CN115362811A - 一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，包括山地农业云平台，所述山地农业云平台包括监控模块、山地农作物专家库、山地农事供需平台和山地智慧农业数字孪生监测控制系统，山地环境物联网感知层包括山地土壤肥力检测模块、山地气象监测模块、山地土壤墒情监测模块、山地虫情监测诱杀模块、山地水肥一体精准施肥灌溉模块包括变频水泵控制系统、水源、山地耕地施肥灌溉、肥力配方控制系统，网络数据通讯枢纽以5G数据通讯系统为数据通讯核心，将模块间的信息进行交互，实现对山地耕地信息的三维可视。本发明通过模拟山地农作物生长全过程，量化指导山地农作物精准灌溉施肥，管理可视化，提高了山地农作物种植效率。

Description

一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统

技术领域

本发明涉及山地农作物智慧栽培的技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统。

背景技术

山地农业区是高山地域环境下形成的一种农业形态分布区，耕地空间分布呈现出块多、面小、分布零散比，并存在明显的垂直带性分异特征，具有小区域的明显差异,不同类型的农业互相间杂,各自处于分散状态的特点，目前西南部分山区土地细碎化严重,不利于现代农场化生产，耕种过程容易造成水土流失、肥力下降,农业新技术应用率低、高海拔效益低、农业基础设施不完善、品牌意识不强、产销信息指导缺乏的问题，农业生产产值低且易发生山体滑坡次生地质灾害。

农作物的良好生长不仅受本身品种和品质的影响，而且还与环境的光照、温度、湿度和养分密切相关，这些因素又相互关联，通过大数据精准判断农作物的生长情况，将极大的提高农作物生长生产的效率、效益和品质。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有的山地农业区，可耕作和可利用的土地分散，山区农业环境信息复杂，传统信息采集仪器和仪表需要专业技术人员操作，信息处理统计效率低，自动控制技术匮乏，农业新技术应用率低，不能通过大数据精准判断农作物的生长情况，提高农作物生长生产的效率、效益和品质的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，包括：

山地农业云平台(100)，所述山地农业云平台(100)包括监控模块(101)、山地农作物专家库(102)、山地农事供需平台(103)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)；

所述山地农作物专家库(102)根据山地环境物联网感知层(200)的实时监测数据，结合山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)观测的农作物生长信息，提供农作物最佳生长环境改善方案，山地农事供需平台(103)根据改善方案，推送农作物供给，用户通过监控模块(101)获取农作物供给信息；

山地环境物联网感知层(200)，所述山地环境物联网感知层(200)包括山地土壤肥力检测模块(201)、山地气象监测模块(202)、山地土壤墒情监测模块(203)、山地虫情监测诱杀模块(204)，通过山地环境物联网感知层(200)的模块，对山地土壤肥力、土壤湿度、气象信息以及虫害情况进行实时监测；

山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)，所述山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)包括变频水泵控制系统(301)、水源(302)、山地耕地施肥灌溉(303)肥力配方控制系统(304)，肥力配方控制系统(304)通过山地农作物专家库(102)获取土壤水肥信息，对肥料进行配比，变频水泵控制系统(301)控制水源(302)，通过山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)实现山地耕地施肥灌溉。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：当用户通过移动终端获取土地信息时，网络数据通讯枢纽(400)根据山地土壤肥力检测模块(201)，山地气象监测模块(202)，山地土壤墒情监测模块(203)，山地虫情监测诱杀模块(204)获取山地的实时监测数据；所述网络数据通讯枢纽(400)以5G数据通讯系统为数据通讯核心，将模块间的信息进行交互，实现对山地耕地信息的三维可视。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：所述山地土壤肥力检测模块(201)包括：电脑端土壤肥力监测终端(201a)、设备端土壤肥力监测终端(201b)、手机端土壤肥力监测终端(201c)、土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)、土壤氮磷钾肥力检测传感器(201e),所述土壤氮磷钾肥力检测传感器(201e)用于检测土壤的肥力，并将检测的数据通过RS485总线实时传输到土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)，所述土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)对土壤的各种养分进行精准检测和记录分析，所述电脑端土壤肥力监测终端(201a)、设备端土壤肥力监测终端(201b)、手机端土壤肥力监测终端(201c)通过网络数据通讯枢纽(400)将获取的土壤检测的实时数据上传到山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：山地气象监测模块(202)包括：山地大气温湿度气压检测传感器(202a)、山地风速传感器(202b)、山地风向传感器(202c)、山地雨量传感器(202d)、山地辐射传感器(202e)、山地气象单片机数据采集控制器(202f)，所述山地大气温湿度气压检测传感器(202a)、山地风速传感器(202b)、山地风向传感器(202c)、山地雨量传感器(202d)、山地辐射传感器(202e)用于实时监测多气象要素；所述山地气象单片机数据采集控制器(202f)按照设定的数据上传间隔通过网络数据通讯枢纽(400)将气象监测数据上传到监控模块(101)、山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)，并提供超限报警功能；所述监控模块(101)包括：手机监控。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：山地土壤墒情监测模块(203)能精准快速定位农作物所在山地区域。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：山地虫情监测诱杀模块(204)包括：频振式高压电网触杀落入集虫箱(204a)、自动化虫体收集处理器(204b)、单片机集虫控制器(204c)、视觉图像虫情测报系统(204d)、可调光波诱捕害虫系统(204e)，所述可调光波诱捕害虫系统(204e)通过黑光灯诱虫原理诱捕害虫，再采用远红外处理虫体，所述自动化虫体收集处理器(204b)对虫体进行二次处理，快速完成虫体烘干，所述频振式高压电网触杀落入集虫箱(204a)和视觉图像虫情测报系统(204d)通过振动将虫体均匀洒落平铺在传送带上，并将虫体运输到拍照区域内，高清摄像头自动完成拍照成像，所述单片机集虫控制器(204c)将虫体图像通过网络数据通讯枢纽(400)上传到山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)，进行AI识别统计分析。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：当所述山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)接收到网络数据通讯枢纽(400)反馈的监测数据信息时，山地农作物专家库(102)根据农作物所在区域，综合分析生长发育过程中不同阶段影响农作物生产的主要因素，对农作物进行生长分析评估，及时做出判断并提出解决方案；山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)通过数字孪生真三维建模、数字化驱动、智能交互与实际山地环境融合,搭建山地农业资源一张图。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：山地农事供需平台(103)提供特色应用场景，需与网络数据通讯枢纽(400)进行交互，使消息同步到监控模块(101)。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：用户通过与网络数据通讯枢纽(400)交互的监控模块(101)，实时远程获取山地的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，根据提供的农作物最佳生长环境改善方案和农作物供给，对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，通过监控模块(101)对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)推送实时监测信息、报警信息，实现山地农业信息化、智能化远程管理。

作为本发明所述的基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的一种优选方案，其中：所述对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，包括：

与网络数据通讯枢纽(400)交互的山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)按照作物生长需求计算的水和养分，肥力配方控制系统(304)对肥料进行配比，适变频水泵控制系统(301)控制水源(302)，水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌,山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)均匀、定时、定量浸润农作物根系发育生长区域，实现山地耕地施肥灌溉。

本发明的有益效果：本发明方法以5G网络为数据通讯核心，构建山地农业物联网云平台，搭建基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，创造山地智慧农业应用情景，数字孪生技术的应用，使山地农业、集互联网、移动互联网、云计算、物联网检测和控制技术融为一体，将碎片化的可耕作可利用的土地，集中在一套系统中实时监控并科学管理，实现山地智慧农业数字孪生管理一张图，通过模拟山地农作物生长全过程，帮助用户分析预测农作物长势状况，量化指导山地农作物精准灌溉施肥，实现管理可视化，提高了山地农作物种植效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的系统原理示意图；

图2为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的整体系统模块图；

图3为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地农业云平台模块图；

图4为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地环境物联网感知层模块图；

图5为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地水肥一体精准施肥系统原理示意图；

图6为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地土壤肥力检测模块原理示意图；

图7为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地气象监测系统原理示意图；

图8为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地虫情监测诱杀模块原理示意图；

图9为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地智能土壤检测仪电脑端实时曲线图；

图10为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地智能土壤检测仪电脑端历史曲线图；

图11为本发明一个实施例所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统的山地智能土壤检测仪手机端实时数据图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～8，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，包括：山地农业云平台100、山地环境物联网感知层200和山地水肥一体精准施肥灌溉模块300，山地农业云平台100包括监控模块101、山地农作物专家库102、山地农事供需平台103和山地智慧农业数字孪生监测控制系统104，山地环境物联网感知层200包括山地土壤肥力检测模块201、山地气象监测模块202、山地土壤墒情监测模块203、山地虫情监测诱杀模块204，山地水肥一体精准施肥灌溉模块300包括变频水泵控制系统301、水源302、山地耕地施肥灌溉303、肥力配方控制系统304，网络数据通讯枢纽400以5G数据通讯系统为数据通讯核心，将模块间的信息进行交互，实现对山地耕地信息的三维可视。

更进一步的，当用户通过移动终端获取土地信息时，网络数据通讯枢纽400根据山地土壤肥力检测模块201，山地气象监测模块202，山地土壤墒情监测模块203，山地虫情监测诱杀模块204获取山地的实时监测数据；网络数据通讯枢纽400以5G数据通讯系统为数据通讯核心，将模块间的信息进行交互，实现对山地耕地信息的三维可视。

应说明的是，网络数据通讯枢纽400与山地水肥一体精准施肥灌溉模块300、山地虫情监测诱杀模块204进行双向信息传输，达到除虫的效果，并对山地进行精准施肥，网络数据通讯枢纽400根据山地环境物联网感知层200获取的土壤信息数据与山地农业云平台100进行信息交互，提供有效的改善方案。

更进一步的，山地土壤肥力检测模块201包括：电脑端土壤肥力监测终端201a、设备端土壤肥力监测终端201b、手机端土壤肥力监测终端201c、土壤肥力单片机数据采集控制器201d、土壤氮磷钾肥力检测传感器201e,土壤氮磷钾肥力检测传感器201e用于检测土壤的肥力，并将检测的数据通过RS485总线实时传输到土壤肥力单片机数据采集控制器201d，土壤肥力单片机数据采集控制器201d对土壤的各种养分进行精准检测和记录分析，电脑端土壤肥力监测终端201a、设备端土壤肥力监测终端201b、手机端土壤肥力监测终端201c通过网络数据通讯枢纽400将获取的土壤检测的实时数据上传到山地农作物专家库102和山地智慧农业数字孪生监测控制系统104。

应说明的是，通过5G网络数据通讯系统将检测土壤实时数据上传农作物生长专家库102和山地智慧农业数字孪生监测控制模块104，通过对比当前农作物生长情况并及时进行处理，提高工作效率。

更进一步的，山地气象监测模块202包括：山地大气温湿度气压检测传感器202a、山地风速传感器202b、山地风向传感器202c、山地雨量传感器202d、山地辐射传感器202e、山地气象单片机数据采集控制器202f，山地大气温湿度气压检测传感器202a、山地风速传感器202b、山地风向传感器202c、山地雨量传感器202d、山地辐射传感器202e用于实时监测多气象要素；山地气象单片机数据采集控制器202f按照设定的数据上传间隔通过网络数据通讯枢纽400将气象监测数据上传到监控模块101、山地农作物专家库102和山地智慧农业数字孪生监测控制系统104，并提供超限报警功能；监控模块101包括：手机监控。

应说明的是，气象站会按照设定的数据上传间隔，通过RS485、以太网、GPRS/4G和5G通讯方式将实时数据上传至云平台，当数据超过设置限值时，会通过短信、电话、邮件、声光等方式及时进行通知预警，现场管理员可以根据设置的限定值，使用修改权限，对现场农作物生长状况和生长适应进行实际限制调整。

更进一步的，山地土壤墒情监测模块203能精准快速定位农作物所在山地区域。

应说明的是，实时监测农作物所在区域的温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤PH值，根据科学采集到的土壤数据，采取有效措施进行土地改良，避免了肥料滥用、误用对土壤环境造成危害的情况，降低了生产成本，实现了土壤状态智能化、数据化管理。

更进一步的，山地虫情监测诱杀模块204包括：频振式高压电网触杀落入集虫箱204a、自动化虫体收集处理器204b、单片机集虫控制器204c、视觉图像虫情测报系统204d、可调光波诱捕害虫系统204e，可调光波诱捕害虫系统204e通过黑光灯诱虫原理诱捕害虫，再采用远红外处理虫体，自动化虫体收集处理器204b对虫体进行二次处理，快速完成虫体烘干，频振式高压电网触杀落入集虫箱204a和视觉图像虫情测报系统204d通过振动将虫体均匀洒落平铺在传送带上，并将虫体运输到拍照区域内，高清摄像头自动完成拍照成像，单片机集虫控制器204c将虫体图像通过网络数据通讯枢纽400上传到山地农作物专家库102和山地智慧农业数字孪生监测控制系统104，进行AI识别统计分析。

应说明的是，采用远红外处理虫体时，虫体处理致死率不小于98％，虫体完整率不小于95％。

更进一步的，当山地农作物专家库102和山地智慧农业数字孪生监测控制系统104接收到网络数据通讯枢纽400反馈的监测数据信息时，山地农作物专家库102根据农作物所在区域，综合分析生长发育过程中不同阶段影响农作物生产的主要因素，对农作物进行生长分析评估，及时做出判断并提出解决方案；山地智慧农业数字孪生监测控制系统104通过数字孪生真三维建模、数字化驱动、智能交互与实际山地环境融合,搭建山地农业资源一张图。

应说明的是，基于虚拟现实、数字孪生、物联网技术对山地现场环境、农产设备、农作物、传感器多种数据通过数字孪生真三维建模、数字化驱动、智能交互与真实世界做沉浸式融合,搭建山地农业资源一张图，农户可通过大屏和移动端对山地农场设备进行远程精准控制，对农作物实时勘察农业资源、作物墒情，对农产品成长状态实时监测，并对未来成长状态进行预测，通过监控报警功能，实时监控山地设备农田状态，并在系统中查询历史报警事项，导出excel表格，方便管理员及时发现并排除故障，保证系统正常运行；在平台中进行阈值设置，当传感器监测出的数据超过所设置的阈值时便会以手机短信形式告知管理人员，方便管理人员进行相应的操作。

应说明的是，山地农作物专家库102收集农作物所在区域在生长发育过程的不同阶段所需生长条件，依托部署在山地农业生产现场的各种传感节点(环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像)和5G无线通信网络实现山地农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，结合实际山地土壤有机质和腐殖质的缺乏，土壤团粒结构遭到破坏，造成土壤板结现状，影响农作物生产的气象、虫情因素，综合运用山地农作物种植技术、物联网、数字孪生理论与工具，对山地全域设备数据的智慧物联关键设备进行控制，以全面感知、深度融合、主动服务、科学决策为目标，开展数据的采集、分析、整理、存储、整合、应用等，提升山地农业设施管控系统在山区中土地分散，山区农业环境信息复杂的状况下，具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，提供山地农作物精准施肥灌溉、可视化管理。对农作物生长趋势进行分析预判，并对预判的异常情况提出参考解决方案，从而促进山地智慧农业发展。

更进一步的，山地农事供需平台103提供特色应用场景，需与网络数据通讯枢纽400进行交互，使消息同步到监控模块101。

应说明的是，实时监控设备分布情况，工况，能耗，实现不同场景的数字孪生管理应用，与现场数据同步，直观查看远程设备工作状况，并根据现场具体情况提供应对的解决方案，提高山地农业区管理员对突发事件的响应和处理效率。

更进一步的，用户通过与网络数据通讯枢纽400交互的监控模块101，实时远程获取山地的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，根据提供的农作物最佳生长环境改善方案和农作物供给，对山地智慧农业数字孪生监测控制系统104发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，通过监控模块101对山地智慧农业数字孪生监测控制系统104推送实时监测信息、报警信息，实现山地农业信息化、智能化远程管理。

应说明的是，充分发挥物联网技术在山地农业生产中的作用，保证山地农作物在最适宜生长的状态下实现精细化的管理，为山地农作物的高产、优质、高效、生态、安全创造条件。

更进一步的，对山地智慧农业数字孪生监测控制系统104发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，包括：

与网络数据通讯枢纽400交互的山地智慧农业数字孪生监测控制系统104按照作物生长需求计算的水和养分，肥力配方控制系统304对肥料进行配比，适变频水泵控制系统301控制水源302，水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌,山地水肥一体精准施肥灌溉模块300均匀、定时、定量浸润农作物根系发育生长区域，实现山地耕地施肥灌溉。

应说明的是，山地智慧农业数字孪生监测控制系统104根据不同作物的不同时期需肥特点、土壤环境和养分含量状况,进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接供给农作物，能够精确地控制灌水量、施药肥量，提高水肥及药物利用率。

实施例2

参照图9～11，为本发明的第二个实施例，以某地典型的丘陵地形种植草莓为例，通过系统的实际应用，验证有益效果。

1.草莓生长土壤所需的PH值

草莓的种植对土壤是有一定要求的，草莓最适宜栽植在疏松、肥沃、透水、透气方面都比较良好的土壤中，适宜的PH值为5.8-7，也就是中性或微酸性土壤环境，当PH值在4以下或8以上时，就会出现生长发育障碍，由此草莓种植的土壤必须在中性或微酸性土壤环境中。

2.施基肥

由于草莓需肥量较大，在栽植前需要施入足够的优质有机肥和一定比例的化肥作为底肥，然而对于施底肥也成为了农户最困难的问题，有的农户通过施用肥料来使得草莓植株健壮生长，但往往适得其反，过量的肥料很容易导致草莓植株产生肥害，有的农户施肥过少会导致草莓糖分下降，口感不好，以至于会影响其他元素的吸收，同时也会导致僵果；不仅如此有的农户盲目的施肥会导致根系被肥烧，影响整个植株的生长，通过本发明方法进行土壤肥力的智能规划，对草莓种植地块进行每亩施腐熟的有机肥4000千克，再每亩施低氮、中磷、高钾的缓释性三元复合肥50千克，进行土壤肥力的改善，改善后的草莓种植地块土壤基肥值如表1所示：

表1改善后的草莓种植地块土壤基肥值

通过山地智能土壤检测仪测量后，对地块PH值提出改善建议后对比数据如表2所示：

表2土壤PH值对比数据

草莓在正常生长情况下的数据分析如表3所示：

表3正常生长情况下的数据

改善后草莓生长情况的数据分析如表4所示：

表4改善后草莓生长情况数据

结合图9～11所示，通过对草莓在种植前所需土壤的氮、磷、钾、PH值进行实时的智能数据分析，能够有效的帮助农户精准的掌握土壤中所缺乏的适合草莓生长的相关元素及养分，能更加精准的掌握植株的生长过程，因此也大大提高了草莓生产产量，增加了农户的经济收入。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，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)

1.一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，包括：

山地农业云平台(100)，所述山地农业云平台(100)包括监控模块(101)、山地农作物专家库(102)、山地农事供需平台(103)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)；

所述山地农作物专家库(102)根据山地环境物联网感知层(200)的实时监测数据，结合山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)观测的农作物生长信息，提供农作物最佳生长环境改善方案，山地农事供需平台(103)根据改善方案，推送农作物供给，用户通过监控模块(101)获取农作物供给信息；

山地环境物联网感知层(200)，所述山地环境物联网感知层(200)包括山地土壤肥力检测模块(201)、山地气象监测模块(202)、山地土壤墒情监测模块(203)、山地虫情监测诱杀模块(204)，通过山地环境物联网感知层(200)的模块，对山地土壤肥力、土壤湿度、气象信息以及虫害情况进行实时监测；

山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)，所述山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)包括变频水泵控制系统(301)、水源(302)、山地耕地施肥灌溉(303)肥力配方控制系统(304)，肥力配方控制系统(304)通过山地农作物专家库(102)获取土壤水肥信息，对肥料进行配比，变频水泵控制系统(301)控制水源(302)，通过山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)实现山地耕地施肥灌溉。

2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，当用户通过移动终端获取土地信息时，网络数据通讯枢纽(400)根据山地土壤肥力检测模块(201)，山地气象监测模块(202)，山地土壤墒情监测模块(203)，山地虫情监测诱杀模块(204)获取山地的实时监测数据；所述网络数据通讯枢纽(400)以5G数据通讯系统为数据通讯核心，将模块间的信息进行交互，实现对山地耕地信息的三维可视。

3.如权利要求2所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，所述山地土壤肥力检测模块(201)包括：电脑端土壤肥力监测终端(201a)、设备端土壤肥力监测终端(201b)、手机端土壤肥力监测终端(201c)、土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)、土壤氮磷钾肥力检测传感器(201e),所述土壤氮磷钾肥力检测传感器(201e)用于检测土壤的肥力，并将检测的数据通过RS485总线实时传输到土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)，所述土壤肥力单片机数据采集控制器(201d)对土壤的各种养分进行精准检测和记录分析，所述电脑端土壤肥力监测终端(201a)、设备端土壤肥力监测终端(201b)、手机端土壤肥力监测终端(201c)通过网络数据通讯枢纽(400)将获取的土壤检测的实时数据上传到山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)。

4.如权利要求3所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，山地气象监测模块(202)包括：山地大气温湿度气压检测传感器(202a)、山地风速传感器(202b)、山地风向传感器(202c)、山地雨量传感器(202d)、山地辐射传感器(202e)、山地气象单片机数据采集控制器(202f)，所述山地大气温湿度气压检测传感器(202a)、山地风速传感器(202b)、山地风向传感器(202c)、山地雨量传感器(202d)、山地辐射传感器(202e)用于实时监测多气象要素；所述山地气象单片机数据采集控制器(202f)按照设定的数据上传间隔通过网络数据通讯枢纽(400)将气象监测数据上传到监控模块(101)、山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)，并提供超限报警功能；所述监控模块(101)包括：手机监控。

5.如权利要求4所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，山地土壤墒情监测模块(203)能精准快速定位农作物所在山地区域。

6.如权利要求5所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，山地虫情监测诱杀模块(204)包括：频振式高压电网触杀落入集虫箱(204a)、自动化虫体收集处理器(204b)、单片机集虫控制器(204c)、视觉图像虫情测报系统(204d)、可调光波诱捕害虫系统(204e)，所述可调光波诱捕害虫系统(204e)通过黑光灯诱虫原理诱捕害虫，再采用远红外处理虫体，所述自动化虫体收集处理器(204b)对虫体进行二次处理，快速完成虫体烘干，所述频振式高压电网触杀落入集虫箱(204a)和视觉图像虫情测报系统(204d)通过振动将虫体均匀洒落平铺在传送带上，并将虫体运输到拍照区域内，高清摄像头自动完成拍照成像，所述单片机集虫控制器(204c)将虫体图像通过网络数据通讯枢纽(400)上传到山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)，进行AI识别统计分析。

7.如权利要求6所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，当所述山地农作物专家库(102)和山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)接收到网络数据通讯枢纽(400)反馈的监测数据信息时，山地农作物专家库(102)根据农作物所在区域，综合分析生长发育过程中不同阶段影响农作物生产的主要因素，对农作物进行生长分析评估，及时做出判断并提出解决方案；山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)通过数字孪生真三维建模、数字化驱动、智能交互与实际山地环境融合,搭建山地农业资源一张图。

8.如权利要求7所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，山地农事供需平台(103)提供特色应用场景，需与网络数据通讯枢纽(400)进行交互，使消息同步到监控模块(101)。

9.如权利要求8所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，用户通过与网络数据通讯枢纽(400)交互的监控模块(101)，实时远程获取山地的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，根据提供的农作物最佳生长环境改善方案和农作物供给，对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，通过监控模块(101)对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)推送实时监测信息、报警信息，实现山地农业信息化、智能化远程管理。

10.如权利要求9所述的一种基于数字孪生的山地农作物智慧栽培系统，其特征在于，所述对山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)发出的指令，控制喷淋滴灌、加温补光设备，包括：

与网络数据通讯枢纽(400)交互的山地智慧农业数字孪生监测控制系统(104)按照作物生长需求计算的水和养分，肥力配方控制系统(304)对肥料进行配比，适变频水泵控制系统(301)控制水源(302)，水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌,山地水肥一体精准施肥灌溉模块(300)均匀、定时、定量浸润农作物根系发育生长区域，实现山地耕地施肥灌溉。

Images