CN112198916B - 一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，包括地膜内环境参数采集模块、地膜外环境参数采集模块、环境参数初步处理模块、地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、管理服务器、数据库、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端，本发明通过对地膜内、外的环境参数进行采集，并通过对采集的地膜内、外的环境参数统计地膜内、外灌溉系数，结合管理服务器统计地膜内、外灌溉水量，进而通过地膜内、外灌溉执行终端实行对应灌溉水量的灌溉，提高了覆盖地膜农作物灌溉的准确性，能够合理地根据地膜内和地膜外农作物实际生长环境的环境参数分析灌溉量，满足了地膜覆盖农作物的灌溉需求。
Description
技术领域
本发明属于农业灌溉技术领域，具体涉及一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统。
背景技术
我国农业种植历史悠久，经过多年发展，农业栽培技术越来越多，其中地膜栽培技术运用更是普遍，农作物地膜覆盖栽培是农作物生产上的一项新技术，地膜覆盖起到增温，保墒，抑制土壤盐分上升的作用，改善农作物的生态条件，利于保苗，促进农作物生长。
对于地膜覆盖的农作物灌溉，其灌溉方式还是通过传统的地面灌溉方式，但这样的灌溉方式只能对地膜上的农作物进行灌溉，其灌溉的水量可能只停留在地膜上农作物枝叶上，一则无法到达土壤里，导致农作物的根系缺水，二则农作物枝叶上灌溉水量较多，可能导致烂叶，影响农作物正常生长；同时，地膜上和地膜下农作物所处的生长环境的环境参数不同，其对灌溉的影响也不同。因此，采用传统的地面灌溉方式无法满足地膜覆盖农作物的灌溉需求。
发明内容
针对上述提到的问题，本发明提供一种针对地膜覆盖农作物灌溉的基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，克服了传统地面灌溉方式无法满足地膜覆盖农作物灌溉需求的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
提供的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，包括地膜内环境参数采集模块、地膜外环境参数采集模块、环境参数初步处理模块、地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、管理服务器、数据库、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端，其中地膜内环境参数采集模块和地膜外环境参数采集模块均与环境参数初步处理模块连接，环境参数初步处理模块分别与地膜内灌溉分析模块和地膜外灌溉分析模块连接，管理服务器分别与地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端连接；
所述地膜内环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜内的气候环境参数和土壤环境参数，其中地膜内环境参数采集模块包括地膜内气候环境参数采集终端和若干土壤环境参数采集终端，所述地膜内气候环境参数采集终端用于采集地膜内的气候环境参数，其地膜内的气候环境参数包括地膜内温度、地膜内湿度和地膜内光照强度，所述土壤环境参数采集终端用于采集各土壤检测点的土壤环境参数，其土壤环境参数包括土壤温度和土壤湿度，地膜内环境参数采集模块将采集到的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数传输至环境参数初步处理模块；
所述地膜外环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜外的环境参数，其中地膜外环境参数采集模块包括地膜外环境参数采集终端，其用于采集地膜外的环境参数，其地膜外的环境参数包括地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，并将采集到的地膜外的环境参数传输至环境参数初步处理模块；
所述环境参数初步处理模块接收地膜内环境参数采集模块传输的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数，并将接收的地膜内的气候环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜内气候环境参数集合Hw(hw1,hw2,...,hwk,...hwt)，hwk表示为第k个采集时间段内第w个气候环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，w表示为气候环境参数，w＝(wt,wd,ws),wt、wd、ws分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度，同时，环境参数初步处理模块将接收的各土壤检测点的土壤环境参数构建检测点土壤环境参数集合Gf(gf1,gf2,...,gfi,...,gfn)，gfi表示为第i个土壤检测点的第f个土壤环境参数对应的数值，f表示为土壤环境参数，f＝(ft,fd),ft、fd分别表示为土壤温度、土壤湿度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合发送至地膜内灌溉分析模块；
所述环境参数初步处理模块接收地膜外环境参数采集模块传输的地膜外的环境参数，并将接收的地膜外的环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜外环境参数集合Rm(rm1,rm2,...,rmk,...rmt)，rmk表示为第k个采集时间段内第m个地膜外环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，m表示为地膜外环境参数，m＝(mt,md,ms),mt、md、ms分别表示为地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜外环境参数集合发送至地膜外灌溉分析模块；
所述数据库存储地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，存储地膜外各环境参数对应的标准数值，存储各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数，并存储地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数；
所述地膜内灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合，提取数据库中地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合分别与对应的标准环境参数进行对比，得到采集时间段地膜内气候环境参数对比集合ΔHw(Δhw1,Δhw2,...,Δhwk,...Δhwt)和检测点土壤环境参数对比集合ΔGf(Δgf1,Δgf2,...,Δgfi,...,Δgfn)，地膜内灌溉分析模块根据采集时间段地膜内气候环境参数对比集合和检测点土壤环境参数对比集合统计地膜内灌溉系数，并发送至管理服务器；
所述地膜外灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜外环境参数集合，提取数据库中地膜外各环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜外环境参数集合与地膜外各环境参数对应的标准数值进行对比，得到采集时间段地膜外环境参数对比集合ΔRm(Δrm1,Δrm2,...,Δrmk,...Δrmt)，地膜外灌溉分析模块根据采集时间段地膜外环境参数对比集合统计地膜外灌溉系数，并发送至管理服务器；
所述管理服务器接收地膜内灌溉分析模块发送的地膜内灌溉系数，并提取数据库中各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜内灌溉水量，并将统计的地膜内灌溉水量分别发送至显示终端和地膜内灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜内灌溉执行终端，且接收地膜内灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜内灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜内灌溉执行终端；
所述管理服务器接收地膜外灌溉分析模块发送的地膜外灌溉系数，并提取数据库中各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜外灌溉水量，并将统计的地膜外灌溉水量分别发送至显示终端和地膜外灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜外灌溉执行终端，且接收地膜外灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜外灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜外灌溉执行终端；
所述地膜内灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和灌溉指令，在地膜内进行灌溉，并实时获取地膜内灌溉水量，同时将获取的地膜内灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉；
所述地膜外灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜外灌溉水量和灌溉指令，在地膜外进行灌溉，并实时获取地膜外灌溉水量，同时将获取的地膜外灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉；
所述显示终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和地膜外灌溉水量，并显示。
作为优选技术方案，所述地膜内气候环境参数采集终端安装在地膜内，其包括第一温度传感器、第一湿度传感器和第一光照传感器，所述第一温度传感器用于检测地膜内的温度，所述第一湿度传感器用于检测地膜内的湿度，第一光照传感器用于检测地膜内的光照强度。
作为优选技术方案，所述土壤环境参数采集终端安装在各土壤检测点，其包括土壤温度传感器和土壤湿度传感器，所述土壤温度传感器用于检测各土壤检测点的土壤温度，所述土壤湿度传感器用于检测各土壤检测点的土壤湿度。
作为优选技术方案，所述地膜内环境参数采集模块还包括土壤检测点布设，其具体布设方法包括以下几个步骤：
步骤一：设置土壤深度值，并统计土壤表层到设置的土壤深度值之间的高度；
步骤二：将统计的高度进行均匀等分为n段，每个等分点作为土壤检测点；
步骤三：将划分的各土壤检测点按照距离土壤表层的距离进行标记，依次标记为1,2...i....n。
作为优选技术方案，所述地膜外环境参数采集终端安装在地膜外，其包括第二温度传感器、第二湿度传感器和第二光照传感器，所述第二温度传感器用于检测地膜外的温度，所述第二湿度传感器用于检测地膜外的湿度，第二光照传感器用于检测地膜外的光照强度。
作为优选技术方案，所述地膜内灌溉系数的计算公式为
式中Δhwtk、Δhwdk、Δhwsk分别表示为第k个采集时间段内地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度对应与地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度之间的差值，Δgfti、Δgfdi分别表示为第i个土壤检测点的土壤温度、土壤湿度对应与标准土壤温度、标准土壤湿度之间的差值，hwt0、hwd0、hws0、hws0、gft0、gfd0分别表示为地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度、标准土壤温度、标准土壤湿度，ηt、ηd、ηs、εt分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数。
作为优选技术方案，所述地膜外灌溉系数的计算公式为
式中Δrmtk、Δrmdk、Δrmsk分别表示为第k个采集时间段内地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对应与地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度之间的差值，rmt0、rmd0、rms0分别表示为地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度，δt、δd、δs分别表示为地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数。
作为优选技术方案，所述地膜内灌溉执行终端移动车、波纹水管、水平供水管、支管喷头、电动推杆和水箱，其中波纹水管的底端安装在移动车上端中部，波纹水管的上端与水平供水管连通，水平供水管沿移动车两侧均匀垂直直立布设有若干支管喷头，波纹水管左右两侧安装电动推杆，电动推杆底端安装在移动车上端，电动推杆顶端与水平供水管相接触，水箱安装在移动车上端与波纹水管连接，通过水泵为波纹水管加压输水。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过对地膜内和地膜外的环境参数进行采集，并通过对采集的地膜内的环境参数统计地膜内灌溉系数，同时通过对采集的地膜外的环境参数统计地膜外灌溉系数，结合管理服务器统计地膜内灌溉水量和地膜外灌溉水量，进而通过地膜内灌溉执行终端和地膜外灌溉执行终端实行对应灌溉水量的灌溉，实现了对覆盖地面农作物的地膜内和地膜外灌溉，提高了灌溉的准确性，能够合理地根据地膜内和地膜外农作物实际生长环境的参数分析灌溉量，满足了地膜覆盖农作物的灌溉需求。
2.本发明通过设置地膜内灌溉执行终端，能够对覆盖地膜的农作物地膜内进行实时移动灌溉，且多支管喷头的设置可以同时对多处地膜位置进行地膜内土壤灌溉，节约了灌溉时间，同时能够精准控制灌溉水量，减少了水资源的浪费。
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为本发明的结构框图；
图2为本发明的地膜内灌溉执行终端的示意图。
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。
参照图1所示，一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，包括地膜内环境参数采集模块、地膜外环境参数采集模块、环境参数初步处理模块、地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、管理服务器、数据库、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端，其中地膜内环境参数采集模块和地膜外环境参数采集模块均与环境参数初步处理模块连接，环境参数初步处理模块分别与地膜内灌溉分析模块和地膜外灌溉分析模块连接，管理服务器分别与地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端连接。
地膜内环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜内的气候环境参数和土壤环境参数，其中地膜内环境参数采集模块包括地膜内气候环境参数采集终端和若干土壤环境参数采集终端，所述地膜内气候环境参数采集终端用于采集地膜内的气候环境参数，其地膜内的气候环境参数包括地膜内温度、地膜内湿度和地膜内光照强度，所述地膜内气候环境参数采集终端安装在地膜内，其包括第一温度传感器、第一湿度传感器和第一光照传感器，所述第一温度传感器用于检测地膜内的温度，所述第一湿度传感器用于检测地膜内的湿度，第一光照传感器用于检测地膜内的光照强度，所述土壤环境参数采集终端用于采集各土壤检测点的土壤环境参数，其土壤检测点布设方法包括以下几个步骤：
步骤一：设置土壤深度值，并统计土壤表层到设置的土壤深度值之间的高度；
步骤二：将统计的高度进行均匀等分为n段，每个等分点作为土壤检测点；
步骤三：将划分的各土壤检测点按照距离土壤表层的距离进行标记，依次标记为1,2...i....n。
所述土壤环境参数采集终端安装在各土壤检测点，其包括土壤温度传感器和土壤湿度传感器，所述土壤温度传感器用于检测各土壤检测点的土壤温度，所述土壤湿度传感器用于检测各土壤检测点的土壤湿度，地膜内环境参数采集模块将采集到的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数传输至环境参数初步处理模块。
地膜外环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜外的环境参数，其中地膜外环境参数采集模块包括地膜外环境参数采集终端，其用于采集地膜外的环境参数，其地膜外的环境参数包括地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，所述地膜外环境参数采集终端安装在地膜外，其包括第二温度传感器、第二湿度传感器和第二光照传感器，所述第二温度传感器用于检测地膜外的温度，所述第二湿度传感器用于检测地膜外的湿度，第二光照传感器用于检测地膜外的光照强度，地膜外环境参数采集模块将采集到的地膜外的环境参数传输至环境参数初步处理模块。
环境参数初步处理模块接收地膜内环境参数采集模块传输的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数，并将接收的地膜内的气候环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜内气候环境参数集合Hw(hw1,hw2,...,hwk,...hwt)，hwk表示为第k个采集时间段内第w个气候环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，w表示为气候环境参数，w＝(wt,wd,ws),wt、wd、ws分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度，同时，环境参数初步处理模块将接收的各土壤检测点的土壤环境参数构建检测点土壤环境参数集合Gf(gf1,gf2,...,gfi,...,gfn)，gfi表示为第i个土壤检测点的第f个土壤环境参数对应的数值，f表示为土壤环境参数，f＝(ft,fd),ft、fd分别表示为土壤温度，土壤湿度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合发送至地膜内灌溉分析模块。
环境参数初步处理模块还接收地膜外环境参数采集模块传输的地膜外的环境参数，并将接收的地膜外的环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜外环境参数集合Rm(rm1,rm2,...,rmk,...rmt)，rmk表示为第k个采集时间段内第m个地膜外环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，m表示为地膜外环境参数，m＝(mt,md,ms),mt、md、ms分别表示为地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜外环境参数集合发送至地膜外灌溉分析模块。
本实施例划分的采集时间段越多，其得到的地膜内、外的环境参数越多，能够为后面进行地膜内灌溉系数、地膜外灌溉系数统计提供可靠的参考数据。
数据库存储地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，存储地膜外各环境参数对应的标准数值，存储各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数，并存储地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数。
地膜内灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合，提取数据库中地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合分别与对应的标准环境参数进行对比，得到采集时间段地膜内气候环境参数对比集合ΔHw(Δhw1,Δhw2,...,Δhwk,...Δhwt)和检测点土壤环境参数对比集合ΔGf(Δgf1,Δgf2,...,Δgfi,...,Δgfn)，地膜内灌溉分析模块根据采集时间段地膜内气候环境参数对比集合和检测点土壤环境参数对比集合统计地膜内灌溉系数
式中Δhwtk、Δhwdk、Δhwsk分别表示为第k个采集时间段内地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度对应与地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度之间的差值，Δgfti、Δgfdi分别表示为第i个土壤检测点的土壤温度、土壤湿度对应与标准土壤温度、标准土壤湿度之间的差值，hwt0、hwd0、hws0、hws0、gft0、gfd0分别表示为地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度、标准土壤温度、标准土壤湿度，ηt、ηd、ηs、εt分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数，地膜内灌溉分析模块将统计的地膜内灌溉系数发送至管理服务器。
本实施例统计的地膜内灌溉系数，实现了对地膜内灌溉需求的量化展示，其地膜内灌溉系数越大，表明其地膜内灌溉的需求越高。
地膜外灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜外环境参数集合，提取数据库中地膜外各环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜外环境参数集合与地膜外各环境参数对应的标准数值进行对比，得到采集时间段地膜外环境参数对比集合ΔRm(Δrm1,Δrm2,...,Δrmk,...Δrmt)，地膜外灌溉分析模块根据采集时间段地膜外环境参数对比集合统计地膜外灌溉系数
式中Δrmtk、Δrmdk、Δrmsk分别表示为第k个采集时间段内地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对应与地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度之间的差值，rmt0、rmd0、rms0分别表示为地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度，δt、δd、δs分别表示为地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数，地膜外灌溉分析模块将统计的地膜外灌溉系数发送至管理服务器。
本实施例统计的地膜外灌溉系数，实现了对地膜外灌溉需求的量化展示，其地膜外灌溉系数越大，表明其地膜外灌溉的需求越高。
管理服务器接收地膜内灌溉分析模块发送的地膜内灌溉系数，并提取数据库中各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜内灌溉水量，并将统计的地膜内灌溉水量分别发送至显示终端和地膜内灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜内灌溉执行终端，且接收地膜内灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜内灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜内灌溉执行终端。
同时，管理服务器接收地膜外灌溉分析模块发送的地膜外灌溉系数，并提取数据库中各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜外灌溉水量，并将统计的地膜外灌溉水量分别发送至显示终端和地膜外灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜外灌溉执行终端，且接收地膜外灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜外灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜外灌溉执行终端。
地膜内灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和灌溉指令，在地膜内进行灌溉，并实时获取地膜内灌溉水量，同时将获取的地膜内灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉。
参照图2所示，地膜内灌溉执行终端包括移动车1、波纹水管2、水平供水管3、支管喷头4、电动推杆5和水箱6，其中波纹水管2的底端安装在移动车1上端中部，波纹水管2的上端与水平供水管3连通，水平供水管3沿移动车1两侧均匀垂直直立布设有若干支管喷头4，波纹水管2左右两侧安装电动推杆5，电动推杆5底端安装在移动车1上端，电动推杆5顶端与水平供水管3相接触，水箱6安装在移动车1上端与波纹水管2连接，且通过水泵为波纹水管2加压输水，在进行地膜内浇灌的过程中，移动车1停留农作物田地中间，田地中间两边为待浇灌的覆盖地膜的农作物，水箱6通过水泵为波纹水管2加压输水，波纹水管2中的水输送到水平供水管3中，进而输送到各支管喷头4中，此时控制电动推杆5收缩，带动水平供水管3向下运动，连带各支管喷头4向地膜位置运动，其支管喷头4的底端为箭头状，能够插入土壤，这时打开各支管喷头4的阀门，各支管喷头4就能够对对应位置地膜内的土壤灌溉，当该位置田地两边地膜内灌溉完成之后，关闭阀门，同时控制电动推杆5向上伸展，带动水平供水管3向上运动，进而带动各支管喷头4向上运动远离地膜，此时移动1在田地中间向后移动，进行下一位置处田地中间两边覆盖地膜农作物地膜内灌溉，其设置的地膜内灌溉执行终端，能够对覆盖地膜的农作物地膜内进行实时移动灌溉，且多支管喷头的设置可以同时对多处地膜位置进行地膜内土壤灌溉，节约了灌溉时间，同时能够精准控制灌溉水量，减少了水资源的浪费。
地膜外灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜外灌溉水量和灌溉指令，在地膜外进行灌溉，并实时获取地膜外灌溉水量，同时将获取的地膜外灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉。
显示终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和地膜外灌溉水量，并显示，便于相关灌溉管理人员直观了解覆盖地膜的农作物地膜内和地膜为需灌溉的水量。
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 (8)
1.一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：包括地膜内环境参数采集模块、地膜外环境参数采集模块、环境参数初步处理模块、地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、管理服务器、数据库、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端，其中地膜内环境参数采集模块和地膜外环境参数采集模块均与环境参数初步处理模块连接，环境参数初步处理模块分别与地膜内灌溉分析模块和地膜外灌溉分析模块连接，管理服务器分别与地膜内灌溉分析模块、地膜外灌溉分析模块、地膜内灌溉执行终端、地膜外灌溉执行终端和显示终端连接；
所述地膜内环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜内的气候环境参数和土壤环境参数，其中地膜内环境参数采集模块包括地膜内气候环境参数采集终端和若干土壤环境参数采集终端，所述地膜内气候环境参数采集终端用于采集地膜内的气候环境参数，其地膜内的气候环境参数包括地膜内温度、地膜内湿度和地膜内光照强度，所述土壤环境参数采集终端用于采集各土壤检测点的土壤环境参数，其土壤环境参数包括土壤温度和土壤湿度，地膜内环境参数采集模块将采集到的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数传输至环境参数初步处理模块；
所述地膜外环境参数采集模块用于采集覆盖地膜的农业地膜外的环境参数，其中地膜外环境参数采集模块包括地膜外环境参数采集终端，其用于采集地膜外的环境参数，其地膜外的环境参数包括地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，并将采集到的地膜外的环境参数传输至环境参数初步处理模块；
所述环境参数初步处理模块接收地膜内环境参数采集模块传输的地膜内的气候环境参数及各土壤检测点的土壤环境参数，并将接收的地膜内的气候环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜内气候环境参数集合Hw(hw1,hw2,...,hwk,...hwt)，hwk表示为第k个采集时间段内第w个气候环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，w表示为气候环境参数，w＝(wt,wd,ws),wt、wd、ws分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度，同时，环境参数初步处理模块将接收的各土壤检测点的土壤环境参数构建检测点土壤环境参数集合Gf(gf1,gf2,...,gfi,...,gfn)，gfi表示为第i个土壤检测点的第f个土壤环境参数对应的数值，f表示为土壤环境参数，f＝(ft,fd),ft、fd分别表示为土壤温度、土壤湿度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合发送至地膜内灌溉分析模块；
所述环境参数初步处理模块接收地膜外环境参数采集模块传输的地膜外的环境参数，并将接收的地膜外的环境参数按照预设的采集时间段进行划分，构建采集时间段地膜外环境参数集合Rm(rm1,rm2,...,rmk,...rmt)，rmk表示为第k个采集时间段内第m个地膜外环境参数对应的数值，k表示为采集时间段，k∈1,2...t，m表示为地膜外环境参数，m＝(mt,md,ms),mt、md、ms分别表示为地膜外温度、地膜外湿度和地膜外光照强度，环境参数初步处理模块将构建的采集时间段地膜外环境参数集合发送至地膜外灌溉分析模块；
所述数据库存储地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，存储地膜外各环境参数对应的标准数值，存储各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，存储地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数，并存储地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数；
所述地膜内灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合，提取数据库中地膜内各气候环境参数和土壤环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜内气候环境参数集合和检测点土壤环境参数集合分别与对应的标准环境参数进行对比，得到采集时间段地膜内气候环境参数对比集合ΔHw(Δhw1,Δhw2,...,Δhwk,...Δhwt)和检测点土壤环境参数对比集合ΔGf(Δgf1,Δgf2,...,Δgfi,...,Δgfn)，地膜内灌溉分析模块根据采集时间段地膜内气候环境参数对比集合和检测点土壤环境参数对比集合统计地膜内灌溉系数，并发送至管理服务器；
所述地膜外灌溉分析模块接收环境参数初步处理模块发送的采集时间段地膜外环境参数集合，提取数据库中地膜外各环境参数对应的标准数值，将接收的采集时间段地膜外环境参数集合与地膜外各环境参数对应的标准数值进行对比，得到采集时间段地膜外环境参数对比集合ΔRm(Δrm1,Δrm2,...,Δrmk,...Δrmt)，地膜外灌溉分析模块根据采集时间段地膜外环境参数对比集合统计地膜外灌溉系数，并发送至管理服务器；
所述管理服务器接收地膜内灌溉分析模块发送的地膜内灌溉系数，并提取数据库中各地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜内灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜内灌溉水量，并将统计的地膜内灌溉水量分别发送至显示终端和地膜内灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜内灌溉执行终端，且接收地膜内灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜内灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜内灌溉执行终端；
所述管理服务器接收地膜外灌溉分析模块发送的地膜外灌溉系数，并提取数据库中各地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，筛选该地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量，同时获取该农业种植区域的面积，进而根据该农业种植区域的面积和地膜外灌溉系数对应的单位面积灌溉水量统计地膜外灌溉水量，并将统计的地膜外灌溉水量分别发送至显示终端和地膜外灌溉执行终端，同时发送灌溉指令至地膜外灌溉执行终端，且接收地膜外灌溉执行终端反馈的灌溉水量，当反馈的灌溉水量大于统计的地膜外灌溉水量，此时管理服务器发送停止灌溉指令至地膜外灌溉执行终端；
所述地膜内灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和灌溉指令，在地膜内进行灌溉，并实时获取地膜内灌溉水量，同时将获取的地膜内灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉；
所述地膜外灌溉执行终端接收管理服务器发送的地膜外灌溉水量和灌溉指令，在地膜外进行灌溉，并实时获取地膜外灌溉水量，同时将获取的地膜外灌溉水量发送至管理服务器，且接收管理服务器发送的停止灌溉指令，停止灌溉；
所述显示终端接收管理服务器发送的地膜内灌溉水量和地膜外灌溉水量，并显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜内气候环境参数采集终端安装在地膜内，其包括第一温度传感器、第一湿度传感器和第一光照传感器，所述第一温度传感器用于检测地膜内的温度，所述第一湿度传感器用于检测地膜内的湿度，第一光照传感器用于检测地膜内的光照强度。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述土壤环境参数采集终端安装在各土壤检测点，其包括土壤温度传感器和土壤湿度传感器，所述土壤温度传感器用于检测各土壤检测点的土壤温度，所述土壤湿度传感器用于检测各土壤检测点的土壤湿度。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜内环境参数采集模块还包括土壤检测点布设，其具体布设方法包括以下几个步骤：
步骤一：设置土壤深度值，并统计土壤表层到设置的土壤深度值之间的高度；
步骤二：将统计的高度进行均匀等分为n段，每个等分点作为土壤检测点；
步骤三：将划分的各土壤检测点按照距离土壤表层的距离进行标记，依次标记为1,2...i....n。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜外环境参数采集终端安装在地膜外，其包括第二温度传感器、第二湿度传感器和第二光照传感器，所述第二温度传感器用于检测地膜外的温度，所述第二湿度传感器用于检测地膜外的湿度，第二光照传感器用于检测地膜外的光照强度。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜内灌溉系数的计算公式为
式中，Δhwtk、Δhwdk、Δhwsk分别表示为第k个采集时间段内地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度对应与地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度之间的差值，Δgfti、Δgfdi分别表示为第i个土壤检测点的土壤温度、土壤湿度对应与标准土壤温度、标准土壤湿度之间的差值，hwt0、hwd0、hws0、hws0、gft0、gfd0分别表示为地膜内标准温度、地膜内标准湿度、地膜内标准光照强度、标准土壤温度、标准土壤湿度，ηt、ηd、ηs、εt分别表示为地膜内温度、地膜内湿度、地膜内光照强度、土壤温度对灌溉的影响系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜外灌溉系数的计算公式为
式中Δrmtk、Δrmdk、Δrmsk分别表示为第k个采集时间段内地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对应与地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度之间的差值，rmt0、rmd0、rms0分别表示为地膜外标准温度、地膜外标准湿度、地膜外标准光照强度，δt、δd、δs分别表示为地膜外温度、地膜外湿度、地膜外光照强度对灌溉的影响系数。
8.根据权利要求1所述的一种基于大数据的农业种植环境智能监测灌溉系统，其特征在于：所述地膜内灌溉执行终端移动车、波纹水管、水平供水管、支管喷头、电动推杆和水箱，其中波纹水管的底端安装在移动车上端中部，波纹水管的上端与水平供水管连通，水平供水管沿移动车两侧均匀垂直直立布设有若干支管喷头，波纹水管左右两侧安装电动推杆，电动推杆底端安装在移动车上端，电动推杆顶端与水平供水管相接触，水箱安装在移动车上端与波纹水管连接，通过水泵为波纹水管加压输水。
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