CN114723113A - 一种农业自动化生产管理系统 - Google Patents

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CN114723113A CN202210308237.0A CN202210308237A CN114723113A CN 114723113 A CN114723113 A CN 114723113A CN 202210308237 A CN202210308237 A CN 202210308237A CN 114723113 A CN114723113 A CN 114723113A
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Abstract

本发明公开了一种农业自动化生产管理系统包括：数据中心，用以采集农作物的各项种植环境参数；数据处理中心，将采集得到的农作物的各项种植环境参数与系统中最优农作物种植方案中的数据进行对照，进而实时调节处理各项种植环境参数；检测中心，包括用以对土壤环境信息、气候环境信息以及空气环境信息的环境检测和图像检测；设备管理中心，用以通过对数据进行分析并向设备端发出指令。本发明提供一种智能化、自动化(无人值守)的农业生产管理方案，对农作物生长过程的整个过程进行管控，优化农产品资源利用率；并且种植过程为科研提供数据，科研优化种植方案。

Description

一种农业自动化生产管理系统
技术领域
本申请涉及农业技术领域，尤其涉及一种有利于农业科学自动化生产、大数据农业科技研究以及农业物联网管理的农业自动化生产管理系统。
背景技术
物联网农业自动化生产管理系统是农业生产管理、科学生产和渠道化经营管理系统。
目前推广的管理系统主要还是集中于人工的操作，更多以人的主观意识进行种植，在科学生产上缺少数据来源。
因此，上述现有技术至少存在如下技术问题：
1、农业种植消耗了大量的劳动力资源；对于大面积种植存在着一定的困难；
2、国内的节水滴灌技术很少大面积使用；
3、农业生产缺少物联网的推广和支持，在部分地区农业原产地与消费者之间的差异化，造成供应链的不稳的；
4、农业生产无法对农业研究提供大数据，导致农业研究基本上处于实验室阶段，同时农业科技的推广造成困难；
5、农业对于农产品的源头(种子、农药、化肥等)很难进行追踪，对于将种植户与上线产品完美的搭接；
6、农业种植很难做到与科研同步，无法将最前沿的农业技术使用到生产生活中，最佳的生长环境；
7、无法随时做到作物的长势监测，以及最佳长势、产量、质量与环境因素的关系，很难做到位作物提供最佳的生长和生产环境。
申请内容
本申请的实施例通过提供一种农业自动化生产管理系统，用以解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种专业化、科学化的农业自动化生产管理系统，用户能够轻松方便高效的农业生产，并对农产品提供简单快捷安全的供应渠道。
为了解决上述问题，本申请的实施例提供一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：包括：
数据中心，用以存放各种农作物的种植模型、各种农作物种植过程及实测环境参数信息；
数据处理中心，用以控制生产、执行数据模型、检测整理环境参数、建立农作物种植档案盒模型的模块；
检测中心，包括用以对土壤环境信息、气候环境信息以及空气环境信息的环境检测和图像检测，并将检测得到的参数发送给数据处理中心；
设备管理中心，控制种植设备的电源，并为其提供相应的数据端口，接收来自数据处理中心的指令，实现设备对种植的无人化控制；
用户端口，包括采购端、研究端、农资端、用户端；所述采购端是为农产品生产商提供，方便用户在线快速采购，并对其提供标准的初始模型方案；所述研究端是针对专家提供，方便专家为用户提供最优化的种植模型，同时也方便专家从系统获得用户的种植情况，实现研发与种植无缝连接；所述农资端是为农资厂家提供，放标农资厂家为农资产品提供标准书写格式，方便种植过程的使用；所述用户端是为种植户提供及时观察种植过程中的环境参数和执行方案，并对农产品生产提供远程控制，实现无人化种植过程。
优选地，还包括与设备管理中心连接的设备端，所述设备端包括：
土壤湿度控制模块，用以通过对采集到的土壤湿度信息进行分析后向设备端发出指令；
水肥一体化控制模块，用以根据土壤所需要的矿物质含量与农作物需求量确定、化肥矿物质含量，从而确定施肥品种及用量；
光照控制模块，用以补充农作物需求光照强度与环境光照强度的差值。
优选地，所述设备端还包括化肥使用控制模块，用以根据农药最佳浓度确定用水量，根据农药最佳使用量与面积确定农药使用量，根据天气条件确实是否适宜喷洒农药。
优选地，所述设备端还包括二氧化碳使用模块，用以根据与风速风向、场地二氧化碳浓度、二氧化碳需求量确定。
优选地，所述设备端还包括氧气浓度控制模块，用以根据环境参数进行通风。
优选地，所述设备端还包括空气温度控制模块，用以通过通暖加热、通风、制冷进行控制与实时监测。
优选地，所述最优农作物种植方案包括农作物在不同生长时期对不同的矿物质、化肥、农药、环境二氧化碳、光照强度的需求，规定了不同地区的农作物最佳环境参数、最佳施肥时间段、最佳喷洒农药的时间段、施肥及喷洒农药对天气的要求和环境的要求。
优选地，所述的数据中心通过用户端口与采购端相连，用户可通过农产品的二维码获取农作物的所有信息。
优选地，所述的数据中心通过用户端口与研究端相连，研究端根据科研结果对农作物的生长进行后期的追踪和研究，逐渐优化农作物的生长环境需求。
优选地，所述的农作物的种植模型，是以时间为基准，描述农作物在每个时间段(每30分钟为一个时间段)对环境(气候参数、空气参数、土壤参数)参数、空间参数(农作物间距、叶面的遮光率、叶面互相遮盖率、花数量、果数量等)的需求量，以及可能出现的病虫害及其治疗方案(对应病虫害的农药品种、使用浓度、单位面积使用量)等的实际控制的参数，以及全国过程实时评估该方案产量质量。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、无人化种植及视频化远程监测与管理，对农作物生长过程的整个过程进行管控(包括浇水、补光、施肥、喷农药等)；
2、为农业研究与发展提供大数据；
3、科学化、数字化种植，优化农作物种植方案，优化资源与产出关系。根据环境参数与农作物环境参数需求量，精准控制环境的土壤湿度、空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度(大棚)、土壤氮磷钾浓度等环境参数，精准控制化肥、农药的使用量，并根据需求计算施肥、喷药时的水需求量；在保证种植过程的同时也控制环境参数；
4、保证农产品安全，减少化肥、农药残余；
5、农产品质量安全，为农产品全程全民监管提供方案，系统对喷药、施肥等过程采取智能化控制，对无法进行智能化管理的过程提供方案；
6、农产品流程化、工业生产方案；
7、种子研究——区域生产——大面积种植——种植采购——生产原料采购——智能化种植——采购——追踪研究等所有农作物生产相关信息进行连接与沟通；种植过程为科研提供数据，科研优化种植方案；为新品种的研究提供数据，为新品种的推广提供数据；
8、温室大棚全智能化管理；
9、产销一体化。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明控制关系图；
图3为本发明数据处理中心结构框图；
图4为本发明数字农业种植流程图；
图5为本发明无人化管理执行过程流程图；
图6为本发明四道式模型分析法示意图；
图7为本发明后源法优化生产流程图；
图8为本发明开放化种植示意图。
具体实施方式
本申请的实施例通过提供一种农业自动化生产管理系统，用以解决现有技术中存在的技术问题，用户能够轻松方便高效的农业生产，并对农产品提供简单快捷安全的供应渠道。
为了解决上述技术问题，参考图1和图2，本申请提供的技术方案总体思路如下：本申请实施例通过科学化、数字化种植，优化农作物种植方案，优化资源与产出关系。根据环境参数与农作物环境参数需求量，精准控制环境的土壤湿度、空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度(大棚)、土壤氮磷钾浓度等环境参数，精准控制化肥、农药的使用量，并根据需求计算施肥、喷药时的水需求量；在保证种植过程的同时也控制环境参数。对农作物生长过程整个过程进行管控(包括浇水、补光、施肥、喷农药等)实现无人化种植及视频化远程监测与管理；并从种子研究—区域生产—大面积种植—种植采购—生产原料采购—智能化种植—采购—追踪研究等所有农作物生产相关信息进行连接与沟通，种植过程为科研提供数据，科研优化种植方案，为新品种的研究提供数据，为新品种的推广提供数据。
本申请实施例中，对农作物生长过程整个过程进行管控的具体方案如下：
补光方案：补光强度＝农作物需求光照强度-环境光照强度。
浇水方案：浇水时间＝种植数量或者面积×(最优土壤湿度-土壤湿度)×土壤系数/水泵流量，土壤系数与土壤性质有关，主要考虑土壤的水分渗透率、渗透方向对土壤水分流失的关系。
施肥水需求量：土壤最优湿度确定用水量，用水量与最佳化肥浓度确定化肥使用量。
农药使用方案：根据农药最佳浓度确定用水量；根据农药最佳使用量与面积确定农药使用量；根据天气条件确实是否适宜喷洒农药。
化肥使用方案：根据土壤所需要的矿物质含量与农作物需求量确定化肥矿物质含量、确定施肥品种及用量。
二氧化碳使用方案：与风速风向、场地二氧化碳浓度、二氧化碳需求量确定。
氧气浓度方案：根据环境参数进行通风。
空气温度控制方案：通暖加热、通风、制冷进行控制与实时监测。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明。
农作物智能化种植，如图1-图3所示，其中最优农作物种植方案是指农作物在不同生长时期对不同的矿物质、化肥、农药、环境二氧化碳、光照强度等的需求，规定了不同地区的农作物最佳环境参数、最佳施肥时间段、最佳喷洒农药的时间段、施肥及喷洒农药对天气的要求和环境的要求。
其中，环境检测包括如下：
(1)土壤参数：土壤温度、土壤湿度、导电系数、EC值，N、P、K。
(2)气候参数:空气湿度、空气温度、光照强度。
(3)空气参数:二氧化碳浓度。
设备管理中心包括如下：
(1)土壤湿度:灌溉系统。
(2)土壤温度:加热水控制系统。
(3)空气湿度:加湿系统、透气控制系统。
(4)空气温度：遮光系统、空调系统。
(5)光照控制:补光系统、遮光系统。
(6)土壤参数:一体化水肥处理系统。
本申请实施例中，农户启动设备后开始播种，系统根据不同农作物的播种时间、环境参数与系统中最优农作物种植方案进行对照，并调节种植环境的湿度、光照强度、二氧化碳浓度、以及土壤中营养成分的含量。在农作物的生长过程中，系统为农作物生长积累大数据，根据大数据的分析和研究获得最优农作物种植方案，尤其为大棚精准管理提供了丰富的参考信息。
本申请实施例实现农产品全程监管与质量控制。参考图4，系统记录管理范围内的农产品从播种、生长、采摘的所有信息(包括种植所住的区域、区域内产品的质量、化肥残余、农药残余、新鲜程度、保鲜时间等等信息)；在销售过程中系统为每一个农产品提供一个专属二维码，用户通过扫码可以获得农作物的所有信息。用户还可以获得农作物的质量相关数据、可以看到农作物从播种到采收的整个过程，相当于农产品从播种到食用均在食用者的监督之下。每一个农产品都有一个独立的二维码，因此食用者食用的监测数据具有唯一性，农产品的安全性能够得到保证。
本申请实施例实现无人值守农业生产方案。参考图4至图7，在种植过程中，通过图像分析，确定农作物是否处于模型对应的生长阶段，确定生长阶段后，与模型生长周期进行对照，确定模型的误差值，并修正模型后生产。模型在每次使用前要进行选择，选择时参考模型的评估产量/质量。根据该地区历史气候参数，评估使用该模型的能耗(肥、药、水、光、电换算成的成本)。另外，在种植过程中对模型进行校正，校正主要是拟定的农作物生长周期与实际种植的生长周期进行对比，二者不一致时，对环境参数进行调整。优化的农作物模型显示了农作物在每个时期的资源需求，根据需求调整优化资源供应。通过大量的种植模型，逐步优化生成农作物在每30分钟的最佳环境参数。
图5所示的无人化种植流程如下：每30分钟检测一组环境参数(包括土壤的温度湿度EC值、空气的温度湿度气压，光照强度等)，将检测到的参数与模型环境参数进行对照，对超出模型值以外的参数计算补充量，将补充量发送给数据处理中心，数据处理中心通过对所连接的设备执行控制，调整环境参数。无人值守方案将农作物浇水、施肥、喷洒农药、人工补光、换气、调节温度等过程进行自动化智能化的管理，无需人的参与。
本申请实施例中可采用动态调控节能方法，该方法通过检测农作物的实际环境参数，根据用户选择的模型的实时参数与检测的环境参数进行对比，计算该农作物所需求的资源，有计划的供应，在保证种植环境最优的条件下，最低化的消耗资源。
本申请实施例中，农作物播种后即进入了数据管理阶段，系统根据环境中的土壤湿度、空气温度、二氧化碳浓度、氧气浓度、土壤PH值、氮磷钾及矿物质浓度、光照强度等与最优农作物种植方案进行对比，根据环境参数与最优农作物种植方案的差值计算目前农作物对环境参数的需求，对农作物环境参数进行精准控制，保证为农作物提供最佳的环境条件前提下减小资源(化肥、农业、能源)的用量。
本申请实施例为不能提供智能化自动化管理的过程(播种、修枝、人工授粉、人工采摘、销售、肥料农药等生产资料的采购)提供方案。系统管理的所有用户进行注册，为某些过程(播种、修枝、人工授粉、人工采摘、销售、肥料农药等生产资料的采购)专业团队提供农作物的生长信息，专业团队通过系统获得信息，并根据需求专业团队可以与种植户进行交流并提供服务。为农业专业化提供方案。社会可以根据系统提供的数据分析需求，并建立农业种植过程的专业技术团队。
本申请实施例为温室大棚提供设计方案。具体地，温室大棚进行分区，分为种植区、育苗区、喷药区、施肥区、采摘区等。根据蔬菜的需求温室大棚可以设计为多层，假设温室大棚的单层高为1m(其中0.5m为人工土或者农作物营养液，0.5m也空)，10m高的大棚可以设计为10层，1亩土地的种植面积就可以达到10亩。系统为种植单元的农作物提供最优农作物种植方案，根据最优农作物种植方案，系统为整个大棚每一个种植单元提供指令，从而保证每一个种植单元配合自动化设备将种植单元移动到规定的区域。具体如下：
播种：对人工土培土的配组(该农作物所用土壤最基础的矿物质需求)木屑、土(砂)、矿物质等的比例，土培的尺寸、形状，播种距离等要求。按要求将土培放于种植单元之上进行育苗。
温室育苗：根据该农作物的最佳育苗环境参数对环境进行控制，根据农作物生长周期预定农作物移栽时间。
移栽：带农作物育苗期结束，系统将育苗好的农作物单元移动到移栽设备区、移栽设备根据最优农作物种植方案提供的最佳植株距离将农作物移栽待种植单元。放置好后再次进行人工覆盖土(覆盖土时对农作物幼苗进行保护，待覆盖土完成后取消保护装置，并保证农作物种植单元土层厚度均匀，农作物页面等不得沾土)。该过程完成后，系统提供指令将该种植单元移动到预定位置大棚架上。
温室种植：大棚架高度约1m(高度根据需求设计，蔬菜、花卉、水果均不相同)，顶部配置人工补光，底部提供人工营养液(化肥溶液)，几个种植单元组成一个温室单元，每个温室单元将提供温度、二氧化碳浓度、氧气等装置。种植单元放置于大棚架上进行温室种植，种植的环境参数参考最优农作物种植方案进行。
过程控制：当农作物需要喷洒农药时，系统发出指令，将需要喷洒农药的种植单元移动到喷药区，喷药设备根据最佳农作物种植过程的需求选择农药，并配合到最佳浓度进行喷洒农药。喷洒农药完成后将该种植单元移动到原来位置。(喷药区的目的是减少整个大棚的农药弥漫现象，保证大棚仅有喷药区空气中有农药弥漫的现象，保证人进入大棚的健康安全)。
采摘：当农作物到达采摘期的时候，系统将向采购商、种植户、监测单位、科研单位等所有相关单位发送信息，保证农作物的及时采摘。并为生产批次上传所有信息，方便为每一个农产品提供监督信息(每个农作物提供二维码，二维码对该产品生产批次进行连接，该大棚生产农作物进入全民监管阶段)。用户根据播种时间、采摘时间可以确定农作物的运输与保鲜时间，根据运输与保鲜时间，食用者可以清楚的判断该农作物的新鲜程度。
具体地，系统提供农作物种植的间距，为相关采摘设备提供信息，采摘设备根据农作物间距等信息对农作物进行无损采摘，减少采摘时对农作物的破坏。
洗土：农作物采摘完成后将种植单元上的土倒入发酵池，发酵时间完成后对其进行过滤，过滤后的净土重复使用，发酵后的污水可作为有机肥使用。
本发明申请实现农作物研究与生产一体化。1、根据系统的管理和环境监测，我们可以获得农作物生长相关的数据，根据监测的数据可以更好的理解农作物的环境适应能力；同时根据农作物最佳环境参数可以更清楚的理解不同农作物在不同的环境条件下的生长特点，根据各个不同地区的气候条件，可以因地制宜为各地区选择比较优化的农作物种植方案，(例如砂质土适合种植的作为、湿陷性黄土地区适合种植的作为)，便于区域化农业产业化方案的研究。2、系统为农产品研究单位提供农作物所有的生长过程及生长环境参数，科研单位科研更大范围获取农作物生长环境及相关数据图片，农业科研单位科研可以方便的得到更大范围、更多不同自然气候条件下的数据；种子研究单位科研通过系统了解各地区自然气候条件的详细数据，根据数据选择合适的试验地，减少新品种研究、实验的局限性；农作物研究单位可以对农作物的大面积种植进行研究，根据研究结果提供农作物的最佳环境拟合曲线和种植过程，方便选择最佳的区域气候环境，优化农作物的推广；农产品科研单位根据科研结果对农作物的生长进行后期的追踪和研究，逐渐优化农作物的生长环境需求。
本发明申请实现农产品质量产量评估与农作物智能种植过程的优化，具体如下：
A、农作物评价方法：农作物产量评价、农作物有效营养物质含量评价、农作物长势评价、农作物化肥残余评价、农作物农药残余评价、农作物单果质量评价、农作物单位面积产量评价。
B、综合A的评价获得农作物对农药、化肥、土壤湿度、空气湿度、空气温度、二氧化碳浓度以及氧气浓度的需求，并根据不同时间的需求将设计绘制成环境参数的拟合曲线及种植过程，系统根据环境拟合曲线与种植过程进行对比研究，通过大数量的农作物种植与拟合曲线与农作物评价的分析，获得最佳环境拟合曲线与种植过程。
C、系统根据种植的农作物类型选择最佳的环境拟合曲线与种植过程作为农作物种植过程与环境拟合曲线参考标准，并在管控过程中将测试的环境参数与环境拟合曲线的参数进行对照，根据参数的差值计算对环境参数进行准备控制，保证农作物在生长过程中环境参数是在标准环境参数范围之内。
D、农作物在生长过程中，环境控制具有一定的时限性和区域性，监测的数据根据不同土质和环境条件，控制数据无法完全精准的控制整片土地，因此，精准环境参数的控制会在标准范围内有一定的差异性，根据环境参数在控制过程中产生的差异与农作物产量质量的差异逐渐优化环境拟合曲线。
本申请发明为农业生产、研究、销售、服务等全方位服务。农业种植过程中，根据农作物的生长需求，系统为用户推送最优化的农资供应资料，系统向种植户推送不同年份的同一时期和当年每一天不同农产品产量/销量/价格的对比信息，为种植户选择种植的农作物品类提供可参考的依据。农产品研究为农业生产提供种植模型和种植案例，农业生产为农产品研究提供大数据结论支持；农资商/采购商为农业生产提供市场方向，农业生产为农资商/采购商提供产品；农资商/采购商为农产品研究提供研究方向，农产品研究为农资商/采购商提供质量依据。采购商可以通过对种植户的认识，提前预定农产品，或者在农产品种植前与种植户共同确定种植作物的品类。
应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：包括：
数据中心，用以存放各种农作物的种植模型、各种农作物种植过程及实测环境参数信息；
数据处理中心，用以控制生产、执行数据模型、检测整理环境参数、建立农作物种植档案盒模型的模块；
检测中心，包括用以对土壤环境信息、气候环境信息以及空气环境信息的环境检测和图像检测，并将检测得到的参数发送给数据处理中心；
设备管理中心，控制种植设备的电源，并为其提供相应的数据端口，接收来自数据处理中心的指令，实现设备对种植的无人化控制；
用户端口，包括采购端、研究端、农资端、用户端；所述采购端是为农产品生产商提供，方便用户在线快速采购，并对其提供标准的初始模型方案；所述研究端是针对专家提供，方便专家为用户提供最优化的种植模型，同时也方便专家从系统获得用户的种植情况，实现研发与种植无缝连接；所述农资端是为农资厂家提供，放标农资厂家为农资产品提供标准书写格式，方便种植过程的使用；所述用户端是为种植户提供及时观察种植过程中的环境参数和执行方案，并对农产品生产提供远程控制，实现无人化种植过程。
2.如权利要求1所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：还包括与设备管理中心连接的设备端，所述设备端包括：
土壤湿度控制模块，用以通过对采集到的土壤湿度信息进行分析后向设备端发出指令；
水肥一体化控制模块，用以根据土壤所需要的矿物质含量与农作物需求量确定、化肥矿物质含量，从而确定施肥品种及用量；
光照控制模块，用以补充农作物需求光照强度与环境光照强度的差值。
3.如权利要求1或2所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：
所述设备端还包括化肥使用控制模块，用以根据农药最佳浓度确定用水量，根据农药最佳使用量与面积确定农药使用量，根据天气条件确实是否适宜喷洒农药。
4.如权利要求3所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：
所述设备端还包括二氧化碳使用模块，用以根据与风速风向、场地二氧化碳浓度、二氧化碳需求量确定。
5.如权利要求3所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述设备端还包括氧气浓度控制模块，用以根据环境参数进行通风。
6.如权利要求3所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述设备端还包括空气温度控制模块，用以通过通暖加热、通风、制冷进行控制与实时监测。
7.如权利要求3所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述最优农作物种植方案包括农作物在不同生长时期对不同的矿物质、化肥、农药、环境二氧化碳、光照强度的需求，规定了不同地区的农作物最佳环境参数、最佳施肥时间段、最佳喷洒农药的时间段、施肥及喷洒农药对天气的要求和环境的要求。
8.如权利要求1所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述的数据中心通过用户端口与采购端相连，用户可通过农产品的二维码获取农作物的所有信息。
9.如权利要求1所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述的数据中心通过用户端口与研究端相连，研究端根据科研结果对农作物的生长进行后期的追踪和研究，逐渐优化农作物的生长环境需求。
10.如权利要求1所述的一种农业自动化生产管理系统，其特征在于：所述的农作物的种植模型，是以时间为基准，描述农作物在每个时间段对环境参数、空间参数的需求量，以及可能出现的病虫害及其治疗方案的实际控制的参数，以及全国过程实时评估该方案产量质量。
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