CN118067966A - 一种数字化农业用土壤监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业信息技术领域，具体公开了一种数字化农业用土壤监测***，包括农田区域划分模块、数据采集检测模块、子区域数据分析模块、综合数据管理模块、目标区域计算模块、综合判断模块，以及数据交互模块。农田区域划分模块，用于将目标农田区域按照等面积划分方式划分成各监测子区域，依次记作为1，2，...，i，...，n；数据采集检测模块，用于采集检测子区域土壤的综合参数，并将综合参数传输至子区域数据分析模块；本发明通过数字化监测***，解决了可以实时监测和分析土壤温度、氮成分、钾成分数据问题，为农业生产提供了更加科学、精准的管理手段，它有助于提高农作物的产量和品质，降低生产成本，促进农业的可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种数字化农业用土壤监测***。
背景技术
随着智能化信息技术的不断发展，将智能化信息技术应用于农业生产已成为行业发展的重要趋势，因此也出现多样化的智能管控方式。
现有的数字化农业用土壤检测方式主要依赖于采样人员随机性地采集土壤样本，再借助专业设备进行详细的分析，这些分析数据随后被迅速上传至云端，由专业的检测院进行二次分析，这种方式确实解决了科研人员需要亲自前往实地进行检测分析所带来的时间消耗问题，同时数据传递的速度和规模也得到了显著提升，尽管在一定程度上提升了效率，但仍存在着诸多不足。
这种随机采集的方式存在明显的局限性，首先，由于采集的样本数量有限，其代表性可能不足，难以全面反映整个农田的土壤状况，而若采取量化采集的方式，又必然涉及大量的人力资源，造成高昂的用人成本。
其次，当前的土壤分析技术主要聚焦于土壤的成分分析，尽管这在一定程度上能够揭示土壤的基本状况，但面对复杂的土壤结构，如冻土层、泥沙层等，这种单一的分析方式显然力不从心，由于不同土壤层的成分、结构差异显著，仅凭成分分析很难全面、准确地评估土壤的整体状况，因此其结果往往具有较大的偶然性。
因此，我们亟须开发一种更为先进、全面的数字化农业用土壤检测***，这种***应能够实现对土壤样本的高效、精准采集，同时能够深入分析土壤的多项指标，通过这样的***，我们可以更全面地了解农田的土壤状况，为农业生产提供更加科学、有效的指导。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种数字化农业用土壤监测***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字化农业用土壤监测***，包括农田区域划分模块、数据采集检测模块、子区域数据分析模块、综合数据管理模块、目标区域计算模块、综合判断模块，以及数据交互模块。
农田区域划分模块：用于将目标农田区域按照等面积划分方式划分成各监测子区域，依次记作为1，2，...，i，...，n；
数据采集检测模块：用于采集检测子区域土壤的综合参数，并将综合参数传输至子区域数据分析模块；
子区域数据分析模块：包括温度系数计算单元、氮成分系数计算单元以及钾成分系数计算单元，所述温度系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的温度参数得到子区域土壤温度系数；所述氮成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的氮成分参数得到子区域土壤氮成分系数；所述钾成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的钾成分参数得到子区域土壤钾成分系数；
综合数据管理模块：用于将子区域土壤温度系数、子区域氮成分系数以及子区域钾成分系数传输至综合土壤安全指数模型，计算得到子区域综合土壤安全指数；
目标区域计算模块：用于将子区域综合土壤安全指数导入目标区域土壤安全指数模型中，计算得到目标综合土壤安全指数；
综合判断模块：用于将目标区域计算模块计算得到目标综合土壤安全指数与预设值进行对比，并将对比结果输入至数据交互模块；
数据交互模块：用于接收综合判断模块的数据，农业工作者可以进行实时的监测和分析，及时作出决策。
优选的，所述综合参数包括温度参数、氮成分参数以及钾成分参数。
优选的，所述温度参数包括子区域任一时间点土壤温度t 1 和间隔时间T后的土壤温度t 2 ，设定间隔时间T为半小时至一小时。
优选的，所述氮成分参数包括任一子区域某一时间点在没有施肥即F=0时，氮成分含量数值和随着施肥量增加氮成分含量数值，其中F为施肥量。
优选的，所述钾成分参数包括任一子区域某一时间点钾含量数值和随着浇水次数的增加钾成分含量数值，其中，W j 表示浇水次数，更需要具体说明的是当浇水次数为零或者负数时没有意义。
优选的，关于子区域土壤温度系数的计算公式如下：
，其中，A i 表示第i个子区域土壤温度系数，Δt表示为预设的土壤温度在测试过程中的允许温度误差值，t 1 表示任一时间点的土壤温度，t 2 表示间隔时间T后的土壤温度，间隔时间取值范围为半小时至一小时，μ 1 、μ 2 、μ 3 分别表示为预设的温度误差影响因子。
优选的，关于子区域土壤氮成分系数的计算公式如下：
，其中，N i 表示第i个子区域氮成分系数值，F表示施肥量，α 1 、 α 2 分别表示为预设的氮成分误差影响因子，e表示是自然对数的底数。
优选的，关于子区域土壤钾成分系数的计算公式如下：
，其中，K i 表示第i个子区域钾成分系数值，W j 表示浇水次数，j=1，2，3，4，5……m，ℇ 1 、ℇ 2 、ℇ 3 分别表示为预设的钾成分误差影响因子。
优选的，关于子区域综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，T i 表示第i个子区域的综合土壤安全指数，β1、β2、β3分别表示为子区域综合土壤安全指数误差影响因子。
优选的，关于目标综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，Ti表示第i个子区域的综合土壤安全指数。
结合上述所有技术方案，本发明所具有以下有益效果：
1、本发明通过数字化监测***，解决了可以实时监测和分析土壤温度、氮成分、钾成分数据问题，为农业生产提供了更加科学、精准的管理手段，它有助于提高农作物的产量和品质，降低生产成本，促进农业的可持续发展；
2、本发明通过自动化、实时化的数据采集和传输，大大减少了人工监测的工作量和时间成本，提高了监测效率；
3、本发明通过实时的数据分析和远程管理功能使得农业管理者能够更快速地响应土壤环境的变化，做出更准确的决策。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的***模块连接示意图。
具体实施方式
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种数字化农业用土壤监测***，包括农田区域划分模块、数据采集检测模块、子区域数据分析模块、综合数据管理模块、目标区域计算模块、综合判断模块，以及数据交互模块。
所述农田区域划分模块输出端与数据采集检测模块的输入端电信连接，所述数据采集检测模块输出端与子区域数据分析模块输入端电信连接，所述子区域数据分析模块输出端与综合数据管理模块输入端电信连接，所述综合数据管理模块输出端与目标区域计算模块输入端电信连接，所述目标区域计算模块输出端与综合判断模块输入端电信连接，所述综合判断模块输出端与数据交互模块输入端电信连接。
农田区域划分模块：用于将目标农田区域按照等面积划分方式划分成各监测子区域，依次记作为1，2，...，i，...，n；
数据采集检测模块：用于采集检测子区域土壤的综合参数，并将综合参数传输至子区域数据分析模块；
本实施例中，需要具体说明的是所述综合参数包括温度参数、氮成分参数以及钾成分参数；
温度参数包括子区域任一时间点土壤温度t 1 和间隔时间T后的土壤温度t 2 ，需要具体说明的是为确保t 1 和t 2 能够反映土壤温度的真实变化，避免环境温度波动的影响呈波动式变化对土壤温度的影响导致t 1 和t 2 一致，设定间隔时间T为半小时至一小时；
氮成分参数包括任一子区域某一时间点在没有施肥即F=0时，氮成分含量数值和随着施肥量增加氮成分含量数值，其中F为施肥量；
钾成分参数包括任一子区域某一时间点钾含量数值和随着浇水次数的增加钾成分含量数值，其中，W j 表示浇水次数，更需要具体说明的是当浇水次数为零或者负数时没有意义；
子区域数据分析模块：包括温度系数计算单元、氮成分系数计算单元以及钾成分系数计算单元，所述温度系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的温度参数得到子区域土壤温度系数；所述氮成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的氮成分参数得到子区域土壤氮成分系数；所述钾成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的钾成分参数得到子区域土壤钾成分系数；
本实施例中需要具体说明的是，关于子区域土壤温度系数的计算公式如下：
其中，A i 表示第i个子区域土壤温度系数，Δt表示为预设的土壤温度在测试过程中的允许温度误差值，t 1 表示任一时间点的土壤温度，t 2 表示间隔时间T后的土壤温度，间隔时间取值范围为半小时至一小时，μ 1 、μ 2 、μ 3 分别表示为预设的温度误差影响因子；需要具体说明的是，通过数据采集检测模块采集到不同时间点的温度值，通过t 1 和t 2 之间的温度变化率，以反映土壤温度的动态变化；
关于子区域土壤氮成分系数的计算公式如下：
其中，N i 表示第i个子区域氮成分系数值，F表示施肥量，α 1 、α 2 分别表示为预设的氮成分误差影响因子，e表示是自然对数的底数；需要具体说明的是在这个公式中，α 2 控制了施肥量对氮成分含量的影响程度，如果α 2 是正数，那么随着施肥量的增加，氮成分含量将呈指数级增长；如果α 2 是负数，那么随着施肥量的增加，氮成分含量将呈指数级减，α 1 则是一个基础水平，表示在没有施肥（F=0）时土壤中的氮成分含量。
关于子区域土壤钾成分系数的计算公式如下：
其中，K i 表示第i个子区域钾成分系数值，W j 表示浇水次数，j=1，2，3，4，5……m，ℇ 1 、ℇ 2 、ℇ 3 分别表示为预设的钾成分误差影响因子；需要具体说明的是在这个公式中，当浇水次数为零或者负数时没有意义；
综合数据管理模块：用于将子区域土壤温度系数、子区域氮成分系数以及子区域钾成分系数传输至综合土壤安全指数模型，计算得到子区域综合土壤安全指数；
本实施例中需要具体说明的是，关于子区域综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，T i 表示第i个子区域的综合土壤安全指数，β1、β2、β3分别表示为子区域综合土壤安全指数误差影响因子。
所述土壤温度系数，当土壤温度变化率越大，土壤温度系数越大，土壤可使用系数就越低；反之当土壤温度变化率越小，土壤温度系数越小，土壤可使用系数就越高；
所述土壤氮成分系数，如果α 2 是正数，那么随着施肥量F的增加，氮成分含量将呈指数级增长，土壤可使用系数就越低；如果α 2 是负数，那么随着施肥量的增加，氮成分含量将呈指数级减，土壤可使用系数就越高；
所述土壤钾成分系数，随着浇水次数W j 的增加，钾成分含量将呈对数级增长，土壤可使用系数就越低；
目标区域计算模块：用于将子区域综合土壤安全指数导入目标区域土壤安全指数模型中，计算得到目标综合土壤安全指数；
本实施例中需要具体说明的是，关于目标综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，T i 表示第i个子区域综合土壤安全指数；
所述目标综合土壤安全指数，取值范围为0-1，当T值接近1时，土壤的安全指数就越高，反之，当T值接近0时，安全指数就越低；
综合判断模块：用于将目标区域计算模块计算得到目标综合土壤安全指数与预设值进行对比，并将对比结果输入至数据交互模块；
数据交互模块：用于接收综合判断模块的数据，农业工作者可以进行实时的监测和分析，及时作出决策；
本实施例中需要具体说明的是数据交互模块在接收到综合判断模块发送的对比结果后，利用无线通信技术实时、准确地将对比结果数据传输至指定的管理人员终端设备，如智能手机、平板电脑、专用工作站电脑端，在管理人员终端上，对比结果通过仪表盘实时显示土壤安全指数以及与预设值的偏差程度，同时，当土壤安全指数超出预设值时，***会在终端上触发警报功能，通过声音、振动及弹窗形式向管理人员发出即时警示。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于，包括：
农田区域划分模块：用于将目标农田区域按照等面积划分方式划分成各监测子区域，依次记作为1，2，...，i，...，n；
数据采集检测模块：用于采集检测子区域土壤的综合参数，并将综合参数传输至子区域数据分析模块；
子区域数据分析模块：包括温度系数计算单元、氮成分系数计算单元以及钾成分系数计算单元，所述温度系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的温度参数得到子区域土壤温度系数；所述氮成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的氮成分参数得到子区域土壤氮成分系数；所述钾成分系数计算单元用于计算数据采集检测模块中的钾成分参数得到子区域土壤钾成分系数；
关于子区域土壤温度系数的计算公式如下：
，其中，A i 表示第i个子区域土壤温度系数，Δt表示为预设的土壤温度在测试过程中的允许温度误差值，t 1 表示任一时间点的土壤温度，t 2 表示间隔时间T后的土壤温度，间隔时间取值范围为半小时至一小时，μ 1 、μ 2 、μ 3 分别表示为预设的温度误差影响因子；
关于子区域土壤氮成分系数的计算公式如下：
，其中，N i 表示第i个子区域氮成分系数值，F表示施肥量，α 1 、α 2 分别表示为预设的氮成分误差影响因子，e表示是自然对数的底数；
关于子区域土壤钾成分系数的计算公式如下：
，其中，K i 表示第i个子区域钾成分系数值，W j 表示浇水次数，j=1，2，3，4，5……m，ℇ 1 、ℇ 2 、ℇ 3 分别表示为预设的钾成分误差影响因子；
综合数据管理模块：用于将子区域土壤温度系数、子区域氮成分系数以及子区域钾成分系数传输至综合土壤安全指数模型，计算得到子区域综合土壤安全指数；
目标区域计算模块：用于将子区域综合土壤安全指数导入目标区域土壤安全指数模型中，计算得到目标综合土壤安全指数；
综合判断模块：用于将目标区域计算模块计算得到目标综合土壤安全指数与预设值进行对比，并将对比结果输入至数据交互模块；
数据交互模块：用于接收综合判断模块的数据，农业工作者可以进行实时的监测和分析，及时作出决策。
2.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：所述综合参数包括温度参数、氮成分参数以及钾成分参数。
3.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：温度参数包括子区域任一时间点土壤温度t 1 和间隔时间T后的土壤温度t 2 ，需要具体说明的是为确保t 1 和t 2 能够反映土壤温度的真实变化，避免环境温度波动的影响呈波动式变化对土壤温度的影响导致t 1 和t 2 一致，设定间隔时间T为半小时至一小时。
4.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：氮成分参数包括任一子区域某一时间点在没有施肥即F=0时，氮成分含量数值和随着施肥量增加氮成分含量数值，其中F为施肥量。
5.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：钾成分参数包括任一子区域某一时间点钾含量数值和随着浇水次数的增加钾成分含量数值，其中，W j 表示浇水次数，更需要具体说明的是当浇水次数为零或者负数时没有意义。
6.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：
关于子区域综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，T i 表示第i个子区域的综合土壤安全指数，β1、β2、β3分别表示为子区域综合土壤安全指数误差影响因子。
7.根据权利要求1所述的一种数字化农业用土壤监测***，其特征在于：关于目标综合土壤安全指数的计算公式如下：
，其中，T i 表示第i个子区域的综合土壤安全指数。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |