CN113920288A - 一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，包括数据采集传输子系统，其包括土壤信息采集模块、空气环境信息采集模块和图像采集模块，采集到的数据通过各类传感器传输给数据分析处理子系统进行处理；数据分析处理子系统包括标准黄瓜生长模型和病虫害模型，对采集到的数据通过模型分析并处理，再发送到客户端的应用设备；智能应用子系统包括水肥药一体化控制模块、黄瓜生产标准化方案模块、温室环境控制模块和应用系统管理模块，将分析处理后的数据应用到实际生产种植中。本发明通过数据采集传输子系统、数据分析处理子系统和智能应用子系统实现对黄瓜病虫害快速识别及发生病虫害位置确定、作物生长阶段的预测，进而保证植物的健康生长。
Description
技术领域
本发明涉及农业物联网技术领域，具体来说，涉及一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统。
背景技术
我国是设施园艺大国，设施园艺总面积已经居世界第一位，其中黄瓜是设施中最主要的栽培作物之一。我国传统的农业种植生产过程中都是凭种植户的经验来决定对农作物进行施肥、浇水及病虫害防治等管理，而对于一些经验不足或是缺乏经验的种植户来说，不合理的管理会导致农作物生长缓慢、产量低、品质差等。
目前市面上现有的基于物联网的作物管理系统较多，但存在以下问题：
1)功能单一，有的只是一些零散的比如病虫害检测预警、环境检测、水肥一体化等功能。
2)智能化程度较低，不能实现病虫害识别、作物生长阶段的预测，并及时针对作物目前的状态帮助用户做出正确的决策。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，能够克服现有技术方法的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，包括数据采集传输子系统、数据分析处理子系统、智能应用子系统，其中，
所述数据采集传输子系统，包括土壤信息采集模块、空气环境信息采集模块和图像采集模块，所述土壤信息采集模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC传感器和土壤ph传感器，所述空气环境信息采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳浓度传感器，所述图像采集模块包括图像传感器，采集到的所有数据通过各类传感器定时传输给数据分析处理子系统进行处理；
所述数据分析处理子系统，包括标准黄瓜生长模型和病虫害模型，对所述数据采集传输子系统采集到的数据通过模型分析并处理，再发送到客户端应用设备上，若应用运行状态或检测接收到的数据出现异常，则立即向客户端应用设备发出告警；
所述智能应用子系统，包括水肥药一体化控制模块、黄瓜生产标准化方案模块、温室环境控制模块和应用系统管理模块，将分析处理后的数据应用到实际生产种植中，所述水肥药一体化控制模块是根据数据分析处理子系统显示肥药种类和水肥药的配比，启动自动化灌溉设备，所述黄瓜生产标准化模块是根据数据分析处理子系统发送的科学参数，自动生成生产指导意见，来精确的指导用户进行农业生产，所述温室环境控制模块包括控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备，所述应用系统管理模块是用于日常运行和维护，通过2G、4G、NBIoT移动网络实现Web端和手机端显示智能应用端。
进一步地，所述空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、图像传感器以及二氧化碳浓度传感器的内部均安装有GPS定位，且设有一个唯一的设备标识，该设备标识由服务器统一生成，并且有唯一与设备标识对应的二维码，用户通过APP扫描二维码并绑定成功后，来确定每个传感器所在位置。
进一步地，所述标准黄瓜生长模型是通过种植区气候条件、土壤条件及田间管理措施形成，具体使用包括以下步骤：
S31:根据黄瓜生长发育的特点，将定植后的生长发育分为定植抽蔓期、开花坐果期、结瓜初期、结瓜盛期、结瓜末期五个阶段，黄瓜的分阶段生长模型依据完成发育期所需的有效积温、机器视觉测量获得几何信息建立；
S32:基于标准化生长期，求取各阶段所需的光照、温度、二氧化碳以及水分，在模型中对应输入各阶段标准化农事操作方案；
S33:数据分析处理子系统通过现实温室中各传感器采集到的环境、黄瓜生长数据，结合黄瓜生长模型对比分析处理输出科学的调整参数。
进一步地，步骤S31中，获取有效积温的表达式为：Σ(Ti-Tb)＝A，发育期第i天平均气温Ti减去黄瓜的下限温度10摄氏度Tb，得出发育期所需的有效积温A。
进一步地，步骤S32中，在标准化生长期，求取所需水分的表达式为
ET为实际作物需水量，LAI为叶面积指数；Δ为饱和水汽温度斜率；Rn是作物表面净辐射量，通过光合仪器测出温室内有效辐射PAR，利用Penman-Monteth公式计算求出；P为大气压强；T为地面以上2m处的平均温度；ea为饱和水汽压，ed为实际水汽压。
进一步地，所述病虫害模型是根据以往种植区病虫害发生时间和适宜环境综合形成的，具体使用包括以下步骤：
S61:首先，筛选通过田间多角度拍摄和编写网络爬虫爬取有关黄瓜病虫害的图片；
S62:数据采集传输子系统通过图像传感器将捕捉到的病虫害图像及位置发送至数据分析处理系统，通过卷积神经网络算法判断出病虫害类型；
S63:数据分析处理子系统将病虫害识别结果以及对应的解决方案发送至智能应用子系统。
进一步地，所述温室环境控制模块为根据数据分析处理子系统发出的指令来控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备的开启和关闭，从而对温室内黄瓜的生长环境进行自动调整。
进一步地，所述应用系统管理模块包括用户管理、角色管理、权限管理、操作日志、元数据管理、模板管理以及任务管理。
本发明的有益效果：通过数据采集传输系统、数据分析处理系统和智能应用系统实现对黄瓜病虫害快速识别及发生病虫害位置确定、作物生长阶段的预测，并且可以对进入对应的生长阶段对植物的生长状态进行精确控制，进而保证植物的健康生长。
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是根据本发明实施例所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统的系统结构示意图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
如图1所示，根据本发明实施例所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，包括数据采集传输子系统、数据分析处理子系统和智能应用子系统。
所述数据采集传输子系统，包括土壤信息采集模块、空气环境信息采集模块和图像采集模块；所述土壤信息采集模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC传感器和土壤ph传感器；所述空气环境信息采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳浓度传感器；所述图像采集模块包括图像传感器，采集到的所有数据通过各类传感器定时传输给数据分析处理子系统进行处理。
所述土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC传感器、土壤ph传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、图像传感器以及二氧化碳浓度传感器的内部均安装有GPS定位，且设有一个唯一的设备标识，该设备标识由服务器统一生成，并且有唯一与设备标识对应的二维码，用户通过APP扫描二维码并绑定成功后，来确定每个传感器所在位置。
所述数据分析处理子系统，包括标准黄瓜生长模型和病虫害模型，对数据采集传输子系统采集到的数据通过模型分析并处理，再发送到客户端应用设备(App端或Web端)，若应用运行状态或检测接收到的数据出现异常，则立即向客户端应用设备(App端或Web端)发出告警。
所述标准黄瓜生长模型是通过种植区气候条件、土壤条件及田间管理措施形成，具体使用包括以下步骤：
1)根据黄瓜生长发育的特点，将定植后的生长发育分为定植抽蔓期、开花坐果期、结瓜初期、结瓜盛期、结瓜末期五个阶段，分别建立生长模型黄瓜的分阶段生长模型依据完成发育其所需的有效积温、机器视觉测量获得几何信息的建立；
2)基于标准化生长期，求取各阶段所需的光照、温度、二氧化碳以及水分，在模型中对应输入各阶段标准化农事操作方案；
3)数据分析处理子系统通过现实温室中各传感器采集到的环境、黄瓜生长数据，结合黄瓜生长模型对比分析处理输出科学的调整参数。
上述所述，获取有效积温的表达式为：
Σ(Ti-Tb)＝A
其中，发育期第i天平均气温Ti减去黄瓜的下限温度10摄氏度Tb，得出发育期所需的有效积温A。
在标准化生长期，求取所需水分的表达式为：
其中，ET为实际作物需水量，LAI为叶面积指数；Δ为饱和水汽温度斜率；Rn是作物表面净辐射量，通过光合仪器测出温室内有效辐射PAR，利用Penman-Monteth公式计算求出；P为大气压强；T为地面以上2m处的平均温度；ea为饱和水汽压，ed为实际水汽压。
所述病虫害模型是根据以往种植区病虫害发生时间和适宜环境综合形成的，具体使用包括以下步骤：
1)首先，筛选通过田间多角度拍摄和编写网络爬虫爬取有关黄瓜病虫害的图片；
2)数据采集传输子系统通过图像传感器将捕捉到的病虫害图像及位置发送至数据分析处理系统，通过卷积神经网络算法判断出病虫害类型；
3)数据分析处理子系统将病虫害识别结果以及对应的解决方案发送至智能应用子系统。
所述智能应用子系统，包括水肥药一体化控制模块、黄瓜生产标准化方案模块、温室环境控制模块和应用系统管理模块，将分析处理后的数据应用到实际生产种植中，所述水肥药一体化控制模块是根据数据分析处理子系统显示肥药种类和水肥药的配比，启动自动化灌溉设备。
所述黄瓜生产标准化模块是根据数据分析处理子系统发送的科学参数，自动生成生产指导意见，来精确的指导用户进行农业生产；所述温室环境控制模块包括控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备，所述应用系统管理模块是用于日常运行和维护，通过2G、4G、NBIoT移动网络实现Web端和手机端显示智能应用端。
所述温室环境控制模块为根据数据分析处理子系统发出的指令来控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备的开启和关闭，从而对温室内黄瓜的生长环境进行自动调整。
所述应用系统管理模块包括用户管理、角色管理、权限管理、操作日志、元数据管理、模板管理以及任务管理。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过数据采集传输系统、数据分析处理系统和智能应用系统实现对黄瓜病虫害快速识别及发生病虫害位置确定、作物生长阶段的预测，并且可以对进入对应的生长阶段对植物的生长状态进行精确控制，进而保证植物的健康生长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，包括数据采集传输子系统、数据分析处理子系统、智能应用子系统，其中，
所述数据采集传输子系统，包括土壤信息采集模块、空气环境信息采集模块和图像采集模块，所述土壤信息采集模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC传感器和土壤ph传感器，所述空气环境信息采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳浓度传感器，所述图像采集模块包括图像传感器，采集到的所有数据通过各类传感器定时传输给数据分析处理子系统进行处理；
所述数据分析处理子系统，包括标准黄瓜生长模型和病虫害模型，对所述数据采集传输子系统采集到的数据通过模型分析并处理，再发送到客户端的应用设备上，若应用运行状态或检测接收到的数据出现异常，则立即向客户端应用设备发出告警；
所述智能应用子系统，包括水肥药一体化控制模块、黄瓜生产标准化方案模块、温室环境控制模块和应用系统管理模块，将分析处理后的数据应用到实际生产种植中，所述水肥药一体化控制模块是根据数据分析处理子系统显示肥药种类和水肥药的配比，启动自动化灌溉设备，所述黄瓜生产标准化模块是根据数据分析处理子系统发送的科学参数，自动生成生产指导意见，来精确的指导用户进行农业生产，所述温室环境控制模块包括控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备，所述应用系统管理模块是用于日常运行和维护，通过2G、4G、NBIoT移动网络实现Web端和手机端显示智能应用端。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，所述土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC传感器、土壤ph传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、图像传感器以及二氧化碳浓度传感器的内部均安装有GPS定位，且设有一个唯一的设备标识，该设备标识由服务器统一生成，并且有唯一与设备标识对应的二维码，用户通过APP扫描二维码并绑定成功后，来确定每个传感器所在位置。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，所述标准黄瓜生长模型是通过种植区气候条件、土壤条件及田间管理措施形成，具体使用包括以下步骤：
S31:根据黄瓜生长发育的特点，将定植后的生长发育分为定植抽蔓期、开花坐果期、结瓜初期、结瓜盛期、结瓜末期五个阶段，黄瓜的分阶段生长模型依据完成发育期所需的有效积温、机器视觉测量获得几何信息建立；
S32:基于标准化生长期，求取各阶段所需的光照、温度、二氧化碳以及水分，在模型中对应输入各阶段标准化农事操作方案；
S33:数据分析处理子系统通过现实温室中各传感器采集到的环境、黄瓜生长数据，结合黄瓜生长模型对比分析处理输出科学的调整参数。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，步骤S31中，获取有效积温的表达式为：Σ(Ti-Tb)＝A，发育期第i天平均气温Ti减去黄瓜的下限温度10摄氏度Tb，得出发育期所需的有效积温A。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，步骤S32中，在标准化生长期，求取所需水分的表达式为
ET为实际作物需水量，LAI为叶面积指数；Δ为饱和水汽温度斜率；Rn是作物表面净辐射量，通过光合仪器测出温室内有效辐射PAR，利用Penman-Monteth公式计算求出；P为大气压强；T为地面以上2m处的平均温度；ea为饱和水汽压，ed为实际水汽压。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，所述病虫害模型是根据以往种植区病虫害发生时间和适宜环境综合形成的，具体使用包括以下步骤：
S61:首先，筛选通过田间多角度拍摄和编写网络爬虫爬取有关黄瓜病虫害的图片；
S62:数据采集传输子系统通过图像传感器将捕捉到的病虫害图像及位置发送至数据分析处理系统，通过卷积神经网络算法判断出病虫害类型；
S63:数据分析处理子系统将病虫害识别结果以及对应的解决方案发送至智能应用子系统。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，所述温室环境控制模块为根据数据分析处理子系统发出的指令来控制LED灯、卷膜电动机、CO2释放器及雾化机设备的开启和关闭，从而对温室内黄瓜的生长环境进行自动调整。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的温室黄瓜种植管理系统，其特征在于，所述应用系统管理模块包括用户管理、角色管理、权限管理、操作日志、元数据管理、模板管理以及任务管理。
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