CN108874004A - 一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法，其中，物联网云平台接收农业物联网网关发送的包括标准化的作物种植环境数据的第一数据包，根据预设的智能运算模型，对标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，并根据数据处理和数据分析结果判断出向农业物联网网关发送控制指令；各物联网控制设备或伺服子系统接收农业物联网网关的各控制指令，执行调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值。本发明的方案，能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法。
背景技术
以传感器技术、自动控制技术、云计算、通信网络相互融合为特征的物联网技术越来越成熟，并在各个垂直领域演化出日益丰富的应用。而在现代农业的发展过程中，以温室大棚为各种农作物主要生产设施的农业生产模式也随之得到了极大的发展，在该生产模式中作为主要设施的温室大棚的建设和管理模型也逐步成熟起来，并形成了极大的产业规模，呈现出从业人员众多、技术创新多、产业链长等特点。对于温室大棚的管理，特别是作物种植环境的调节，也演化出各种各样的方式和方法，将更加前沿的技术和方法引入到温室大棚作物种植环境的智能调节中，也就成了现代农业向工厂化、智能化、数字化方向发展的必然需要。
与此同时，在大规模的温室大棚作物生产中，也涌现出很多懂技术、擅经营的种植大户和规模化农场，而标准化的生产及规模化的管理对大棚的管理要求也就变得越来越复杂，且整个管理过程是耗时且耗费人力的过程。因此，针对现有的大棚管理的繁琐性，如何提供一种能够进行自动智能调控的系统和方法，是待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法，用以解决现有的大棚管理过程过于繁琐，需要耗费大量的人力和物力的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，所述系统包括农业传感器、农业物联网网关、物联网云平台、各物联网控制设备或伺服子系统、人机界面管理子系统；所述农业传感器部署于温室大棚中，所述农业传感器用于采集作物种植环境数据，并将采集到的所述作物种植环境数据通过通信链路传输至所述农业物联网网关；农业物联网网关，接收到所述作物种植环境数据，对所述作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括所述标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至所述物联网云平台；以及接收所述物联网云平台发送的相应的控制指令，进行端口配置，得到相应的配置出的端口，通过配置出的相应端口，将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的各控制设备或所述伺服子系统的各单元；所述物联网云平台，接收所述农业物联网网关发送的包括所述标准化的作物种植环境数据的所述第一数据包，根据预设的智能运算模型，对所述标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据所述数据处理和数据分析结果判断出向所述农业物联网网关发送相应的控制指令；各物联网控制设备或所述伺服子系统，接收所述农业物联网网关的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；所述人机界面管理子系统，用于查看所述系统的工作状态、设置相应的与所述温室大棚作物种植环境相关联的各项参数、编辑和调整管理所述系统的相应管理策略，以及切换至手动设置模式，以便于当前用户通过手动调整各控制设备或伺服子系统的各单元，将当前各项参数值调整至预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值。
可选地，所述作物种植环境数据至少包括以下一项：土壤温度湿度数据、空气温度湿度数据、光照强度数据、二氧化碳浓度数据和土壤墒情数据；或者，所述农业传感器包括用于采集土壤温度湿度数据的土壤温度湿度传感器、用于采集空气温度湿度数据的空气温度湿度传感器、用于采集光照强度数据的光照强度传感器、用于采集二氧化碳浓度数据的二氧化碳浓度传感器和用于采集土壤墒情数据的土壤墒情传感器。
可选地，各物联网控制设备或所述伺服子系统包括以下至少一项：用于控制通风的第一电机、用于控制放风大小的第二电机、用于控制滴灌或洒水的第一电磁阀、用于控制补光的各补光灯开关、用于控制补充二氧化碳量和补充二氧化碳速度的第二电磁阀、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的第三电磁阀、用于控制洒水量和晒水面积的水泵、用于控制遮阳面积和遮阳时间的遮阳设备、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的水肥控制器。
可选地，农业物联网网关还用于接收作物种植环境变量数据和各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据，并将包括所述作物种植环境变量数据和各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各状态数据的第二数据包发送至所述物联网云平台。
可选地，所述物联网云平台还用于实时记录各项关联数据，其中，各项关联数据至少包括以下一项：所述农业传感器采集到的所述温室大棚内的所述作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储。
可选地，所述物联网云平台还用于：从各项关联数据中提取相应的各项关键参数；针对各项关键参数进行相关性分析和/或历史曲线分析，得到相应的分析结果；根据相应的分析结果，建立针对不同气象条件、不同地域、不同作物的相应生长环境模型。
与上述系统相匹配，本发明另一方面提供一种使用上述智能调控系统进行智能调控的方法，所述方法包括：通过部署于温室大棚中的所述系统的农业传感器采集作物种植环境数据，并将采集到的所述作物种植环境数据通过通信链路传输至所述系统的农业物联网网关；农业物联网网关接收到所述作物种植环境数据，对所述作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括所述标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至所述系统的物联网云平台；所述物联网云平台接收所述农业物联网网关发送的包括所述标准化的作物种植环境数据的所述第一数据包，根据预设的智能运算模型，对所述标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据所述数据处理和数据分析结果判断出向所述农业物联网网关发送相应的控制指令；在所述农业物联网网关将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的所述系统的各控制设备或所述伺服子系统的各单元之后，所述系统的各物联网控制设备或所述伺服子系统接收所述农业物联网网关的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；所述物联网云平台储存和记录所述农业物联网网关发送的环境变量数据和控制指令数据，并根据所述环境变量数据和所述控制指令数据，通过机器学习的方法对预设的作物种植环境调节模型进行调节，以实现智能优化温室大棚作物种植环境。
可选地，所述方法还包括：根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式，相应的调节方式能够改变原始频率、和/或，相应的调节方式能够改变原始强度；以及所述根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式具体包括：沿时间尺度，能够调整执行设备的工作频次，在每一个工作频次内，能够调整相应的工作时长、和/或能够调整相应的工作强度，相应的调整公式为：调整公式一为：f(t)＝1/t，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；调整公式二为：f(p)＝a*p，(f(p)<t)，其中，f(p)为各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作时长/工作强度，且必须小于t；a为最小工作时长，p为工作强度变量，且p为大于1的整数；或者，对采集到的至少包括温度变量或湿度变量中的至少一项的温室大棚作物种植环境变量进行数据处理，得到相应的具有标准化数据结构的标准化数据，并对相应的标准化数据、至少包括温室大棚的地理位置信息和温室大棚内的各种种植品种信息中的至少一项的关联信息进行存储和记录；或者，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据历史数据进行自动智能调整，或者，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据用户的经验值进行人工手动设置；或者，所述智能调控方法按照大于f(t)的系统循环运行频率，获取相应的环境参数值，并在获取到的环境参数值偏离了相应的各项环境参数预期值时，向各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元下发相应的执行指令，并在当前获取到的各项环境参数值达到了相应的各项环境参数预期值之后，停止发送相应的执行指令，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；或者，在获取到的各项环境参数值偏离相应的各项环境参数预期值的幅度大于预设的数值幅度范围时，将各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的调整强度调整至预设的最大调节强度值，和/或，将各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的调整频次调整至预设的最大调节频次值。
可选地，所述方法还包括：所述物联网云平台实时记录并存储各项关联数据，以及与各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元相关联的执行指令，其中，各项关联数据至少包括以下一项：所述农业传感器采集到的所述温室大棚内的所述作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储；对所述各项关联数据进行数据分析，得到相应的数据分析结果，并将相应的数据分析结果作为对所述温室大棚作物种植环境进行调节的依据。
可选地，所述智能调控方法对应的调控模式包括第一单参数调控模式和第二多参数调控模式，其中，第一单参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度；第二多参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度。
本发明实施例具有如下优点：本发明实施例提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法，能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统的一系统架构图。
图2为本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统的另一系统架构图。
图3为本发明实施例2提供的智能调控系统中的农业物联网网关运行程序的流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
根据本发明的实施例1，提供了一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，如图1所示，为本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统的一系统架构图。所述系统包括农业传感器101、农业物联网网关102、物联网云平台103、各物联网控制设备或伺服子系统104、人机界面管理子系统105。
具体而言，农业传感器101部署于温室大棚中，农业传感器101用于采集作物种植环境数据，并将采集到的作物种植环境数据通过通信链路传输至农业物联网网关102；
农业物联网网关102，接收到作物种植环境数据，对作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至物联网云平台103；以及
接收物联网云平台发送的相应的控制指令，进行端口配置，得到相应的配置出的端口，通过配置出的相应端口，将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的各控制设备或伺服子系统104的各单元；
物联网云平台103，接收农业物联网网关102发送的包括标准化的作物种植环境数据的第一数据包，根据预设的智能运算模型，对标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据数据处理和数据分析结果判断出向农业物联网网关102发送相应的控制指令；
需要说明的是，预设的智能运算模型是根据常规的技术构建的运算模型，在此不再赘述。
各物联网控制设备或伺服子系统104，接收农业物联网网关102的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；
人机界面管理子系统105，用于查看所述系统的工作状态、设置相应的与温室大棚作物种植环境相关联的各项参数、编辑和调整管理所述系统的相应管理策略，以及
切换至手动设置模式，以便于当前用户通过手动调整各控制设备或伺服子系统104的各单元，将当前各项参数值调整至预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值，本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
需要说明的是，各物联网控制设备或伺服子系统104中的伺服子系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)，其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
在一个可选的例子中，作物种植环境数据至少包括以下一项：土壤温度湿度数据、空气温度湿度数据、光照强度数据、二氧化碳浓度数据和土壤墒情数据；或者，农业传感器101包括用于采集土壤温度湿度数据的土壤温度湿度传感器、用于采集空气温度湿度数据的空气温度湿度传感器、用于采集光照强度数据的光照强度传感器、用于采集二氧化碳浓度数据的二氧化碳浓度传感器和用于采集土壤墒情数据的土壤墒情传感器；这样，通过上述不同功能的传感器，能够采集到各种各样的作物种植环境数据。
在一个可选的例子中，各物联网控制设备或伺服子系统104包括以下至少一项：用于控制通风的第一电机、用于控制放风大小的第二电机、用于控制滴灌或洒水的第一电磁阀、用于控制补光的各补光灯开关、用于控制补充二氧化碳量和补充二氧化碳速度的第二电磁阀、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的第三电磁阀、用于控制洒水量和晒水面积的水泵、用于控制遮阳面积和遮阳时间的遮阳设备、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的水肥控制器；这样，通过上述各物联网控制设备或伺服子系统104，能够做到：对温室大棚作物种植环境的智能控制。
在一个可选的例子中，农业物联网网关102还用于接收作物种植环境变量数据和各物联网控制设备或伺服子系统104对应的各工作状态数据，并将包括作物种植环境变量数据和各物联网控制设备或伺服子系统104对应的各状态数据的第二数据包发送至物联网云平台103。
在一个可选的例子中，物联网云平台103还用于实时记录各项关联数据，其中，各项关联数据至少包括以下一项：农业传感器101采集到的温室大棚内的作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或伺服子系统104对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储；这样，物联网云平台103实时记录的各项关联数据是多种多样的，这样，就能够以记录到的各项关联数据为依据，对温室大棚作物种植环境进行智能调控的算法模型进行不断地优化，最终得到越来越智能且优化的算法模型。
需要说明的是，在本发明实施例1提供的智能调控系统中，对温室大棚作物种植环境进行智能调控的算法模型是常规的算法模型，在此不再赘述。
在一个可选的例子中，物联网云平台103还用于：从各项关联数据中提取相应的各项关键参数；针对各项关键参数进行相关性分析和/或历史曲线分析，得到相应的分析结果；根据相应的分析结果，建立针对不同气象条件、不同地域、不同作物的相应生长环境模型；这样，本发明实施例1提供的智能调控系统，相对于现有的农业管理系统而言，能够针对不同气象条件、不同地域、不同作物，建立相应的生长环境模型。
需要说明的是，上述根据相应的分析结果，建立针对不同气象条件、不同地域、不同作物的相应生长环境模型的过程，使用的是常规的技术手段，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，具有以下有益效果：
相对于现有的农业管理系统而言，本发明实施例1提供的智能调控系统能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
此外，本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，是物联网技术在温室大棚作物种植环境调控中的具体应用，对于采用本发明实施例1提供的智能调控系统能够调节控制相关环境参数，且该智能调控系统对应的智能调控方法具有普遍性，不特指该领域中某一种或某一类具体参数。
再者，本发明实施例1提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统也能够将种植户的个人经验引入到智能调控系统中，使得本发明实施例1提供的智能调控系统能够更好地实现与人的结合，极大地提高了该智能调控系统的实用性及智能化水平。
实施例2
根据本发明的实施例2，提供了一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，如图2所示，为本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统的另一系统架构图。
本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统通过以物联网方式连接的农业传感器、变送器、控制器等温室大棚作物种植环境调控设备的数据采集和指令控制，并结合本发明实施例2中公开的算法和方法，实现了对温室大棚作物种植环境的物联网智能调节和控制。
结合本发明实施例2对应的图2的系统构架图，以及图3的本发明实施例2提供的智能调控系统中的农业物联网网关运行程序的流程示意图，给出本发明实施例2的具体温室大棚作物种植环境参数调节调控方法。
针对如图2所示的温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统做如下说明：
首先要在温室大棚中配置包括农业传感器、变送器、控制器、物联网通信网络、农业物联网网关等农业物联网软硬件设施，并通过有线或无线的通信方式连接起这些设备，构建出一个完整的农业物联网网络。
通过部署在温室大棚中的作物生长环境传感器，比如，温湿度(土壤温度湿度)农业传感器、二氧化碳农业传感器、照度(光照强度)农业传感器、土壤墒情农业传感器。通过上述农业传感器将作物生长环境变量实时采集下来，并将相关数据通过通信链路传输到农业物联网网关，其中，农业物联网网关为图2中所示的温室大棚作物生长环境智能调控专用物联网网关。
物联网网关在收到相关温室大棚作物种植环境数据后，将相关数据进行初步加工处理、整合，形成标准化的数据及数据端口，这些标准化的数据将以数据包的方式通过有线或无线的通信模式连接互联网，最终数据包将被送到相应的云平台上，进行后期的数据处理。
物联网网关具体工作方式如下：
物联网网关启动时，自动与云端建立连接，向云端确认是否有配置更新，如果有就更新配置，然后进行端口配置；如果没有更新，直接按已有的配置表配置端口。然后物联网网关通过配置好的端口，与农业传感器、变送器、控制器建立数据连接，采集数据，并按设定好的算法处理数据，在处理完成后，形成相应的控制指令，再将控制指令通过配置好的端口下发给相应的控制设备或伺服子系统，控制设备或伺服子系统执行操作指令动作，完成对相应参数的调节控制。网关在执行这些程序的同时，保持与云端的连接，将现场的环境变量及状态数据按要求送往云端，其中，控制设备为图2中所示的农业控制设备及装置，如图2所示，农业控制设备及装置包括放风电机、电磁阀、水泵、遮阳、水肥控制器等。
数据到达云平台后，云平台将存储、分析、计算并处理数据，并由设定好的智能算法来分析和处理，然后根据分析和处理的结果，决定是否向温室大棚内的网关逆向发出控制指令，其中，上述云平台是指图2中所示的物联网云平台，物联网云平台的作用：实时记录实时数据、历史数据、告警数据、运程控制数据、人员操作记录、作物种植模型。
需要说明的是，上述提及的作物种植模型为常规的模型，不再赘述。
温室大棚内的物联网控制设备或伺服子系统，比如控制通风的电机，控制放风口大小的电机，控制滴灌或洒水的电磁阀，控制补光的补光灯开关，控制补充二氧化碳的电磁阀，以及控制补肥的电磁阀等，这些控制设备或伺服子系统在物联网网关控制指令的要求下，产生相应的动作，来调整温室大棚内作物的种植小环境向期望值逼近，从而实现了对温室大棚内作物种植环境的闭环控制。
相应的农业云平台将实时记录大棚内传感器、变送器送来的数据，以及控制设备或伺服子系统的工作状态，并记录作物种类、季节、地理位置、时间、棚外气象状况等其它参数，通过这些参数的相关性分析以及历史曲线分析，系统自动建立起不同气象条件下、不同地域、不同作物的最优或较优生长环境模型，用以改善温室大棚作物种植技术。
需要说明的是，通过这些参数的相关性分析以及历史曲线分析，系统自动建立起不同气象条件下、不同地域、不同作物的最优或较优生长环境模型的过程使用的常规的技术手段，在此不再赘述。
本发明中的人机界面包括移动智能终端上的APP应用软件和台式电脑上的专用管理软件，种植户可以通过人机界面实时查看系统工作状态，设置相应参数，编辑和调整管理策略，也可以通过手动模式直接对大棚的各个控制或伺服子系统进行强制控制，从而更好的适应温室大棚作物种植环境智能调节控制的需要，其中，人机界面对应于图2中的控制及展示终端：PC机或智能移动终端。
如图3所示，为本发明实施例2提供的智能调控系统中的农业物联网网关运行程序的流程示意图。
如图3所示，农业物联网网关运行程序如下所述：
网关开始运行；
与云端建立连接；
配置是否更改，若判断出需要更改配置，则更改配置表，否则，配置各项端口参数；
采集数据，并将采集到的数据送往云端；
判断是否有新的算法模型，若判断出有新的算法模型，则更新算法模型；反之，若判断出没有新的算法模型，则按算法模型控制设备和装置，调控温室大棚的相关环境变量；
需要说明的是，上述提及到的算法模型是常规的技术手段建立的算法模型，在此不再赘述。
进一步地判断设备或装置是否正常运行，若判断出设备或装置正常运行，则返回设备或装置运行状态，并返回主循环，重复上述过程，回到继续采集数据的起始环节步骤；反之，若判断出设备或装置出现异常运行，则进行报警，并停止运行，并将相应的异常数据送往云端，以便于云端及时做出处理措施。
综上所述，本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，具有以下有益效果：
首先，相对于现有的农业管理系统而言，本发明实施例2提供的智能调控系统能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
此外，本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，是物联网技术在温室大棚作物种植环境调控中的具体应用，对于采用本发明实施例2提供的智能调控系统能够调节控制相关环境参数，且该智能调控系统对应的智能调控方法具有普遍性，不特指该领域中某一种或某一类具体参数。
再者，本发明实施例2提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统也能够将种植户的个人经验引入到智能调控系统中，使得本发明实施例1提供的智能调控系统能够更好地实现与人的结合，极大地提高了该智能调控系统的实用性及智能化水平。
实施例3
根据本发明的实施例3，提供了一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控方法。
本发明实施例3提供的智能调控方法为一种使用如实施例1或实施例2的智能调控系统进行智能调控的方法，所述智能调控方法包括以下步骤：
S301：通过部署于温室大棚中的所述系统的农业传感器采集作物种植环境数据，并将采集到的作物种植环境数据通过通信链路传输至所述系统的农业物联网网关；
S302：农业物联网网关接收到作物种植环境数据，对作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至所述系统的物联网云平台；
S303：物联网云平台接收农业物联网网关发送的包括标准化的作物种植环境数据的第一数据包，根据预设的智能运算模型，对标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据数据处理和数据分析结果判断出向农业物联网网关发送相应的控制指令；
需要说明的是，上述提及的预设的智能运算模型是常规的运算模型，在此不再赘述。
S304：在农业物联网网关将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的所述系统的各控制设备或伺服子系统的各单元之后，所述系统的各物联网控制设备或伺服子系统接收农业物联网网关的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；
S305：物联网云平台储存和记录农业物联网网关发送的环境变量数据和控制指令数据，并根据环境变量数据和控制指令数据，通过机器学习的方法对预设的作物种植环境调节模型进行调节，以实现智能优化温室大棚作物种植环境；这样，本发明实施例3提供的智能调控方法，相对于现有的农业环境管理方法而言，能够做到：针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，进行有针对性、智能化、且个性化的智能调控。
需要说明的是，上述通过机器学习的方法对预设的作物种植环境调节模型进行调节，以实现智能优化温室大棚作物种植环境的过程中涉及到的作物种植环境调节模型为根据常规的技术手段建立气的作物种植环境调节模型，在此不再赘述。
本发明实施例3提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控方法，包括多个传感器、变送器、控制器、物联网通信网络、物联网网关，数据接口、数据编码、数据单元，以及数据处理的相应算法；采用物联网的方式通过有线的或无线的通信连接方式，构成完整的物联网网络；对传感器、变送器采集来的环境变量，进行数据接口及数据编码标准化，标准化后的数据存储到相应的数据单元，然后按照不同的环境控制要求进行数据处理；数据处理后的结果形成标准化的控制器操作指令，再通过物联网网络操作控制器动作，以达到调节环境变量向预期值改变的效果；所有的环境变量数据及控制指令数据，将通过物联网网络送往云服务器储存记录；系统算法会根据调节效果，利用机器学习的方法，智能优化温室大棚作物种植环境调节过程。
在一个可选的例子中，所述方法还包括：根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式，相应的调节方式能够改变原始频率、和/或，相应的调节方式能够改变原始强度；以及根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式具体包括：沿时间尺度，能够调整执行设备的工作频次，在每一个工作频次内，能够调整相应的工作时长、和/或能够调整相应的工作强度，相应的调整公式为：调整公式一为：f(t)＝1/t，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；调整公式二为：f(p)＝a*p，(f(p)<t)，其中，f(p)为各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的工作时长/工作强度，且必须小于t；a为最小工作时长，p为工作强度变量，且p为大于1的整数；这样，本发明实施例3提供的智能调控方法，能够适应不同的环境改变原始频率，也能够适应不同的环境改变原始强度。
在一个可选的例子中，对采集到的至少包括温度变量或湿度变量中的至少一项的温室大棚作物种植环境变量进行数据处理，得到相应的具有标准化数据结构的标准化数据，并对相应的标准化数据、至少包括温室大棚的地理位置信息和温室大棚内的各种种植品种信息中的至少一项的关联信息进行存储和记录；这样，将各项变量进行标准化数据处理，得到标准化的数据，基于得到的标准化的数据更容易对温室大棚作物种植环境做智能调控。
在一个可选的例子中，各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据历史数据进行自动智能调整，或者，各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据用户的经验值进行人工手动设置；这样，设置不同的工作模式，有自动智能调整模式，也有人工手动设置参数模式，以便于满足不同使用习惯的用户的需求。
在一个可选的例子中，所述智能调控方法按照大于f(t)的系统循环运行频率，获取相应的环境参数值，并在获取到的环境参数值偏离了相应的各项环境参数预期值时，向各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元下发相应的执行指令，并在当前获取到的各项环境参数值达到了相应的各项环境参数预期值之后，停止发送相应的执行指令，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；这样，可以通过向执行单元下发相应的执行指令，让各执行单元对各项环境参数值进行调整，至到获取到的当前各项环境参数值达到相应的各项环境参数预期值之后，停止发送相应的执行指令。
在一个可选的例子中，在获取到的各项环境参数值偏离相应的各项环境参数预期值的幅度大于预设的数值幅度范围时，将各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的调整强度调整至预设的最大调节强度值，和/或，将各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元的调整频次调整至预设的最大调节频次值；这样，可以加快将当前各项环境参数调整至达到相应的各项环境参数预期值的调节速度，提高了本发明实施例3提供的智能调控方法的调节效率。
在一个可选的例子中，物联网云平台实时记录并存储各项关联数据，以及与各物联网控制设备或伺服子系统对应的执行单元相关联的执行指令，其中，各项关联数据至少包括以下一项：农业传感器采集到的温室大棚内的作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或伺服子系统对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储；对各项关联数据进行数据分析，得到相应的数据分析结果，并将相应的数据分析结果作为对温室大棚作物种植环境进行调节的依据。
在一个可选的例子中，所述智能调控方法对应的调控模式包括第一单参数调控模式和第二多参数调控模式，其中，第一单参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度；第二多参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度；这样，通过设置不同的调控模式，可以在适应用户不同需求的同时，也能够提高本发明实施例3提供的智能调控方法的调控效率。
综上所述，本发明实施例3提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控方法具有如下有益效果：首先，温室大棚作物种植环境物联网智能调控方法不针对特定的环境变量调节，而是一种适应各种温室大棚作物种植环境参数调节的通用型方法。
其次，本发明实施例3提供的一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控方法，将物联网技术应用到了温室大棚作物种植环境物联网智能调控中，实现了农业传感器、变送器、控制器等温室大棚作物种植环境调控设备的物联网连接，并对相应的数据、数据端口通过物联网网关及云端服务器实现了标准化，同时提供了一种调节环境变量的智能算法，特别是将温室大棚种植户的个人经验也引入到了该调节控制系统中，针对不同的种植地域、气候、季节、作物，以及不同的种植户，提供了一种完全个性化的温室大棚作物种植环境智能调节控制方法。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统，其特征在于，包括农业传感器、农业物联网网关、物联网云平台、各物联网控制设备或伺服子系统、人机界面管理子系统105；
所述农业传感器部署于温室大棚中，所述农业传感器用于采集作物种植环境数据，并将采集到的所述作物种植环境数据通过通信链路传输至所述农业物联网网关；
农业物联网网关，接收到所述作物种植环境数据，对所述作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括所述标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至所述物联网云平台；以及
接收所述物联网云平台发送的相应的控制指令，进行端口配置，得到相应的配置出的端口，通过配置出的相应端口，将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的各控制设备或所述伺服子系统的各单元；
所述物联网云平台，接收所述农业物联网网关发送的包括所述标准化的作物种植环境数据的所述第一数据包，根据预设的智能运算模型，对所述标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据所述数据处理和数据分析结果判断出向所述农业物联网网关发送相应的控制指令；
各物联网控制设备或所述伺服子系统，接收所述农业物联网网关的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；
所述人机界面管理子系统，用于查看所述系统的工作状态、设置相应的与所述温室大棚作物种植环境相关联的各项参数、编辑和调整管理所述系统的相应管理策略，以及
切换至手动设置模式，以便于当前用户通过手动调整各控制设备或伺服子系统的各单元，将当前各项参数值调整至预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述作物种植环境数据至少包括以下一项：土壤温度湿度数据、空气温度湿度数据、光照强度数据、二氧化碳浓度数据和土壤墒情数据；或者，
所述农业传感器包括用于采集土壤温度湿度数据的土壤温度湿度传感器、用于采集空气温度湿度数据的空气温度湿度传感器、用于采集光照强度数据的光照强度传感器、用于采集二氧化碳浓度数据的二氧化碳浓度传感器和用于采集土壤墒情数据的土壤墒情传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
各物联网控制设备或所述伺服子系统包括以下至少一项：
用于控制通风的第一电机、用于控制放风大小的第二电机、用于控制滴灌或洒水的第一电磁阀、用于控制补光的各补光灯开关、用于控制补充二氧化碳量和补充二氧化碳速度的第二电磁阀、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的第三电磁阀、用于控制洒水量和晒水面积的水泵、用于控制遮阳面积和遮阳时间的遮阳设备、用于控制补充肥料量和补充肥料速度的水肥控制器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，
农业物联网网关还用于接收作物种植环境变量数据和各联理网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据，并将包括所述作物种植环境变量数据和各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各状态数据的第二数据包发送至所述物联网云平台。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述物联网云平台还用于实时记录各项关联数据，其中，各项关联数据至少包括以下一项：
所述农业传感器采集到的所述温室大棚内的所述作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述物联网云平台还用于：
从各项关联数据中提取相应的各项关键参数；
针对各项关键参数进行相关性分析和/或历史曲线分析，得到相应的分析结果；
根据相应的分析结果，建立针对不同气象条件、不同地域、不同作物的相应生长环境模型。
7.一种使用如权利要求1-6任一项所述的系统进行智能调控的方法，其特征在于，包括：
通过部署于温室大棚中的所述系统的农业传感器采集作物种植环境数据，并将采集到的所述作物种植环境数据通过通信链路传输至所述系统的农业物联网网关；
农业物联网网关接收到所述作物种植环境数据，对所述作物种植环境数据进行数据处理，得到标准化的作物种植环境数据，并将包括所述标准化的作物种植环境数据的第一数据包发送至所述系统的物联网云平台；
所述物联网云平台接收所述农业物联网网关发送的包括所述标准化的作物种植环境数据的所述第一数据包，根据预设的智能运算模型，对所述标准化的作物种植环境数据进行数据处理和数据分析，得到相应的数据处理和数据分析结果，并根据所述数据处理和数据分析结果判断出向所述农业物联网网关发送相应的控制指令；
在所述农业物联网网关将相应的控制指令下发至与各控制指令相匹配的所述系统的各控制设备或所述伺服子系统的各单元之后，所述系统的各物联网控制设备或所述伺服子系统接收所述农业物联网网关的各控制指令，根据各控制指令执行相应的调控动作，完成对相应参数的调节，以将与当前作物种植环境相关联的各项参数趋向于预设的作物种植环境相关联的各项参数预期值；
所述物联网云平台储存和记录所述农业物联网网关发送的环境变量数据和控制指令数据，并根据所述环境变量数据和所述控制指令数据，通过机器学习的方法对预设的作物种植环境调节模型进行调节，以实现智能优化温室大棚作物种植环境。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式，相应的调节方式能够改变原始频率、和/或，相应的调节方式能够改变原始强度；以及
所述根据不同的种植地域、作物、季节、外部天气情况及生产阶段，提供相应的调节方式具体包括：
沿时间尺度，能够调整执行设备的工作频次，在每一个工作频次内，能够调整相应的工作时长、和/或能够调整相应的工作强度，
相应的调整公式为：
调整公式一为：f(t)＝1/t，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；
调整公式二为：f(p)＝a*p，(f(p)<t)，其中，f(p)为各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作时长/工作强度，且必须小于t；a为最小工作时长，p为工作强度变量，且p为大于1的整数；
或者，
对采集到的至少包括温度变量或湿度变量中的至少一项的温室大棚作物种植环境变量进行数据处理，得到相应的具有标准化数据结构的标准化数据，并对相应的标准化数据、至少包括温室大棚的地理位置信息和温室大棚内的各种种植品种信息中的至少一项的关联信息进行存储和记录；
或者，
各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据历史数据进行自动智能调整，或者，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的执行时间和执行强度根据用户的经验值进行人工手动设置；
或者，
所述智能调控方法按照大于f(t)的系统循环运行频率，获取相应的环境参数值，并在获取到的环境参数值偏离了相应的各项环境参数预期值时，向各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元下发相应的执行指令，并在当前获取到的各项环境参数值达到了相应的各项环境参数预期值之后，停止发送相应的执行指令，其中，f(t)为单位时间内，各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的工作频次，单位时间为1小时，t为时间变量；
或者，
在获取到的各项环境参数值偏离相应的各项环境参数预期值的幅度大于预设的数值幅度范围时，将各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的调整强度调整至预设的最大调节强度值，和/或，将各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元的调整频次调整至预设的最大调节频次值。
9.根据权利7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述物联网云平台实时记录并存储各项关联数据，以及
与各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的执行单元相关联的执行指令，其中，各项关联数据至少包括以下一项：所述农业传感器采集到的所述温室大棚内的所述作物种植环境数据、作物种植环境变量数据、各物联网控制设备或所述伺服子系统对应的各工作状态数据、作物种类数据、季节数据、地理位置数据、时间数据、棚外气象状况数据，各项关联数据均以标准化的数据结构进行记录和存储；
对所述各项关联数据进行数据分析，得到相应的数据分析结果，并将相应的数据分析结果作为对所述温室大棚作物种植环境进行调节的依据。
10.根据权利7所述的方法，其特征在于，
所述智能调控方法对应的调控模式包括第一单参数调控模式和第二多参数调控模式，其中，第一单参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度；第二多参数调控模式对应的调控参数至少包括以下一项：光照强度、湿度、二氧化碳强度、空气温度。
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