CN115088597A - 一种智能化农业用水灌溉节水管理系统 - Google Patents

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孙鸿
宋爽
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杨晶
董洪伟
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王强
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张明宇
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Abstract

本发明公开了一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，包括公式建立模块、灌溉模型模块、图像处理模块、作物状态模块、灌溉管理模块和环境状态模块，所述公式建立模块的输出端控制连接灌溉模型模块的输入端，本发明，利用图像处理模块对采集的作物影像进行分析处理，避免影像中的无效图形影响作物状态的判定过程，提高了系统数据采集的精准度，由灌溉模型模块对样本公式进行相关性分析，再结合变量参数、参数特征和模型影响因子建立关于环境状态与作物状态的浇灌量计算模型，满足了精量灌溉的节水需求，提高了系统的智能性，利用变更处理模块结合当期作物的灌溉数据对模型中的参数进行调整，增强了系统的鲁棒性，提高了灌溉系统的实用性。

Description

一种智能化农业用水灌溉节水管理系统
技术领域
本发明涉及节水灌溉技术领域，具体为一种智能化农业用水灌溉节水管理系统。
背景技术
水资源短缺是世界各国面临的重大难题，随着经济的发展、人口的增加、社会的进步、工业和城市用水的激增，农业用水供需矛盾日益突出，干旱缺水成为制约我国农业有效发展的主要因素之一，实施基于作物需水信息特征的精量灌溉是农业节水灌溉的有效途径，现有的农业用水灌溉系统需要根据采集的作物图像来判定作物的生长状态，之后根据作物生长状态进行灌溉补水，但是系统难以对采集的作物影像进行分析处理，影像中的背景图形会影响作物生长状态的判定过程，从而降低了系统数据采集的精准度，同时系统难以根据天气状态来调节灌溉量，难以满足精量灌溉的节水需求，且系统系统的鲁棒性差，难以结合当期作物的生长状态来调整原有的计算参数，从而降低了系统的实用性，因此设计一种智能化农业用水灌溉节水管理系统是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，包括公式建立模块、灌溉模型模块、图像处理模块、作物状态模块、灌溉管理模块和环境状态模块，所述公式建立模块的输出端控制连接灌溉模型模块的输入端，且灌溉模型模块的输出端控制连接灌溉管理模块的输入端，灌溉管理模块的输出端控制连接灌溉模型模块的输入端，且灌溉管理模块的输入端分别控制连接作物状态模块和环境状态模块的输出端，作物状态模块的输入端控制连接图像处理模块的输出端。
优选的，所述公式建立模块由样本导入模块、分割处理模块、作物分析模块、生长分析模块、作物公式模块、公式输出模块、环境公式模块、供水分析模块和环境分析模块组成，样本导入模块的输出端控制连接分割处理模块的输入端，且分割处理模块的输出端控制连接作物分析模块的输入端，作物分析模块的输出端控制连接生长分析模块的输入端，且生长分析模块的输出端控制连接作物公式模块的输入端，作物公式模块的输出端控制连接公式输出模块的输入端，且公式输出模块的输入端控制连接环境公式模块的输出端，环境公式模块的输入端控制连接供水分析模块的输出端，且供水分析模块的输入端控制连接环境分析模块的输出端。
优选的，所述灌溉模型模块由公式接收模块、相关性分析模块、变量提取模块、特征提取模块、影响因子模块、模型建立模块、模型存储模块、变更处理模块和参数接收模块组成，公式接收模块的输出端控制连接相关性分析模块的输入端。
优选的，所述相关性分析模块的输出端分别控制连接变量提取模块、特征提取模块和影响因子模块的输入端，且变量提取模块、特征提取模块和影响因子模块的输出端均控制连接模型建立模块的输入端，模型建立模块的输出端控制连接模型存储模块的输入端，且模型存储模块的输出端控制连接变更处理模块的输入端，变更处理模块的输出端控制连接模型存储模块的输入端，且变更处理模块的输入端控制连接参数接收模块的输出端。
优选的，所述图像处理模块由图像接收模块、降噪处理模块、特征分析模块、边缘处理模块、作物影像模块和影像输出模块组成，图像接收模块的输出端控制连接降噪处理模块的输入端，且降噪处理模块的输出端控制连接特征分析模块的输入端，特征分析模块的输出端控制连接边缘处理模块的输入端，且边缘处理模块的输出端控制连接作物影像模块的输入端，作物影像模块的输出端控制连接影像输出模块的输入端。
优选的，所述作物状态模块由影像接收模块、阶段判定模块、状态分析模块和状态输出模块组成，影像接收模块的输出端分别控制连接阶段判定模块和状态分析模块的输入端，且阶段判定模块和状态分析模块的输出端均控制连接状态输出模块的输入端。
优选的，所述灌溉管理模块由状态接收模块、数据接收模块、参数提取模块、参数输出模块、灌溉量计算模块、灌溉输出模块和模型提取模块组成，状态接收模块和数据接收模块的输出端均控制连接参数提取模块的输入端，且参数提取模块的输出端分别控制连接灌溉量计算模块和参数输出模块的输入端，灌溉量计算模块的输出端控制连接灌溉输出模块的输入端，且灌溉输出模块的输入端控制连接模型提取模块的输出端。
优选的，所述环境状态模块由数据输出模块、土壤类型模块、土壤湿度模块、土壤温度模块、空气温度模块、空气湿度模块、气象数据模块和地下水位模块组成，且土壤类型模块、土壤湿度模块、土壤温度模块、空气温度模块、空气湿度模块、气象数据模块和地下水位模块的输出端均控制连接数据输出模块的输入端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，利用设置的降噪处理模块、特征分析模块和边缘处理模块分别对采集的作物影像进行降噪处理、特征分析和边缘化处理，去除了采集影像中的无效图形，避免影像中的背景图形影响作物生长状态的判定过程，进而提高了系统数据采集的精准度，利用设置的公式建立模块结合实验样本分别输出作物生长状态与所需浇灌量的公式和作物生长状态与环境之间的公式，之后由灌溉模型模块结合计算公式进行相关性分析，之后分别通过变量提取模块、特征提取模块和影响因子模块提取公式中的变量参数、参数特征和模型影响因子，然后结合变量参数、参数特征和模型影响因子建立关于环境状态与作物状态的浇灌量计算模型，随后根据采集的环境状态和作物生长状态对作物进行定量灌溉，满足了精量灌溉的节水需求，通过设置的参数接收模块接收灌溉模型模块传输的当期灌溉数据，随后由变更处理模块结合当期作物的灌溉数据对系统模型中的参数进行调整，增强了系统的鲁棒性，从而提高了灌溉系统的实用性。
附图说明
图1为本发明的系统流程图；
图2为本发明的系统框架图；
图中：1、公式建立模块；2、灌溉模型模块；3、图像处理模块；4、作物状态模块；5、灌溉管理模块；6、环境状态模块；11、样本导入模块；12、分割处理模块；13、作物分析模块；14、生长分析模块；15、作物公式模块；16、公式输出模块；17、环境公式模块；18、供水分析模块；19、环境分析模块；21、公式接收模块；22、相关性分析模块；23、变量提取模块；24、特征提取模块；25、影响因子模块；26、模型建立模块；27、模型存储模块；28、变更处理模块；29、参数接收模块；31、图像接收模块；32、降噪处理模块；33、特征分析模块；34、边缘处理模块；35、作物影像模块；36、影像输出模块；41、影像接收模块；42、阶段判定模块；43、状态分析模块；44、状态输出模块；51、状态接收模块；52、数据接收模块；53、参数提取模块；54、参数输出模块；55、灌溉量计算模块；56、灌溉输出模块；57、模型提取模块；61、数据输出模块；62、土壤类型模块；63、土壤湿度模块；64、土壤温度模块；65、空气温度模块；66、空气湿度模块；67、气象数据模块；68、地下水位模块。
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。
请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，包括公式建立模块1、灌溉模型模块2、图像处理模块3、作物状态模块4、灌溉管理模块5和环境状态模块6，公式建立模块1的输出端控制连接灌溉模型模块2的输入端，且灌溉模型模块2的输出端控制连接灌溉管理模块5的输入端，灌溉管理模块5的输出端控制连接灌溉模型模块2的输入端，且灌溉管理模块5的输入端分别控制连接作物状态模块4和环境状态模块6的输出端，作物状态模块4的输入端控制连接图像处理模块3的输出端，公式建立模块1由样本导入模块11、分割处理模块12、作物分析模块13、生长分析模块14、作物公式模块15、公式输出模块16、环境公式模块17、供水分析模块18和环境分析模块19组成，样本导入模块11的输出端控制连接分割处理模块12的输入端，且分割处理模块12的输出端控制连接作物分析模块13的输入端，作物分析模块13的输出端控制连接生长分析模块14的输入端，且生长分析模块14的输出端控制连接作物公式模块15的输入端，作物公式模块15的输出端控制连接公式输出模块16的输入端，且公式输出模块16的输入端控制连接环境公式模块17的输出端，环境公式模块17的输入端控制连接供水分析模块18的输出端，且供水分析模块18的输入端控制连接环境分析模块19的输出端，灌溉模型模块2由公式接收模块21、相关性分析模块22、变量提取模块23、特征提取模块24、影响因子模块25、模型建立模块26、模型存储模块27、变更处理模块28和参数接收模块29组成，公式接收模块21的输出端控制连接相关性分析模块22的输入端，相关性分析模块22的输出端分别控制连接变量提取模块23、特征提取模块24和影响因子模块25的输入端，且变量提取模块23、特征提取模块24和影响因子模块25的输出端均控制连接模型建立模块26的输入端，模型建立模块26的输出端控制连接模型存储模块27的输入端，且模型存储模块27的输出端控制连接变更处理模块28的输入端，变更处理模块28的输出端控制连接模型存储模块27的输入端，且变更处理模块28的输入端控制连接参数接收模块29的输出端，图像处理模块3由图像接收模块31、降噪处理模块32、特征分析模块33、边缘处理模块34、作物影像模块35和影像输出模块36组成，图像接收模块31的输出端控制连接降噪处理模块32的输入端，且降噪处理模块32的输出端控制连接特征分析模块33的输入端，特征分析模块33的输出端控制连接边缘处理模块34的输入端，且边缘处理模块34的输出端控制连接作物影像模块35的输入端，作物影像模块35的输出端控制连接影像输出模块36的输入端，作物状态模块4由影像接收模块41、阶段判定模块42、状态分析模块43和状态输出模块44组成，影像接收模块41的输出端分别控制连接阶段判定模块42和状态分析模块43的输入端，且阶段判定模块42和状态分析模块43的输出端均控制连接状态输出模块44的输入端，灌溉管理模块5由状态接收模块51、数据接收模块52、参数提取模块53、参数输出模块54、灌溉量计算模块55、灌溉输出模块56和模型提取模块57组成，状态接收模块51和数据接收模块52的输出端均控制连接参数提取模块53的输入端，且参数提取模块53的输出端分别控制连接灌溉量计算模块55和参数输出模块54的输入端，灌溉量计算模块55的输出端控制连接灌溉输出模块56的输入端，且灌溉输出模块56的输入端控制连接模型提取模块57的输出端，环境状态模块6由数据输出模块61、土壤类型模块62、土壤湿度模块63、土壤温度模块64、空气温度模块65、空气湿度模块66、气象数据模块67和地下水位模块68组成，且土壤类型模块62、土壤湿度模块63、土壤温度模块64、空气温度模块65、空气湿度模块66、气象数据模块67和地下水位模块68的输出端均控制连接数据输出模块61的输入端，利用设置的土壤类型模块62、土壤湿度模块63、土壤温度模块64、空气温度模块65、空气湿度模块66、气象数据模块67和地下水位模块68有利于将接收到的土壤类型数据、土壤湿度数据、土壤温度数据、空气温度数据、空气湿度数据、气象数据和地下水位数据传输到数据输出模块61中。
工作原理：使用时，由公式建立模块1中的样本导入模块11倒入试验的样本数据，随后由分割处理模块12对样本数据进行分割处理，接着分别将作物生长状态数据和环境数据传输到作物分析模块13和环境分析模块19中，接着由作物分析模块13和生长分析模块14分析作物的生长状态，并分析生长状态与灌溉量之间的关系，再由作物公式模块15生成作物生长状态与所需浇灌量的公式，同时由环境分析模块19和供水分析模块18分析环境数据和环境状态与灌溉量之间的关系，再由环境公式模块17生成作物生长状态与环境之间的公式，随后由公式输出模块16将作物生长状态与所需浇灌量的公式和作物生长状态与环境之间的公式传输到灌溉模型模块2中，接着由相关性分析模块22结合计算公式进行相关性分析，之后分别通过变量提取模块23、特征提取模块24和影响因子模块25提取公式中的变量参数、参数特征和模型影响因子，然后结合变量参数、参数特征和模型影响因子建立关于环境状态与作物状态的浇灌量计算模型，并由模型存储模块27对计算模型进行保存，对作物进行浇灌之前，由图像处理模块3采集作物的影响，接着利用设置的降噪处理模块32、特征分析模块33和边缘处理模块34分别对采集的作物影像进行降噪处理、特征分析和边缘化处理，去除了采集影像中的无效图形，避免影像中的背景图形影响作物生长状态的判定过程，进而提高了系统数据采集的精准度，之后由作物状态模块4中的影像接收模块41接收处理后的作物影响，再由阶段判定模块42对作物生长阶段进行判定，由状态分析模块43对作物生长状态进行分析，之后由状态输出模块44将作物的状态参数传输到灌溉管理模块5中，同时由数据输出模块61将土壤类型模块62、土壤湿度模块63、土壤温度模块64、空气温度模块65、空气湿度模块66、气象数据模块67和地下水位模块68采集到的环境数据传输到灌溉管理模块5中，之后由状态接收模块51和数据接收模块52分别接收作物状态参数和环境数据，并传输到参数提取模块53对变量参数进行提取，接着将提取的变量参数传输到灌溉量计算模块55中，同时由模型提取模块57将模型存储模块27中的计算模型提取传输到灌溉量计算模块55中，再由灌溉量计算模块55将变量参数与计算模型相结合输出最佳灌溉量，然后再由灌溉输出模块56根据输出的灌溉量对作物进行灌溉补水，满足了精量灌溉的节水需求，之后通过设置的参数接收模块29接收灌溉模型模块2传输的当期灌溉数据，随后由变更处理模块28结合当期作物的灌溉数据对系统模型中的参数进行调整，增强了系统的鲁棒性，从而提高了灌溉系统的实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，包括公式建立模块(1)、灌溉模型模块(2)、图像处理模块(3)、作物状态模块(4)、灌溉管理模块(5)和环境状态模块(6)，其特征在于：所述公式建立模块(1)的输出端控制连接灌溉模型模块(2)的输入端，且灌溉模型模块(2)的输出端控制连接灌溉管理模块(5)的输入端，灌溉管理模块(5)的输出端控制连接灌溉模型模块(2)的输入端，且灌溉管理模块(5)的输入端分别控制连接作物状态模块(4)和环境状态模块(6)的输出端，作物状态模块(4)的输入端控制连接图像处理模块(3)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述公式建立模块(1)由样本导入模块(11)、分割处理模块(12)、作物分析模块(13)、生长分析模块(14)、作物公式模块(15)、公式输出模块(16)、环境公式模块(17)、供水分析模块(18)和环境分析模块(19)组成，样本导入模块(11)的输出端控制连接分割处理模块(12)的输入端，且分割处理模块(12)的输出端控制连接作物分析模块(13)的输入端，作物分析模块(13)的输出端控制连接生长分析模块(14)的输入端，且生长分析模块(14)的输出端控制连接作物公式模块(15)的输入端，作物公式模块(15)的输出端控制连接公式输出模块(16)的输入端，且公式输出模块(16)的输入端控制连接环境公式模块(17)的输出端，环境公式模块(17)的输入端控制连接供水分析模块(18)的输出端，且供水分析模块(18)的输入端控制连接环境分析模块(19)的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述灌溉模型模块(2)由公式接收模块(21)、相关性分析模块(22)、变量提取模块(23)、特征提取模块(24)、影响因子模块(25)、模型建立模块(26)、模型存储模块(27)、变更处理模块(28)和参数接收模块(29)组成，公式接收模块(21)的输出端控制连接相关性分析模块(22)的输入端。
4.根据权利要求3所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述相关性分析模块(22)的输出端分别控制连接变量提取模块(23)、特征提取模块(24)和影响因子模块(25)的输入端，且变量提取模块(23)、特征提取模块(24)和影响因子模块(25)的输出端均控制连接模型建立模块(26)的输入端，模型建立模块(26)的输出端控制连接模型存储模块(27)的输入端，且模型存储模块(27)的输出端控制连接变更处理模块(28)的输入端，变更处理模块(28)的输出端控制连接模型存储模块(27)的输入端，且变更处理模块(28)的输入端控制连接参数接收模块(29)的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述图像处理模块(3)由图像接收模块(31)、降噪处理模块(32)、特征分析模块(33)、边缘处理模块(34)、作物影像模块(35)和影像输出模块(36)组成，图像接收模块(31)的输出端控制连接降噪处理模块(32)的输入端，且降噪处理模块(32)的输出端控制连接特征分析模块(33)的输入端，特征分析模块(33)的输出端控制连接边缘处理模块(34)的输入端，且边缘处理模块(34)的输出端控制连接作物影像模块(35)的输入端，作物影像模块(35)的输出端控制连接影像输出模块(36)的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述作物状态模块(4)由影像接收模块(41)、阶段判定模块(42)、状态分析模块(43)和状态输出模块(44)组成，影像接收模块(41)的输出端分别控制连接阶段判定模块(42)和状态分析模块(43)的输入端，且阶段判定模块(42)和状态分析模块(43)的输出端均控制连接状态输出模块(44)的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述灌溉管理模块(5)由状态接收模块(51)、数据接收模块(52)、参数提取模块(53)、参数输出模块(54)、灌溉量计算模块(55)、灌溉输出模块(56)和模型提取模块(57)组成，状态接收模块(51)和数据接收模块(52)的输出端均控制连接参数提取模块(53)的输入端，且参数提取模块(53)的输出端分别控制连接灌溉量计算模块(55)和参数输出模块(54)的输入端，灌溉量计算模块(55)的输出端控制连接灌溉输出模块(56)的输入端，且灌溉输出模块(56)的输入端控制连接模型提取模块(57)的输出端。
8.根据权利要求1所述的一种智能化农业用水灌溉节水管理系统，其特征在于：所述环境状态模块(6)由数据输出模块(61)、土壤类型模块(62)、土壤湿度模块(63)、土壤温度模块(64)、空气温度模块(65)、空气湿度模块(66)、气象数据模块(67)和地下水位模块(68)组成，且土壤类型模块(62)、土壤湿度模块(63)、土壤温度模块(64)、空气温度模块(65)、空气湿度模块(66)、气象数据模块(67)和地下水位模块(68)的输出端均控制连接数据输出模块(61)的输入端。
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Citations (6)

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