CN112882517B - 基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法和云监测平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法和云监测平台，所述方法包括：通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，根据采集的数据分别与对应的标准数据进行对比，以统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量，根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充，对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示，便于管理人员直观了解大棚内环境参数对水培箱内果菜生长的影响效果，提高了对水培箱内果菜所在环境的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，能够根据营养液补充系数统计出营养液补充量，为养殖水培箱果菜提供有益的生长环境。
Description
技术领域
本发明属于农业种植环境监测技术领域，具体涉及到基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法和云监测平台。
背景技术
水培是一种新型的植物无土栽培方式,其核心是将植物根系悬浮并固定于植物营养液中,使植物能够正常生长并完成其整个生命周期。水培营养液是采用环境生物生态共生技术和菌根共生原理经生物发酵、化学整合、物理活化等工艺合成的一种新型水培植物营养液,具有植物营养和水质改善的功效,可代替土壤向植物提供水、肥、气,热等生长因子,能满足水培植物生长所需的条件。
果菜在培养的过程中,需要更换水培营养液，同时农业大棚内的环境参数对水培果菜的生长环境也有一定的影响，但是现有的技术中大多是凭借养殖人员采用目测的方式，观察果菜的生长状况和水培箱内营养液的含量，没有对大棚内的环境参数以及水培箱内营养液含量进行实时监测，存在监测水平低，管理不科学的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法和云监测平台，通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，根据采集的数据分别与对应的标准数据进行对比，以统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量，根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充，对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，包括以下步骤：
S1:检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度；
S2：根据S1采集的数据分别与对应的标准数据进行对比；
S3：统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量；
S4：根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充；
S5：对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示；
上述基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法使用了一种基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测系统，包括空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、营养液高度检测模块、数据库、数据预处理模块、光照强度统计模块、营养液元素检测与统计模块、建模分析服务器、补充控制模块和显示终端；
所述数据预处理模块分别与空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、数据库和建模分析服务器连接，建模分析服务器分别与营养液元素检测与统计模块、光照强度统计模块、营养液高度检测模块、补充控制模块和显示终端连接，数据库分别与营养液元素检测与统计模块和光照强度统计模块连接；
所述空气湿度采集模块为湿度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气湿度，并将检测到的农业大棚内空气的湿度发送至数据预处理模块；
所述空气温度采集模块为温度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气温度，并将检测到的农业大棚内空气的温度发送至数据预处理模块；
所述二氧化碳浓度采集模块为二氧化碳浓度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的二氧化碳浓度，并将检测到的农业大棚内空气的二氧化碳浓度发送至数据预处理模块；
所述营养液高度检测模块为高清摄像头，安装在农业大棚内，用于检测农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，并将检测到的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度发送至建模分析服务器；
所述数据库用于存储农业大棚内标准环境参数值，存储营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，存储不同光照强度E对应的不同光照强度范围以及不同光照强度等级对应的生长影响系数分别为
各光照强度等级对应的照射时间阈值分别为
E＝1,2,3,4,5,存储各个水培箱底面积，并营养液补充比例系数阈值；
所述数据预处理模块接收空气湿度采集模块发送的农业大棚内空气的湿度，接收空气温度采集模块发送的农业大棚内空气的温度，接收二氧化碳浓度采集模块发送的农业大棚内空气的二氧化碳浓度，对接收的农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，根据设定的时间间隔值，按照采集时间段进行划分，可划分为多个采集时间段参数，将划分的多个采集时间段参数按照采集时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,u，构成每天的采集时间段参数集合Aw(aw1,aw2,...,awt,...,awu)，awt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p1,p2,p3分别表示为农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，数据预处理模块将每天的采集时间段参数集合发送至建模分析服务器；
所述光照强度统计模块用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，提取数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围，将采集的光照强度与数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比,提取该光照强度对应的光照强度等级,并统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间,将提取的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间发送至建模分析服务器；
所述营养液元素检测与统计模块包括离子检测仪，用于实时检测各水培箱内营养液的各元素浓度，提取数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，并将检测的各水培箱内营养液的各元素浓度与数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值进行对比，获得各水培箱内营养液内各元素浓度差，并将获得的各水培箱内营养液的各元素浓度差按照检测的时间先后顺序发送至建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的采集时间段集合，并将每天各采集时间段对应的环境参数值与数据库中存储的农业大棚内标准环境参数值进行对比，获得采集时间段对比参数集合A′w(a′w1,a′w2,...,a′wt,...,a′wu)，a′wt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值与农业大棚内标准环境参数值之间的差值；
建模分析服务器接收营养液高度检测模块发送的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，提取数据库中存储的各个水培箱底面积，以统计各个水培箱内营养液的体积，提取数据库中存储的水培箱标准营养液体积，将各个水培箱按照预设的顺序依次标记为1,2,...,i,...,g,并将统计的各个水培箱内营养液的体积与数据库中存储的水培箱标准营养液体积进行对比，获得初始体积差，构成水培箱营养液初始体积差集合V(v1,v2,...,vi,...,vg)，vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，以固定时间间隔，将水培箱营养液初始体积差集合与固定时间间隔后对应的水培箱营养液体积差集合中对应的体积差进行对比，获得相对体积差，并将获得的相对体积差构成水培箱营养液相对体积差集合V′(v′1,v′2,...,v′i,…,v′g)，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值；
建模分析服务器接收营养液元素检测与统计模块发送的各水培箱内营养液的各元素浓度差，按照预设的顺序，将营养液内各元素依次标记为 1,2,...,r,...,m，将接收的各水培箱内营养液的各元素浓度差构成营养液元素浓度差集合Br(bir1,bir2,...,birt,...,biru)，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差；
建模分析服务器根据各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间以及每天的采集时间段对比参数集合，以统计果菜生长影响系数，根据水培箱营养液相对体积差集合以及营养液元素浓度差集合，以统计营养液补充比例系数，将营养液补充比例系数发送至补充控制模块，并将果菜生长影响系数发送至显示终端；
所述补充控制模块接受建模分析服务器发送的营养液补充比例系数，提取数据库中存储的营养液补充比例系数阈值，将营养液补充比例系数与数据库中存储的营养液补充比例系数阈值进行对比，若营养液补充比例系数大于营养液补充比例系数阈值，则控制供液管由关闭状态切换成打开状态，并提取数据库中存储的固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，补充控制模块根据营养液补充比例系数以及固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量 U，以统计营养液补充量，若营养液补充比例系数小于营养液补充比例系数阈值，则不补充营养液，当供液管供给的营养液的量达到统计的营养液补充量，补充控制模块则控制供液管由打开状态切换成关闭状态，并将营养液补充量发送至显示终端；
所述显示终端用于接收建模分析服务器发送的果菜生长影响系数和补充控制模块发送的营业液补充量，并将果菜生长影响系数和营养液补充量分别进行显示。
进一步地，营养液内各元素包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜和氯。
进一步地，光照强度统计模块包括第二处理器、累计统计单元和若干光照检测单元；
所述光照检测单元为光照传感器,用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，并将检测的光照强度发送至第二处理器；
所述第二处理器用于接收光照检测单元发送的各水培箱内果菜所受的光照强度,并将接收的各水培箱内果菜所受的光照强度与设定的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比，若光照强度在其中一光照强度等级对应的范围内,发送计时控制指令至累计计时单元,不同光照强度等级对应的计时控制指令不同,同时,接收累计计时单元反馈的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间,并将接收的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至建模分析服务器；
所述累计计时单元用于接收第二处理器发送的计时控制指令,根据接收的计时控制指令统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的光照时间, 并将各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至第二处理器。
进一步地，不同光照强度等级对应的生长影响系数对应的大小顺序分别为
进一步地，果菜生长影响的系数的计算公式为
表示为第E个光照强度等级对应的生长影响系数,E等于1,2,3,4,5,YEi表示为第i个水培箱内果菜在第E个光照强度等级下对应的照射时间，
表示为第E个光照强度等级对应的照射时间阈值,ap1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p1t表示为在 t个采集时间段内农业大棚内的空气温度与农业大棚内标准空气温度的差值，ap2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p2t表示为在 t个采集时间段内农业大棚内的空气湿度与农业大棚内标准空气湿度的差值，ap3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p3t表示为在 t个采集时间段内农业大棚内的空气二氧化碳浓度与农业大棚内标准空气二氧化碳浓度的差值。
进一步地，营养液补充比例系数的计算公式为
vi表示为第 i个水培箱营养液对应的初始体积差，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差，e表示为自然数，等于2.718。
进一步地，营养液补充量计算公式为
R表示为固定营养液补充比例系数，U表示为固定营养液补充比例系数对应的补充营养液的量。
进一步地，云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行本发明所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法。
有益效果：
(1)本发明通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，根据采集的数据分别与对应的标准数据进行对比，以统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量，根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充，对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示，便于管理人员直观了解大棚内环境参数对水培箱内果菜生长的影响效果，提高了对水培箱内果菜所在环境的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，能够根据营养液补充系数统计出营养液补充量，为养殖水培箱果菜提供有益的生长环境。
(2)本发明通过检测通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，为后期统计漂浮物种类对比吻合系数和各等级养殖鱼比例提供了可靠的前期数据准备，具有真实性高以及可靠性高的特点。
(3)本发明在显示终端，通过显示果菜生长影响系数和营养液补充量，方便养殖人员了解水培箱植物的生长状况，以采取不同的措施去养殖水培箱果菜，提供满足市场需求的水培箱果菜。
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为本发明的方法步骤图。
图2为本发明的系统流程图。
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，基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，包括以下步骤：
S1:检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度；
S2：根据S1采集的数据分别与对应的标准数据进行对比；
S3：统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量；
S4：根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充；
S5：对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示；
请参阅图2所述，上述基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法使用了一种基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测系统，包括空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、营养液高度检测模块、数据库、数据预处理模块、光照强度统计模块、营养液元素检测与统计模块、建模分析服务器、补充控制模块和显示终端；
所述数据预处理模块分别与空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、数据库和建模分析服务器连接，建模分析服务器分别与营养液元素检测与统计模块、光照强度统计模块、营养液高度检测模块、补充控制模块和显示终端连接，数据库分别与营养液元素检测与统计模块和光照强度统计模块连接；
所述空气湿度采集模块为湿度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气湿度，并将检测到的农业大棚内空气的湿度发送至数据预处理模块；
所述空气温度采集模块为温度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气温度，并将检测到的农业大棚内空气的温度发送至数据预处理模块；
所述二氧化碳浓度采集模块为二氧化碳浓度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的二氧化碳浓度，并将检测到的农业大棚内空气的二氧化碳浓度发送至数据预处理模块；
所述营养液高度检测模块为高清摄像头，安装在农业大棚内，用于检测农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，并将检测到的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度发送至建模分析服务器；
本实施例通过检测通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，为后期统计漂浮物种类对比吻合系数和各等级养殖鱼比例提供了可靠的前期数据准备，具有真实性高以及可靠性高的特点。
所述数据库用于存储农业大棚内标准环境参数值，存储营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，所述营养液内各元素包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜和氯，存储不同光照强度E对应的不同光照强度范围以及不同光照强度等级对应的生长影响系数分别为
各光照强度等级对应的照射时间阈值分别为
E＝1,2,3,4,5,存储各个水培箱底面积，并营养液补充比例系数阈值，所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，所述不同光照强度等级对应的生长影响系数对应的大小顺序分别为
所述数据预处理模块接收空气湿度采集模块发送的农业大棚内空气的湿度，接收空气温度采集模块发送的农业大棚内空气的温度，接收二氧化碳浓度采集模块发送的农业大棚内空气的二氧化碳浓度，对接收的农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，根据设定的时间间隔值，按照采集时间段进行划分，可划分为多个采集时间段参数，将划分的多个采集时间段参数按照采集时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,u，构成每天的采集时间段参数集合Aw(aw1,aw2,…,awt,…,awu)，awt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p1,p2,p3分别表示为农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，数据预处理模块将每天的采集时间段参数集合发送至建模分析服务器；
所述光照强度统计模块用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，提取数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围，将采集的光照强度与数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比,提取该光照强度对应的光照强度等级,并统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间,将提取的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间发送至建模分析服务器，所述光照强度统计模块包括第二处理器、累计统计单元和若干光照检测单元；
所述光照检测单元为光照传感器,用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，并将检测的光照强度发送至第二处理器；
所述第二处理器用于接收光照检测单元发送的各水培箱内果菜所受的光照强度,并将接收的各水培箱内果菜所受的光照强度与设定的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比，若光照强度在其中一光照强度等级对应的范围内,发送计时控制指令至累计计时单元,不同光照强度等级对应的计时控制指令不同,同时,接收累计计时单元反馈的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间,并将接收的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至建模分析服务器；
所述累计计时单元用于接收第二处理器发送的计时控制指令,根据接收的计时控制指令统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的光照时间, 并将各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至第二处理器；
所述营养液元素检测与统计模块包括离子检测仪，用于实时检测各水培箱内营养液的各元素浓度，提取数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，并将检测的各水培箱内营养液的各元素浓度与数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值进行对比，获得各水培箱内营养液内各元素浓度差，并将获得的各水培箱内营养液的各元素浓度差按照检测的时间先后顺序发送至建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的采集时间段集合，并将每天各采集时间段对应的环境参数值与数据库中存储的农业大棚内标准环境参数值进行对比，获得采集时间段对比参数集合A′w(a′w1,a′w2,...,a′wt,...,a′wu)，a′wt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值与农业大棚内标准环境参数值之间的差值；
建模分析服务器接收营养液高度检测模块发送的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，提取数据库中存储的各个水培箱底面积，以统计各个水培箱内营养液的体积，提取数据库中存储的水培箱标准营养液体积，将各个水培箱按照预设的顺序依次标记为1,2,...,i,...,g,并将统计的各个水培箱内营养液的体积与数据库中存储的水培箱标准营养液体积进行对比，获得初始体积差，构成水培箱营养液初始体积差集合V(v1,v2,...,vi,…,vg)，vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，以固定时间间隔，将水培箱营养液初始体积差集合与固定时间间隔后对应的水培箱营养液体积差集合中对应的体积差进行对比，获得相对体积差，并将获得的相对体积差构成水培箱营养液相对体积差集合 V′(v′1,v′2,...,v′i,…,v′g)，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值；
建模分析服务器接收营养液元素检测与统计模块发送的各水培箱内营养液的各元素浓度差，按照预设的顺序，将营养液内各元素依次标记为 1,2,...,r,...,m，将接收的各水培箱内营养液的各元素浓度差构成营养液元素浓度差集合Br(bir1,bir2,...,birt,...,biru)，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差；
建模分析服务器根据各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间以及每天的采集时间段对比参数集合，以统计果菜生长影响系数，所述果菜生长影响的系数的计算公式为
表示为第E个光照强度等级对应的生长影响系数,E等于1,2,3,4,5,YEi表示为第i个水培箱内果菜在第E个光照强度等级下对应的照射时间，
表示为第E个光照强度等级对应的照射时间阈值,ap1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度与农业大棚内标准空气温度的差值，ap2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气湿度与农业大棚内标准空气湿度的差值，ap3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气二氧化碳浓度与农业大棚内标准空气二氧化碳浓度的差值，根据水培箱营养液相对体积差集合以及营养液元素浓度差集合，以统计营养液补充比例系数，营养液补充比例系数的计算公式为
vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第 r个元素浓度差，e表示为自然数，等于2.718，将营养液补充比例系数发送至补充控制模块，并将果菜生长影响系数发送至显示终端；
所述补充控制模块接受建模分析服务器发送的营养液补充比例系数，提取数据库中存储的营养液补充比例系数阈值，将营养液补充比例系数与数据库中存储的营养液补充比例系数阈值进行对比，若营养液补充比例系数大于营养液补充比例系数阈值，则控制供液管由关闭状态切换成打开状态，并提取数据库中存储的固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，补充控制模块根据营养液补充比例系数以及固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量 U，以统计营养液补充量，营养液补充量计算公式为
R表示为固定营养液补充比例系数，U表示为固定营养液补充比例系数对应的补充营养液的量，若营养液补充比例系数小于营养液补充比例系数阈值，则不补充营养液，当供液管供给的营养液的量达到统计的营养液补充量，补充控制模块则控制供液管由打开状态切换成关闭状态，并将营养液补充量发送至显示终端；
所述显示终端用于接收建模分析服务器发送的果菜生长影响系数和补充控制模块发送的营业液补充量，并将果菜生长影响系数和营养液补充量分别进行显示，通过显示果菜生长影响系数和营养液补充量，方便养殖人员了解水培箱植物的生长状况，以采取不同的措施去养殖水培箱果菜，提供满足市场需求的水培箱果菜。
云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行本发明所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法。
本发明通过检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度，根据采集的数据分别与对应的标准数据进行对比，以统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量，根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充，对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示，便于管理人员直观了解大棚内环境参数对水培箱内果菜生长的影响效果，提高了对水培箱内果菜所在环境的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，能够根据营养液补充系数统计出营养液补充量，为养殖水培箱果菜提供有益的生长环境。
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 (5)
1.基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度；
S2：根据S1采集的数据分别与对应的标准数据进行对比；
S3：统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量；
S4：根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充；
S5：对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示；
上述基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法使用了一种基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测系统，包括空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、营养液高度检测模块、数据库、数据预处理模块、光照强度统计模块、营养液元素检测与统计模块、建模分析服务器、补充控制模块和显示终端；
所述数据预处理模块分别与空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、数据库和建模分析服务器连接，建模分析服务器分别与营养液元素检测与统计模块、光照强度统计模块、营养液高度检测模块、补充控制模块和显示终端连接，数据库分别与营养液元素检测与统计模块和光照强度统计模块连接；
所述空气湿度采集模块为湿度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气湿度，并将检测到的农业大棚内空气的湿度发送至数据预处理模块；
所述空气温度采集模块为温度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气温度，并将检测到的农业大棚内空气的温度发送至数据预处理模块；
所述二氧化碳浓度采集模块为二氧化碳浓度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的二氧化碳浓度，并将检测到的农业大棚内空气的二氧化碳浓度发送至数据预处理模块；
所述营养液高度检测模块为高清摄像头，安装在农业大棚内，用于检测农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，并将检测到的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度发送至建模分析服务器；
所述数据库用于存储农业大棚内标准环境参数值，存储营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，存储不同光照强度E对应的不同光照强度范围以及不同光照强度等级对应的生长影响系数分别为
各光照强度等级对应的照射时间阈值分别为
E＝1,2,3,4,5,存储各个水培箱底面积，并营养液补充比例系数阈值；
所述数据预处理模块接收空气湿度采集模块发送的农业大棚内空气的湿度，接收空气温度采集模块发送的农业大棚内空气的温度，接收二氧化碳浓度采集模块发送的农业大棚内空气的二氧化碳浓度，对接收的农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，根据设定的时间间隔值，按照采集时间段进行划分，可划分为多个采集时间段参数，将划分的多个采集时间段参数按照采集时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,u，构成每天的采集时间段参数集合Aw(aw1,aw2,...,awt,...,awu)，awt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p1,p2,p3分别表示为农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，数据预处理模块将每天的采集时间段参数集合发送至建模分析服务器；
所述光照强度统计模块用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，提取数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围，将采集的光照强度与数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比,提取该光照强度对应的光照强度等级,并统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间,将提取的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间发送至建模分析服务器；
所述营养液元素检测与统计模块包括离子检测仪，用于实时检测各水培箱内营养液的各元素浓度，提取数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，并将检测的各水培箱内营养液的各元素浓度与数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值进行对比，获得各水培箱内营养液内各元素浓度差，并将获得的各水培箱内营养液的各元素浓度差按照检测的时间先后顺序发送至建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的采集时间段集合，并将每天各采集时间段对应的环境参数值与数据库中存储的农业大棚内标准环境参数值进行对比，获得采集时间段对比参数集合A′w(a′w1,a′w2,…,a′wt,…,a′wu)，a′wt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值与农业大棚内标准环境参数值之间的差值；
建模分析服务器接收营养液高度检测模块发送的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，提取数据库中存储的各个水培箱底面积，以统计各个水培箱内营养液的体积，提取数据库中存储的水培箱标准营养液体积，将各个水培箱按照预设的顺序依次标记为1,2,...,i,...,g,并将统计的各个水培箱内营养液的体积与数据库中存储的水培箱标准营养液体积进行对比，获得初始体积差，构成水培箱营养液初始体积差集合V(v1,v2,...,vi,...,vg)，vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，以固定时间间隔，将水培箱营养液初始体积差集合与固定时间间隔后对应的水培箱营养液体积差集合中对应的体积差进行对比，获得相对体积差，并将获得的相对体积差构成水培箱营养液相对体积差集合V′(v′1,v′2,...,v′i,…,v′g)，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值；
建模分析服务器接收营养液元素检测与统计模块发送的各水培箱内营养液的各元素浓度差，按照预设的顺序，将营养液内各元素依次标记为1,2,...,r,...,m，将接收的各水培箱内营养液的各元素浓度差构成营养液元素浓度差集合Br(bir1,bir2,...,birt,...,biru)，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差；
建模分析服务器根据各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间以及每天的采集时间段对比参数集合，以统计果菜生长影响系数，根据水培箱营养液相对体积差集合以及营养液元素浓度差集合，以统计营养液补充比例系数，将营养液补充比例系数发送至补充控制模块，并将果菜生长影响系数发送至显示终端；
所述补充控制模块接受建模分析服务器发送的营养液补充比例系数，提取数据库中存储的营养液补充比例系数阈值，将营养液补充比例系数与数据库中存储的营养液补充比例系数阈值进行对比，若营养液补充比例系数大于营养液补充比例系数阈值，则控制供液管由关闭状态切换成打开状态，并提取数据库中存储的固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，补充控制模块根据营养液补充比例系数以及固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，以统计营养液补充量，若营养液补充比例系数小于营养液补充比例系数阈值，则不补充营养液，当供液管供给的营养液的量达到统计的营养液补充量，补充控制模块则控制供液管由打开状态切换成关闭状态，并将营养液补充量发送至显示终端；
所述显示终端用于接收建模分析服务器发送的果菜生长影响系数和补充控制模块发送的营业液补充量，并将果菜生长影响系数和营养液补充量分别进行显示；
所述营养液补充比例系数的计算公式为
vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值，birt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差，e表示为自然数，等于2.718；
所述营养液补充量计算公式为
R表示为固定营养液补充比例系数，U表示为固定营养液补充比例系数对应的补充营养液的量；
所述果菜生长影响的系数的计算公式为
表示为第E个光照强度等级对应的生长影响系数,E等于1,2,3,4,5,YEi表示为第i个水培箱内果菜在第E个光照强度等级下对应的照射时间，
表示为第E个光照强度等级对应的照射时间阈值,ap1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度与农业大棚内标准空气温度的差值，ap2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气湿度与农业大棚内标准空气湿度的差值，ap3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′p3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气二氧化碳浓度与农业大棚内标准空气二氧化碳浓度的差值。
2.根据权利要求1所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，其特征在于：所述营养液内各元素包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜和氯。
3.根据权利要求1所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，其特征在于：所述光照强度统计模块包括第二处理器、累计统计单元和若干光照检测单元；
所述光照检测单元为光照传感器,用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，并将检测的光照强度发送至第二处理器；
所述第二处理器用于接收光照检测单元发送的各水培箱内果菜所受的光照强度,并将接收的各水培箱内果菜所受的光照强度与设定的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比，若光照强度在其中一光照强度等级对应的范围内,发送计时控制指令至累计计时单元,不同光照强度等级对应的计时控制指令不同,同时,接收累计计时单元反馈的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间,并将接收的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至建模分析服务器；
所述累计计时单元用于接收第二处理器发送的计时控制指令,根据接收的计时控制指令统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的光照时间,并将各水培箱内果菜在各光照强度等级下的累计时间发送至第二处理器。
4.根据权利要求1所述的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，其特征在于：所述不同光照强度等级对应的生长影响系数对应的大小顺序分别为
5.一种云监测平台，其特征在于：所述云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行权利要求1-4中任意一项的基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20220304 Address after: Room 313, Building 3, 2222 Huancheng Road, Jiading District, Shanghai, 201800 Applicant after: SHANGHAI ZUOANXINHUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 210007 1 East Street, alfalfa garden, Qinhuai District, Nanjing, Jiangsu. Applicant before: Nanjing Xiaoxiu Automation Technology Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: Smart agricultural planting environment monitoring method and cloud monitoring platform based on big data and Internet of things Effective date of registration: 20220721 Granted publication date: 20220422 Pledgee: The Bank of Shanghai branch Caohejing Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANGHAI ZUOANXINHUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000136 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20230727 Granted publication date: 20220422 Pledgee: The Bank of Shanghai branch Caohejing Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANGHAI ZUOANXINHUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000136 |