更 為 準 確 地 判 斷 被 盜 被 破 壞 狀 況 在 出 現(xiàn) 被 盜 被 破 壞 之 前 用 戶 希 望 能 夠 降 低 被 盜 被 破 壞 風 險 在 出 現(xiàn) 被 盜 被 破 壞 情 況 后 用 戶 希 望 能 夠 追 回 被 盜 的 零 部 件 或 者 整 燈 或 者 可 以 獲 取 與 破 案 相 關(guān) 的 有 價 值 的 線 索 同 時 由 于 重 新 安 裝 部 署 太 陽 能 殺 蟲 燈 費 時 費 力 費 錢 所 以 還 需 要 可 快 速 響 應(yīng) 的 輔 助 設(shè) 備 進 行 應(yīng) 急 殺 蟲 無 人 機 作 為 機 動 性 很 強 的 設(shè) 備 能 夠 有 效 滿 足 應(yīng) 急 需 求 目 前 無 人 機 在 農(nóng) 業(yè) 中 應(yīng) 用 廣 泛 主 要 包 括 土 壤 監(jiān) 測 55 56 測 繪 57 58 人 工 授 粉 58 59 作 物 表 型 60 61 精 準 農(nóng) 業(yè) 62 64 灌 溉 65 66 農(nóng) 藥 噴 灑 病 蟲 害 監(jiān) 測 防 治 67 69 作 物 監(jiān) 測 以 及 植 物 圖4 防 盜 防 破 壞 系 統(tǒng) 硬 件 實 物 圖 Fig 4 System hardware for anti theft and anti destruction 1 3 4黃 凱 等 太 陽 能 殺 蟲 燈 物 聯(lián) 網(wǎng) 節(jié) 點 的 防 盜 防 破 壞 設(shè) 計 及 展 望 Vol 3 No 1 識 別 70 71 其