CN114724086A - 一种水肥一体灌溉管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水肥一体灌溉管理系统，属于水肥一体化技术领域，包括数据采集模块、分析模块和服务器；所述数据采集模块用于进行数据采集，并建立监控模型；所述分析模块用于对采集的数据进行分析，具体方法包括：获取监控模型，根据监控模型获取土壤检测信息和种植物图像信息，对土壤检测信息和种植物图像信息进行综合评分，通过数据采集模块和分析模块之间的相互配合，实现对水肥一体化的科学管理，降低对种植户的水肥一体化管理水平要求，同时降低专家的工作量和工作强度，便于水肥一体化的快速、全面推广；通过识别水肥灌溉方案上的标签，区别不同的水肥灌溉方案，便于对重点的水肥灌溉方案进行重点关注。

Description

一种水肥一体灌溉管理系统

技术领域

本发明属于水肥一体化技术领域，具体是一种水肥一体灌溉管理系统。

背景技术

水肥一体化是利用管道灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求，实现水肥同步管理和高效利用的节水农业技术；它是将肥料溶入施肥容器中，并随同灌溉水顺管道经灌水器进入作物根区的过程叫做滴灌随水施肥，灌溉施肥是根据作物生长各个阶段对养分的需要和土壤养分供给状况，准确将肥料补加和均匀施在作物根系附近，并被根系直接吸收利用的一种施肥方法。

但是水肥一体化对种植户或管理人员的种植水平具有一定的要求，一般需要相关专家进行指导，不利于水肥一体化的快速、全面推广，因此本发明提供了一种水肥一体灌溉管理系统，用于辅助种植户进行水肥一体化管理，降低专家的工作量和工作强度，便于对水肥一体化进行管理。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种水肥一体灌溉管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水肥一体灌溉管理系统，包括数据采集模块、分析模块和服务器；

所述数据采集模块用于进行数据采集，并建立监控模型；

所述分析模块用于对采集的数据进行分析，具体方法包括：

获取监控模型，根据监控模型获取土壤检测信息和种植物图像信息，对土壤检测信息和种植物图像信息进行综合评分，获得土壤含量评分TRZ和植物生长评分PRZ；设置土壤含量评分的评价区间[Tc，Tv]和植物生长评分的评价区间[Pc，Pv]，根据分析公式

获得分析值，其中α1、α2为调节系数，取值范围为[0，1]，建立分析值方案库，将获得的分析值输入到分析值方案库中进行匹配，获得对应的后续水肥灌溉方案，识别水肥灌溉方案上的标签，当为重点标签时，将对应的土壤检测信息、种植物图像信息和水肥灌溉方案发送给对应的指导专家进行调整，根据调整后的水肥灌溉方案进行控制；当为正常标签时，将水肥灌溉方案发送给管理人员确认，根据确认后的水肥灌溉方案进行控制。

进一步地，数据采集模块的工作方法包括：

获取需要进行灌溉管理的区域信息，补充建立监控模型，设置第一数据库，在第一数据库内设置若干个储存节点，并为每个储存节点打上对应的采集标签，将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联；

通过各个监控设备进行数据采集，将采集的数据储存到对应的储存节点中，并在监控模型中进行相应的关键数据显示。

进一步地，补充建立监控模型的方法包括：

根据区域信息绘制灌溉分布图，识别灌溉分布图中的监控设备位置，获取监控设备的监控范围，并在灌溉分布图中进行标记；根据灌溉分布图进行监控设备的补充，并将补充的监控设备在灌溉分布图中进行相应的标记；根据灌溉分布图建立监控模型。

进一步地，根据灌溉分布图进行监控设备的补充的方法包括：

获取需要进行采集的采集数据，根据获取的采集数据确定需要进行监控的监控区域，根据灌溉分布图和监控区域识别需要进行补充的监控区域，标记为补充监控区域，根据获得的补充监控区域布设对应的采集设备。

进一步地，将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联的方法包括：

识别监控模型中的各个监控设备，建立监控设备感应区匹配表，根据识别的监控设备在监控设备感应区匹配表中匹配对应感应区域，根据匹配的感应区域在监控模型中进行相应的标记，将标记后的感应区域与对应的储存节点进行相关联。

进一步地，对土壤检测信息进行综合评分的方法包括：

识别土壤检测信息中各个检测点的土壤含水量和土壤营养元素含量，将土壤含水量标记为TPi，其中i为土壤检测点，i＝1、2、……、n，n为正整数；对土壤营养元素含量进行评分，获得土壤营养元素含量评分，并标记为TYi，根据土壤综合评分公式

获得土壤含量评分，其中TB为当地标准土壤含水量，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1。

进一步地，对种植物图像信息进行综合评分的方法包括：

获取当前种植物的种植时间，匹配对应的生长阶段，获得阶段修正系数，将阶段修正系数标记为PD；设置各个生长阶段的标准种植物轮廓，将植物图像信息根据图像检测点进行分类，标记为单一数据，识别单一数据中的种植物轮廓，将识别的种植物轮廓与标准种植物轮廓进行相似度比对，获得对应的相似度值，标记为PLj，其中j为单一数据，j＝1、2、……、m，m为正整数；识别单一数据中的种植物色阶，对识别的种植物色阶进行评分，获得生长状态评分，并标记为PSj，根据图像综合评分公式

获得植物生长评分；其中，β1、β2、β3均为比例系数，取值范围为0<β1≤1，0<β2≤1，0<β3≤1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过数据采集模块和分析模块之间的相互配合，实现对水肥一体化的科学管理，降低对种植户的水肥一体化管理水平要求，同时降低专家的工作量和工作强度，便于水肥一体化的快速、全面推广；通过识别水肥灌溉方案上的标签，区别不同的水肥灌溉方案，便于对重点的水肥灌溉方案进行重点关注，由专家组调整最适合当前种植物的水肥灌溉方案，同时避免其他的可由种植进行确认的水肥灌溉方案对专家带来的调整负担。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本发明原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

如图1所示，一种水肥一体灌溉管理系统，包括数据采集模块、分析模块和服务器；

所述数据采集模块用于进行数据采集，具体方法包括：

获取需要进行灌溉管理的区域信息，包括地理位置、灌溉装置分布信息、型号信息、工作方式信息等在本申请中可能使用到的现有信息；补充建立监控模型，设置第一数据库，在第一数据库内设置若干个储存节点，并为每个储存节点打上对应的采集标签，即为储存节点只储存对应的种类的采集数据；将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联；

通过各个监控设备进行数据采集，将采集的数据储存到对应的储存节点中，并在监控模型中进行相应的关键数据显示。

关键数据从对应储存节点中储存的采集数据进行提取出来的，如采集温度就提取温度值作为关键数据进行显示，对于不能进行提取的不进行提取显示，具体的提取方法为本领域常识，因此不进行详细叙述。

补充建立监控模型的方法包括：

根据区域信息绘制灌溉分布图，灌溉分布图包括灌溉装置分布、种植物分布、监控设备分布及其他在本申请中使用到的信息；识别灌溉分布图中的监控设备位置，不是仅代表摄像监控，还可以是土壤检测、水肥检测等监控设备；获取监控设备的监控范围，并在灌溉分布图中进行标记；根据灌溉分布图进行监控设备的补充，并将补充的监控设备在灌溉分布图中进行相应的标记；根据灌溉分布图建立监控模型。

根据灌溉分布图进行监控设备的补充的方法包括：

获取需要进行采集的采集数据，包括本申请中其他模块所需要的采集数据，如种植物图像、水肥配合比等数据；根据获取的采集数据确定需要进行监控的监控区域，根据灌溉分布图和监控区域识别需要进行补充的监控区域，标记为补充监控区域，根据获得的补充监控区域布设对应的采集设备。

根据灌溉分布图建立监控模型的具体方法为本领域常识，如先建立灌溉三维模型，标记监控设备和对应的监控区域，以及其他的模型转化。

将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联的方法包括：

识别监控模型中的各个监控设备，建立监控设备感应区匹配表，根据识别的监控设备在监控设备感应区匹配表中匹配对应感应区域，根据匹配的感应区域在监控模型中进行相应的标记，将标记后的感应区域与对应的储存节点进行相关联。

建立监控设备感应区匹配表是采用人工的方式进行设置，根据对应的监控设备种类设置一个范围区域，用于与储存节点进行相关联，通过范围区域直接调取对应储存节点内的数据。

具体的如何实现感应区域与对应的储存节点进行相关联，实现通过范围区域直接调取对应储存节点内的数据，为本领域常识，因此不进行详细叙述。

所述分析模块用于对采集的数据进行分析，具体方法包括：

获取监控模型，根据监控模型获取土壤检测信息和种植物图像信息，对土壤检测信息和种植物图像信息进行综合评分，获得土壤含量评分TRZ和植物生长评分PRZ；设置土壤含量评分的评价区间[Tc，Tv]和植物生长评分的评价区间[Pc，Pv]，评价区间是根据对应标准的最大值和最小值设置的，即Tc对应最小值，Tv对应最大值，具体的采用人工的方式进行设置；根据分析公式

获得分析值，其中α1、α2为调节系数，取值范围为[0，1]，可以通过遗传算法优化调节系数；建立分析值方案库，将获得的分析值输入到分析值方案库中进行匹配，获得对应的后续水肥灌溉方案，识别水肥灌溉方案上的标签，当为重点标签时，将对应的土壤检测信息、种植物图像信息和水肥灌溉方案发送给对应的指导专家进行调整，根据调整后的水肥灌溉方案进行控制；

当为正常标签时，将水肥灌溉方案发送给管理人员确认，根据确认后的水肥灌溉方案进行控制。

对土壤检测信息进行综合评分的方法包括：

识别土壤检测信息中各个检测点的土壤含水量和土壤营养元素含量，将土壤含水量标记为TPi，其中i为土壤检测点，i＝1、2、……、n，n为正整数；对土壤营养元素含量进行评分，获得土壤营养元素含量评分，并标记为TYi，根据土壤综合评分公式

获得土壤含量评分，其中TB为当地标准土壤含水量，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1。

对土壤营养元素含量进行评分的方法包括：

设置土壤营养元素含量的标准梯度区间，即为根据种植物种植标准和相关研究资料确定不同元素含量区间对种植物生长的影响，且设置对应的组合评分，即为位于不同区间内组合的评分，具体的由专家组进行讨论设置；将土壤营养元素含量输入到标准梯度区间内进行匹配，获得对应的土壤营养元素含量评分。

对种植物图像信息进行综合评分的方法包括：

获取当前种植物的种植时间，匹配对应的生长阶段，获得阶段修正系数，将阶段修正系数标记为PD；设置各个生长阶段的标准种植物轮廓，采用人工挑选的方式设置；将植物图像信息根据图像检测点进行分类，标记为单一数据，识别单一数据中的种植物轮廓，将识别的种植物轮廓与标准种植物轮廓进行相似度比对，获得对应的相似度值，标记为PLj，其中j为单一数据，j＝1、2、……、m，m为正整数；识别单一数据中的种植物色阶，对识别的种植物色阶进行评分，获得生长状态评分，并标记为PSj，根据图像综合评分公式

获得植物生长评分；其中，β1、β2、β3均为比例系数，取值范围为0<β1≤1，0<β2≤1，0<β3≤1。

匹配对应的生长阶段的方法包括：

根据种植的生长研究数据划分对应的生长阶段，并根据不同的生长阶段种植物枝叶、轮廓等影响设置对应的修正系数，具体的由专家组进行设置，进而建立生长阶段匹配表，将获得的种植时间输入到生长阶段匹配表中，获得对应的生长阶段和阶段修正系数。

对识别的种植物色阶进行评分的方法就根据种植物生长过程中出现的各种颜色色阶数据建立训练集，进行神经网络训练，通过训练成功后的神经网络模型进行智能评分，具体的建立和训练过程为本领域常识。

建立分析值方案库的方法包括：

获取具有的分析值，根据分析值设置对应的水肥灌溉方案，且一个水肥灌溉方案可以对应多个分析值，由专家组进行讨论设置；并根据对应的水肥灌溉方案设置对应的识别标签，即为重点标签和正常标签，重点标签指的是该方案需要相关的专家进行确认，正常标签指的是水肥灌溉方案只需要用户或管理人员确认即可，建立第二数据库，将水肥灌溉方案输入到第二数据库中，将当前的第二数据库标记为分析值方案库。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施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法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，包括数据采集模块、分析模块和服务器；

所述数据采集模块用于进行数据采集，并建立监控模型；

所述分析模块用于对采集的数据进行分析，具体方法包括：

获取监控模型，根据监控模型获取土壤检测信息和种植物图像信息，对土壤检测信息和种植物图像信息进行综合评分，获得土壤含量评分TRZ和植物生长评分PRZ；设置土壤含量评分的评价区间[Tc，Tv]和植物生长评分的评价区间[Pc，Pv]，根据分析公式

获得分析值，其中α1、α2为调节系数，取值范围为[0，1]，建立分析值方案库，将获得的分析值输入到分析值方案库中进行匹配，获得对应的后续水肥灌溉方案，识别水肥灌溉方案上的标签，当为重点标签时，将对应的土壤检测信息、种植物图像信息和水肥灌溉方案发送给对应的指导专家进行调整，根据调整后的水肥灌溉方案进行控制；当为正常标签时，将水肥灌溉方案发送给管理人员确认，根据确认后的水肥灌溉方案进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，数据采集模块的工作方法包括：

获取需要进行灌溉管理的区域信息，补充建立监控模型，设置第一数据库，在第一数据库内设置若干个储存节点，并为每个储存节点打上对应的采集标签，将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联；

通过各个监控设备进行数据采集，将采集的数据储存到对应的储存节点中，并在监控模型中进行相应的关键数据显示。

3.根据权利要求2所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，补充建立监控模型的方法包括：

根据区域信息绘制灌溉分布图，识别灌溉分布图中的监控设备位置，获取监控设备的监控范围，并在灌溉分布图中进行标记；根据灌溉分布图进行监控设备的补充，并将补充的监控设备在灌溉分布图中进行相应的标记；根据灌溉分布图建立监控模型。

4.根据权利要求3所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，根据灌溉分布图进行监控设备的补充的方法包括：

获取需要进行采集的采集数据，根据获取的采集数据确定需要进行监控的监控区域，根据灌溉分布图和监控区域识别需要进行补充的监控区域，标记为补充监控区域，根据获得的补充监控区域布设对应的采集设备。

5.根据权利要求4所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，将储存节点与监控模型中的对应区域进行相关联的方法包括：

识别监控模型中的各个监控设备，建立监控设备感应区匹配表，根据识别的监控设备在监控设备感应区匹配表中匹配对应感应区域，根据匹配的感应区域在监控模型中进行相应的标记，将标记后的感应区域与对应的储存节点进行相关联。

6.根据权利要求1所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，对土壤检测信息进行综合评分的方法包括：

识别土壤检测信息中各个检测点的土壤含水量和土壤营养元素含量，将土壤含水量标记为TPi，其中i为土壤检测点，i＝1、2、……、n，n为正整数；对土壤营养元素含量进行评分，获得土壤营养元素含量评分，并标记为TYi，根据土壤综合评分公式

获得土壤含量评分，其中TB为当地标准土壤含水量，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1。

7.根据权利要求1所述的一种水肥一体灌溉管理系统，其特征在于，对种植物图像信息进行综合评分的方法包括：

获取当前种植物的种植时间，匹配对应的生长阶段，获得阶段修正系数，将阶段修正系数标记为PD；设置各个生长阶段的标准种植物轮廓，将植物图像信息根据图像检测点进行分类，标记为单一数据，识别单一数据中的种植物轮廓，将识别的种植物轮廓与标准种植物轮廓进行相似度比对，获得对应的相似度值，标记为PLj，其中j为单一数据，j＝1、2、……、m，m为正整数；识别单一数据中的种植物色阶，对识别的种植物色阶进行评分，获得生长状态评分，并标记为PSj，根据图像综合评分公式

获得植物生长评分；其中，β1、β2、β3均为比例系数，取值范围为0<β1≤1，0<β2≤1，0<β3≤1。

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