CN116868746B - 基于数据分析的智能灌溉施肥控制*** - Google Patents

基于数据分析的智能灌溉施肥控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于数据分析的智能灌溉施肥控制***，涉及控制***技术领域，包括数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块；数据采集模块，通过数据采集装置采集农田任意时间段的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度并传输至数据处理模块；数据处理模块，对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，所述精度数据包括土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据；本发明可以解决现有方案中灌溉施肥不及时与不精准的问题，同时能够根据农田实时情况来精准施肥。

Description

基于数据分析的智能灌溉施肥控制***
技术领域
本发明涉及控制***技术领域，具体是基于数据分析的智能灌溉施肥控制***。
背景技术
现有灌溉施肥控制技术(公开号为CN108848845A的发明专利)公开了一种基于云计算的智能灌溉施肥***，包括灌溉施肥模块、数据采集模块、控制模块、云端服务***，其中：灌溉施肥模块，用于为农田提供作物生长所需水、肥料；数据采集模块，用于实时监测和追踪所处区域的植物生长环境数据，并对植物生长环境数据进行异常数据清理后，将可用的植物生长环境数据发送至控制模块；控制模块，用于接收数据采集模块实时监测和追踪田间的植物生长环境数据，以及将数据发送给云端服务***，同时接收来自云端服务***的指令，开启或关闭水泵和电磁阀。现有技术在进行时无法解决灌溉施肥不及时与不精准的问题，还不能够根据农田实时情况来精准施肥。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于数据分析的智能灌溉施肥控制***，可以解决现有方案中灌溉施肥不及时与不精准的问题，同时能够根据农田实时情况来精准施肥。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了基于数据分析的智能灌溉施肥控制***，包括数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块；
数据采集模块，通过数据采集装置采集农田任意时间段的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度并传输至数据处理模块；
数据处理模块，对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，所述精度数据包括土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据；
数据分析模块，通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块；
灌溉分配模块，接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥。
优选地，所述数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块之间均通信和/或电气连接；
所述数据采集模块与数据采集装置之间通信和/或电气连接，其中，所述数据采集装置包括土壤湿度传感器、土壤养分传感器、水位传感器及其承载设备。
优选地，所述对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，包括：
处理土壤湿度、土壤养分含量与水位高度获取精度数据，表达式为：其中，/>表示为土壤湿度精度数据，/>表示为任意时间段土壤湿度原始值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最大值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最小值，/>表示为土壤养分含量精度数据，/>表示为任意时间段土壤养分原始值，/>表示为任意时间段土壤养分的最大值，/>表示为任意时间段土壤养分的最小值，/>表示为水位高度精度数据，/>表示为任意时间段水位高度原始值，/>表示为任意时间段水位高度的最大值，/>表示为任意时间段水位高度的最小值。
优选地，所述通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，包括：
设定所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值分别、/>、O；
将所述土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据分别与所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值进行比较；
当时，获得第一土壤湿度比较结果，则土壤湿度过高；
当时，获得第二土壤湿度比较结果，则土壤湿度正常；
当时，获得第三土壤湿度比较结果，则土壤湿度过低；
当时，获得第一土壤养分比较结果，则土壤养分含量过高；
当时，获得第二土壤养分比较结果，则土壤养分含量正常；
当时，获得第三土壤养分比较结果，则土壤养分含量过低；
当时，获得第一水位比较结果，则水位高度过高；
当时，获得第二水位比较结果，则水位高度正常；
当时，获得第三水位比较结果，则水位高度过低。
优选地，所述将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块，包括：
所述预警单元将所述第一土壤湿度比较结果、第三土壤湿度比较结果与湿度预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤湿度比较结果大于湿度预设的最大值，则发送第一灌溉水指令；
当第三土壤湿度比较结果小于湿度预设的最小值，则发送第二灌溉水指令；
所述预警单元将所述第一土壤养分比较结果、第三土壤养分比较结果与土壤养分预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤养分比较结果大于土壤养分的最大值，则发送第一灌溉土壤养分指令；
当第三土壤养分比较结果小于土壤养分的最小值，则发送第二灌溉土壤养分指令。
优选地，所述接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥，包括：
识别所述灌溉施肥指令判断灌溉施肥类型，确定所述灌溉施肥类型的对应比较结果，建立分配模型实现灌溉施肥，表达式为：其中，/>表示为灌溉水的分配模型，/>表示为土壤湿度的确权湿度，/>表示为灌溉水需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉水的利用系数，/>表示为灌溉养分的分配模型，/>表示为土壤养分的确权含量，/>表示为灌溉养分需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉养分的利用系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度，并对其处理分析，根据分析结果来控制灌溉施肥的量，从而可以解决现有方案中灌溉施肥不及时与不精准的问题，同时能够根据农田实时情况来精准施肥。
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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的***结构示意图；
图2为本发明的***的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本申请第一方面实施例提供了基于数据分析的智能灌溉施肥控制***，包括数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块；
数据采集模块，通过数据采集装置采集农田任意时间段的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度并传输至数据处理模块；
数据处理模块，对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，所述精度数据包括土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据；
数据分析模块，通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块；
灌溉分配模块，接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥。
进一步地，所述数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块之间均通信和/或电气连接；
所述数据采集模块与数据采集装置之间通信和/或电气连接，其中，所述数据采集装置包括土壤湿度传感器、土壤养分传感器、水位传感器及其承载设备。
需要解释的是，本发明实施例中，土壤湿度传感器、土壤养分传感器、水位传感器分别用于采集农田土壤湿度、农田土壤土壤养分与供水源的水位。
进一步地，所述对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，包括：
处理土壤湿度、土壤养分含量与水位高度获取精度数据，表达式为：其中，/>表示为土壤湿度精度数据，/>表示为任意时间段土壤湿度原始值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最大值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最小值，/>表示为土壤养分含量精度数据，/>表示为任意时间段土壤养分原始值，/>表示为任意时间段土壤养分的最大值，/>表示为任意时间段土壤养分的最小值，/>表示为水位高度精度数据，/>表示为任意时间段水位高度原始值，/>表示为任意时间段水位高度的最大值，/>表示为任意时间段水位高度的最小值。
需要解释的是，本发明实施例中，任意时间段采集的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度通过该方式进行处理，能较大改善采集数据的差异梯度，并提高采集数据精度。
进一步地，所述通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，包括：
设定所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值分别、/>、O；
将所述土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据分别与所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值进行比较；
当时，获得第一土壤湿度比较结果，则土壤湿度过高；
当时，获得第二土壤湿度比较结果，则土壤湿度正常；
当时，获得第三土壤湿度比较结果，则土壤湿度过低；
当时，获得第一土壤养分比较结果，则土壤养分含量过高；
当时，获得第二土壤养分比较结果，则土壤养分含量正常；
当时，获得第三土壤养分比较结果，则土壤养分含量过低；
当时，获得第一水位比较结果，则水位高度过高；
当时，获得第二水位比较结果，则水位高度正常；
当时，获得第三水位比较结果，则水位高度过低。
需要解释的是，本发明实施例中，农田灌溉控制***中的水位高度指的是供水源的水位，当水位高度过高时，灌溉控制***通过气动抽排两用泵进行排水，避免供水源的水位过高造成溢水，当水位高度过低时，灌溉控制***通过气动抽排两用泵进行补水，避免供水源的水位过低无法给农田土壤供水。
进一步地，所述将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块，包括：
所述预警单元将所述第一土壤湿度比较结果、第三土壤湿度比较结果与湿度预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤湿度比较结果大于湿度预设的最大值，则发送第一灌溉水指令；
当第三土壤湿度比较结果小于湿度预设的最小值，则发送第二灌溉水指令；
所述预警单元将所述第一土壤养分比较结果、第三土壤养分比较结果与土壤养分预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤养分比较结果大于土壤养分的最大值，则发送第一灌溉土壤养分指令；
当第三土壤养分比较结果小于土壤养分的最小值，则发送第二灌溉土壤养分指令。
需要解释的是，本发明实施例中，湿度预设的最大值与最小值分别表示影响农田农作物生长的最大土壤湿度和最小土壤湿度，土壤养分预设的最大值与最小值分别表示影响农田农作物生长的最大土壤养分含量和最小土壤养分含量。在灌溉施肥的过程中，当第一土壤湿度比较结果大于湿度预设的最大值时，说明土壤的湿度过高，已经达到影响农作物生长的量了，同时当第三土壤湿度比较结果小于湿度预设的最小值时，避免农作物缺少水分，所以必须通过第一灌溉水指令与第二灌溉水指令进行控制；当第一土壤养分比较结果大于土壤养分的最大值时，则说明土壤中的土壤养分超标会影响农作物生长，当第三土壤养分比较结果小于土壤养分的最小值时，则说明土壤中的土壤养分含量过少也会影响农作物生长，通过第一灌溉土壤养分指令与第二灌溉土壤养分指令进行控制。
进一步地，所述接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥，包括：
识别所述灌溉施肥指令判断灌溉施肥类型，确定所述灌溉施肥类型的对应比较结果，建立分配模型实现灌溉施肥，表达式为：其中，/>表示为灌溉水的分配模型，/>表示为土壤湿度的确权湿度，/>表示为灌溉水需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉水的利用系数，/>表示为灌溉养分的分配模型，/>表示为土壤养分的确权含量，/>表示为灌溉养分需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉养分的利用系数。
需要解释的是，本发明实施例中，灌溉分配模块先识别第一灌溉水指令与第二灌溉水指令、第一灌溉土壤养分指令与第二灌溉土壤养分指令，根据灌溉施肥指令实现灌溉施肥。
示例性地，本发明实施例中，当一块农田分为4块区域，4块区域分别配备有4个灌溉水渠道、3个灌溉水渠道、4个灌溉水渠道、2个灌溉水渠道与3个灌溉土壤养分渠道、1个灌溉土壤养分渠道、4个灌溉土壤养分渠道、3个灌溉土壤养分渠道，当第一块区域接收到第二灌溉土壤养分指令与第二灌溉水指令时，说明第一块区域农田缺少土壤养分且土壤湿度较低，影响农作物生长，灌溉施肥控制***根据与/>为第一块区域进行灌溉施肥，为第一块区域分配4个灌溉水渠道和3个灌溉土壤养分渠道，分别根据每个渠道的灌溉水的利用系数和灌溉养分的利用系数进行灌溉施肥。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (1)

1.基于数据分析的农田智能灌溉施肥控制***，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块；
数据采集模块，通过数据采集装置采集农田任意时间段的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度并传输至数据处理模块；
数据处理模块，对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，所述精度数据包括土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据；
数据分析模块，通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块；
灌溉分配模块，接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥；
所述数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块与灌溉分配模块之间均通信和/或电气连接；
所述数据采集模块与数据采集装置之间通信和/或电气连接，其中，所述数据采集装置包括土壤湿度传感器、土壤养分传感器、水位传感器及其承载设备；
所述对所述采集农田的土壤湿度、土壤养分含量与水位高度进行处理，获得精度数据，包括：
处理土壤湿度、土壤养分含量与水位高度获取精度数据，表达式为：其中，/>表示为土壤湿度精度数据，/>表示为任意时间段土壤湿度原始值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最大值，/>表示为任意时间段土壤湿度的最小值，/>表示为土壤养分含量精度数据，/>表示为任意时间段土壤养分原始值，/>表示为任意时间段土壤养分的最大值，/>表示为任意时间段土壤养分的最小值，/>表示为水位高度精度数据，/>表示为任意时间段水位高度原始值，/>表示为任意时间段水位高度的最大值，/>表示为任意时间段水位高度的最小值；
所述通过分析精度数据并与预设的预警阈值比较，获得比较结果，包括：
设定所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值分别分别M、N、O；
将所述土壤湿度精度数据、土壤养分含量精度数据与水位高度精度数据分别与所述土壤湿度、土壤养分含量与水位高度的阈值进行比较；
当Xnorm>M时，获得第一土壤湿度比较结果，则土壤湿度过高；
当Xnorm=M时，获得第二土壤湿度比较结果，则土壤湿度正常；
当Xnorm<M时，获得第三土壤湿度比较结果，则土壤湿度过低；
当ynorm>N时，获得第一土壤养分比较结果，则土壤养分含量过高；
当ynorm=N时，获得第二土壤养分比较结果，则土壤养分含量正常；
当ynorm<N时，获得第三土壤养分比较结果，则土壤养分含量过低；
当Znorm>O时，获得第一水位比较结果，则水位高度过高；
当Znorm=O时，获得第二水位比较结果，则水位高度正常；
当Znorm<O时，获得第三水位比较结果，则水位高度过低；
所述将所述比较结果通过预警单元发送灌溉施肥指令至灌溉分配模块，包括：
所述预警单元将所述第一土壤湿度比较结果的对应湿度值、第三土壤湿度比较结果的对应湿度值与湿度预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤湿度比较结果的对应湿度值大于湿度预设的最大值，则发送第一灌溉水指令；
当第三土壤湿度比较结果的对应湿度值小于湿度预设的最小值，则发送第二灌溉水指令；
所述预警单元将所述第一土壤养分比较结果的对应土壤养分值、第三土壤养分比较结果的对应土壤养分值与土壤养分预设的最大值与最小值进行比较；
当第一土壤养分比较结果的对应土壤养分值大于土壤养分的最大值，则发送第一灌溉土壤养分指令；
当第三土壤养分比较结果的对应土壤养分值小于土壤养分的最小值，则发送第二灌溉土壤养分指令；
所述接收灌溉施肥指令为农田灌溉施肥，包括：
识别所述灌溉施肥指令判断灌溉施肥类型，确定所述灌溉施肥类型的对应比较结果，建立分配模型实现灌溉施肥，表达式为：其中，/>表示为灌溉水的分配模型，/>表示为土壤湿度的确权湿度，/>表示为灌溉水需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉水的利用系数，/>表示为灌溉养分的分配模型，/>表示为土壤养分的确权含量，/>表示为灌溉养分需要的渠道数，/>表示为第/>个渠道的灌溉养分的利用系数。
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