究的意义和主要内容本文结构安排第二章群智能优化算法群智能优化算法的概念与分类群智能优化算法的概念群智能优化算法的分类蚁群优化算法蚁群优化算法的机制原理蚁群优化算法的数学模型蚁群优化算法的优缺点蚁群优化算法的应用本章小结第三章精细农业中的无线传感网技术精细农业的概念及特点精细农业中的发展与特点精细农业中的发展精细农业中的特点精细农业中的网络结构精细农业中网络组织形式精细农业中网络协议模型基于精细农业的信息监测系统信息监测系统的构成信息监测系统在精细农业中的应用盲均衡与盲检测技术在中的应用及性能指标盲均衡与盲检测技术在中的应用衡量盲均衡与盲检测算法收敛性能的指标本章小结第四章面向精细农业的盲检测系统面向精细农业的框架模型簇内盲均衡与盲检测原理及系统模型基于无线传感网盲均衡与盲检测系统原理基于的盲均衡与盲检测系统模型簇内基准传感器节点的盲均衡与盲检测簇内其它传感器节点的盲均衡与盲检测本章小结万方数据第五章盲检测仿真实验分析簇内基准传感器节点盲检测仿真实验簇内其它传感器节点盲检测仿真实验本章小结第六章总结与展望参考文献附录攻读硕士学位期间申请的专利附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论研究背景农业是人类赖以生存的基础产业，是国民经济的基础。如何发展优质高效的农业，如何保证农业生产的可持续发展，同时注重环境保护及资源利用，这些问题成为了世界各国关注的焦点。中国是个农业大国，据统计可耕地面积约为亿亩，世界排名第三。但由于人口众多，人均耕地面积却很少，排在了位以后。由此可见，我国农业首先需要解决的是粮食问题。近年来，农业在不断地改革和发展，主要体现在农业生产能力大幅提高，但是，我国农业仍然面临着巨大的挑战有限的农业资源。中国是世界上人口最多的国家，农业资源丰富，但人均资源占有量极其有限。目前，中国人均水资源，属轻度缺水，再加上水资源分布不均匀，造成个别地区人均水资源只有，属于重度缺水。人均耕地面积不断减少，从上世纪年代末到现在，总耕地面积削减了亿多亩，人均耕地面积也大致减少了亩，远达不到世界的平均水平，这些都显示了我国极其有限的农业资源。资源利用率低。由于我国半干旱干旱地区很多，全国有大量耕地需要灌溉，在人均水资源本来就匮乏的情况之下，再加上不合理灌溉的影响我国灌溉用水的利用率并不高。又如我国化肥的当季利用率，氮为，磷为，钾为，而美日等国的氮肥利用率可高达，再根据地域的不同以及土壤养分分布不均衡的因素，这进步降低了化肥利用率。因此，充分高效地利用有信息下列公式表示蚁群优化算法中启发信息的更新规则。或者式中，是蚁群优化算法的最小评价函数，蚁群优化算法的最大评价函数，如果个节点序列字符为，认为蚂蚁经过此节点，并且若最差优蚂蚁也经过此节点，启发信息对应为，如果个节点序列字符为，则认为蚂蚁没有经过此节点。信息素下列式子表示蚁群优化算法中信息素的更新规则。上述式中，表示信息素挥发系数，则表示信息素残留因子，为了防止信息不断累积，的取值范围应该为，，，表示信息素增量，表示蚂蚁分泌的信息素强度，在定程度上影响算法的收敛速度，表示第只蚂蚁在本次循环中的评价函数的值，表示第只蚂蚁在上次循环中的评价函数的值。若大于，表示此次蚂蚁周游的路径比较好，相应节点的信息素增加反之，相应节点信息素不增加。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章群智能优化算法蚁群优化算法中节点信息素的更新公式为，蚁群在个节点增加的信息素之和则由公式表示。状态转移概率蚁群优化算法中的状态转移概率是根据启发信息和信息素来计算的，如式。式中，表示第只蚂蚁下步允许选的元素为信息启发式因子，反应了蚂蚁积累的信息素对蚂蚁运动的影响，值越大，表明该蚂蚁越倾向选择信息素积累较多的路径，蚂蚁间协作性越强为期望启发式因子，反应了蚂蚁在选择路径时启发信息的受重视程度，值越大，表明该状态转移概率越接近于贪心规则。蚁群优化算法的优缺点蚁群算法是根据真实的蚁群系统进行集体觅食行为而发展起来的，所以该算法必然有真实的蚁群系统的许多优点并行分布式计算蚁群为了共同的目标而聚集，协同工作完成同样的任务，若其中蚁群个体因存在缺陷而不能完成任务，这并不会影响群体的工作。这表明蚁群算法具有分布式计算的特征，每只蚂蚁相互独立地寻找问题的解，在只蚂蚁未能成功获取解时，整个蚁群系统仍可以完成任务，保证获取最优解，增强了算法可靠性。自组织蚁群个体的能力有限，而通过个体之间的互动，组织协调完成同项任务却显示蚁群非凡的自组织能力，这种自组织性增强了算法的鲁棒性。另外，自组织的蚁群优化算法不需要目标函数连续或可导等限制条件，因此有较强的适应性。全局寻优能力算法使用的是蚂蚁群体而不是蚁群个体，在蚂蚁寻找最优路径过程中利用了概率搜索技术，保证搜索范围足够大，避免算法陷入局部最优，使得算法拥有强大的全局寻优能力。在蚁群算法取得巨大成功的同时，也存在着些缺点算法搜索时间较长，般蚁群优化算法的时间复杂度为，为蚂蚁数，为蚂蚁遍历元素的个数，为循环次万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章群智能优化算法数，大部分时间花费在了解的构造蚁群优化算法容易出现搜索停滞现象，搜索进行到定程度后，解趋于致，即使利用了随机搜索技术也难以进行进步搜索，不利于发现更优的解。蚁群优化算法的应用国内外学者不断的研究蚁群优化算法，在很多实际应用领域取得了丰富的研究成果，该算法具有算法思路清晰流程简单易于实现鲁棒性强等特点，已经在组合优化网络路由数据挖掘图像处理智能机器人等方面有了广泛应用。并随着蚁群优化算法不断的深入研究和发展，其应用领域正在不断扩大。组合优化蚁群优化算法很早就被应用来解决组合优化问题，该算法在解离散状态问题时对状态编码有显著优势，主要原理是对容易达到最优解的组合进行有条件加强，对不容易达到最优解的组合有条件减弱，研究对象都是解的组合。组合优化问题包括经典的旅行商问题二次规划问题加工调度问题车辆路径问题等。网络路由网络路由是蚁群优化算法应用的个主要方面，尤其是通信网络中的路由选择问题，通过在网络中应用蚂蚁寻路机制可以有效地规避拥塞，在网络拓扑结构中找到合适的网络节点形成最优路由路径。由于路由直接关系到网络的性能，网络路由成为当今网络技术领域的个研究热点。传统的路由算法很难有效地解决问题，因此些学者基于蚁群算法提出了许多行之有效的解决方案，。数据挖掘数据挖掘要求在大量繁复的数据中找到种数据间的联系，在爆炸式增长的信息量中找出种规则。近年来，许多学者对基于蚁群算法的分布式数据挖掘进行了研究他们利用了蚁群的局部学习和总体协作的方式对数据进行分析，发现数据模式及特征，进而进行数据挖掘。图像处理图像处理是用计算机对图像进行分析，并进行影像的校正压缩或变换等处理，以达到所需结果的技术。现在大部分图像为数字图像，而蚁群优化算法的离散性很适合处理这样的图像，常见的处理有图像编码图像增强图像分割图像复原等，蚁群算法在这些方面取得了丰富的研究成果便于实现提取有用的影像信息，便于提高图像质量。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章群智能优化算法机器人领域机器人是种机器装置，它可以自动执行预先编排的程序，在引入人工智能技术之后，也可以模仿些人或生物的智能行为，比如感知事物的行为自如运动的行为路径规划行为等。年的月搭载着“月兔号”的“嫦娥三号”成功软着陆于月球的虹湾着陆区，这是我国最高智能机器人，集中了机器人的很多优势，月球车根据路径规划实现自主导航，还携带许多探测仪器，实现自动控制对月球土壤成分进行探测。近年来，蚁群优化算法在机器人路径规划机器人控制多机器人协作方面均取得了丰富的研究成果，。本章小结本章主要对群智能优化算法相关知识进行了介绍，首先介绍了群智能优化算法的概念以及分类然后详细阐述了蚁群优化算法，分别对算法的机制原理数学模型优点及缺点和应用领域展开叙述。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第三章精细农业中的无线传感网技术第三章精细农业中的无线传感网技术随着现代的人类越来越关注生态环境，传统农业的低效性越显突出，农业中肥料和农药对环境的负面影响也逐渐被人们所关注。精细农业便应运而生，而无线传感网技术已迅速蔓延到多种多样的学科领域，在农业领域的应用也取得了长足的进步，尤其是在精细农业中存在着巨大的应用价值。无线传感网具有感知计算和通信能力，其部署方便，协作采集大量的数据信息，为实施精细农业提供依据。精细农业的概念及特点我国现阶段的工作重点是解决好农业问题，加快发展现代农业，而精细农业是现代农业发展的新潮流。所谓精细农业，是指根据环境作物等因素变化而快速响应以改善不良因素的种耕作手段。由于农业中作物的特性所需生长条件田间土壤都各不相同，它们是随时间差别空间变异而变化的，所以需要进行精细农业来提高耕作效率，减少农业资源浪费。与传统农业相比，精细农业主要有以下特点适时适量施肥喷药，增加效率，减少环境污染传统农业往往技术手段落后，生产设备缺乏，生产方式主要以人力为主，效率低。会出现施肥不当引起氮磷钾肥比例失调的状况或喷药过度污染环境的状况。而通过精细农业可以在恰当的时间和空间进行准确施肥或喷药，不仅提高了肥料利用率，还防止了环境破坏，因此在经济和环境方面均有良好的表现。减少浪费和节约水资源目前传统的农业灌溉常常采用修渠灌溉漫灌的方式，是种比较粗放的灌水方法，水量浪费大。而精细农业可以对农田信息进行动态监测，只在缺水的地方进行补给，尽可能地减少水的使用量。进行高科技农业，节本增效，提高农业产量，保证农产品质量传统农业主要依靠人力和畜力，而精细农业则利用现代信息技术在大规模的农田空间进行作业，实时监测农作物的生长过程，根据采集到的数据采取相应的保护措施，在节约了人力成本的同时，又保证了农作物的产量和质量。精细农业实践要求高密度低成本实时地获取农田土壤信息作物信息和农田微气象信息，研究开发基于精