CN115456479B - 一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统，涉及农业大棚环境监测技术领域，解决了现有技术中，不能够对环境参数可控程度进行分析，以至于无法准确进行环境控制的技术问题，将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，防止农业大棚内不同区域的监测准确性不同，以至于造成农业大棚环境监测出现偏差，从而引起农业大棚管控的效率降低，不利于农业大棚的环境控制；将智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析设备利用率判断大棚区域内设备使用是否正常，从而保证大棚区域内环境管控的效率稳定，有利于提高大棚区域内种植效率。

Description

一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统

技术领域

本发明涉及农业大棚环境监测技术领域，具体为一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统。

背景技术

设施农业是世界现代农业发展的主要方向之一；随着经济的迅速增长，农业技术的研究和应用越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。农业环境综合控制作为作物速生、优质、高产的手段，是农业现代化的重要标志，对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制又是现代化农业生产中的重要一环。例如：空气的温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤的含水量等。

但是在现有技术中，农业大棚环境监测过程中，不能够保证环境监测的准确性以及对应大棚设备利用率，以至于农业大棚的运行效率低且监管合格性低；同时不能够对环境参数可控程度进行分析，以至于无法准确进行环境控制，造成环境控制准确性低且无法精准控制成本。

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述提出的问题，而提出一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统，将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，防止农业大棚内不同区域的监测准确性不同，以至于造成农业大棚环境监测出现偏差，从而引起农业大棚管控的效率降低，不利于农业大棚的环境控制；将智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析设备利用率判断大棚区域内设备使用是否正常，从而保证大棚区域内环境管控的效率稳定，有利于提高大棚区域内种植效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统，包括服务器，服务器通讯连接有：

区域监测分析单元，用于将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，将智慧农业大棚区域划分为i个子区域，i为大于1的自然数，通过分析生成监测误差异常信号和监测误差正常信号，并将其发送至服务器；

设备利用率分析单元，用于智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析生成设备利用率分析合格信号和设备利用率分析不合格信号，并将其发送至服务器；

外界可控参数分析单元，用于将智慧农业大棚的环境参数可控程度进行分析，通过分析获取到环境数据可控数值范围，并将其发送至服务器；

数据监测风险分析单元，用于将智慧农业大棚的数据监测风险进行分析，通过分析生成监测低风险信号和监测高风险信号，并将其发送至服务器。

作为本发明的一种优选实施方式，区域监测分析单元的运行过程如下：

采集到智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值以及同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值，并将其分别与数值误差值阈值和数值偏差值阈值进行比较：

若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值超过数值误差值阈值，或者同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值超过数值偏差值阈值，则生成监测误差异常信号并将监测误差异常信号发送至服务器；若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值未超过数值误差值阈值，且同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值未超过数值偏差值阈值，则生成监测误差正常信号并将监测误差正常信号发送至服务器。

作为本发明的一种优选实施方式，设备利用率分析单元的运行过程如下：

采集到智慧农业大棚区域内周边环境内环境数据数值，并将其与对应数值阈值范围进行比较，若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值未处于对应数值阈值范围，则判定周边环境的环境数据存在影响，并将周边环境标记为影响环境；若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值处于对应数值阈值范围，但周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为影响环境；如周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度未超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为正常环境。

作为本发明的一种优选实施方式，获取到智慧农业大棚区域的影响环境与正常环境的间隔时刻，并将其标记为转化时刻，将影响环境转变为正常环境的过程标记为恢复过程，将正常环境转变为影响环境的过程标记为异常过程；采集到恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值，并将恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值进行分析：

若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析合格信号并将设备利用率分析合格信号发送至服务器；若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值未均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析不合格信号并将设备利用率分析不合格信号发送至服务器。

作为本发明的一种优选实施方式，外界可控参数分析单元的运行过程如下：

采集到异常过程中环境数据数值的控制值以及对应环境数据的控制值控制需求时长，并将其分别与控制值阈值和控制需求时长阈值进行比较：

若异常过程中环境数据数值的控制值超过控制值阈值，且对应环境数据的控制值控制需求时长未超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为合格控制过程；若异常过程中环境数据数值的控制值未超过控制值阈值，或者对应环境数据的控制值控制需求时长超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为非合格控制过程；根据智慧农业大棚对应合格控制过程内控制的环境数据数值获取到环境数据可控数值范围，同时根据非合格控制过程内控制环境数据数值将对应环境数据可控数值范围进行筛分，并将完成筛分后的环境数据可控数值范围发送至服务器。

作为本发明的一种优选实施方式，数据监测风险分析单元的运行过程如下：

将智能农业大棚内的环境数据进行分析，并将环境数据划分为短时可变数据和短时非可变数据，其中，短时可变数据则表示为短时间内可以浮动的数据，短时非可变数据表示为短时间内不可以浮动的数据；

采集到环境监测过程中短时可变数据和短时非可变数据的数据采集时刻与数据控制时刻的间隔时长，并将其分别标记为短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长；

若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长均处于对应缓冲时长阈值范围内，且短时数据缓冲时长短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险低，生成监测低风险信号并将监测低风险信号发送至服务器；若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长未均处于对应缓冲时长阈值范围内，或者短时数据缓冲时长未短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险高，生成监测高风险信号并将监测高风险信号发送至服务器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，防止农业大棚内不同区域的监测准确性不同，以至于造成农业大棚环境监测出现偏差，从而引起农业大棚管控的效率降低，不利于农业大棚的环境控制；将智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析设备利用率判断大棚区域内设备使用是否正常，从而保证大棚区域内环境管控的效率稳定，有利于提高大棚区域内种植效率；

2、本发明中，将智慧农业大棚的环境参数可控程度进行分析，从而提高了环境监测控制的效率，防止环境控制时刻不合适导致大棚内环境异常或者增加了大棚环境控制的成本，有利于提高了大棚的种植效率；将智慧农业大棚的数据监测风险进行分析，判断智慧农业大棚数据监测的准确性，提高了大棚环境监测的合格性，增强了大棚环境的管控效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统的原理框图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统，包括服务器，服务器通讯连接有区域监测分析单元、设备利用率分析单元、外界可控参数分析单元以及数据监测风险分析单元，其中，服务器与监测分析单元、设备利用率分析单元、外界可控参数分析单元以及数据监测风险分析单元均为双向通讯连接；

服务器生成区域监测分析信号并将区域监测分析信号发送至区域监测分析单元，区域监测分析单元接收到区域监测分析信号后，将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，防止农业大棚内不同区域的监测准确性不同，以至于造成农业大棚环境监测出现偏差，从而引起农业大棚管控的效率降低，不利于农业大棚的环境控制；

将智慧农业大棚区域划分为i个子区域，i为大于1的自然数，采集到智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值以及同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值，并将慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值以及同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值分别与数值误差值阈值和数值偏差值阈值进行比较：本申请中，环境数据表示为智慧农业大棚内的温度、湿度等相关环境参数；

若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值超过数值误差值阈值，或者同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值超过数值偏差值阈值，则判定智慧农业大棚区域内监测分析异常，生成监测误差异常信号并将监测误差异常信号发送至服务器，服务器接收到监测误差异常信号后，将对应智慧农业大棚区域的监测进行管控，控制监测数据数值的偏差以及保证不同区域的数值统一性；

若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值未超过数值误差值阈值，且同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值未超过数值偏差值阈值，则判定智慧农业大棚区域内监测分析正常，生成监测误差正常信号并将监测误差正常信号发送至服务器；

服务器接收到监测误差正常信号后，生成设备利用率分析信号并将设备利用率分析信号发送至设备利用率分析单元，设备利用率分析单元接收到设备利用率分析信号后，将智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析设备利用率判断大棚区域内设备使用是否正常，从而保证大棚区域内环境管控的效率稳定，有利于提高大棚区域内种植效率；

采集到智慧农业大棚区域内周边环境内环境数据数值，并将其与对应数值阈值范围进行比较，若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值未处于对应数值阈值范围，则判定周边环境的环境数据存在影响，并将周边环境标记为影响环境；若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值处于对应数值阈值范围，但周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为影响环境；如周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度未超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为正常环境；

获取到智慧农业大棚区域的影响环境与正常环境的间隔时刻，并将其标记为转化时刻，将影响环境转变为正常环境的过程标记为恢复过程，将正常环境转变为影响环境的过程标记为异常过程；采集到恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值，并将恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值进行分析：

若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析合格信号并将设备利用率分析合格信号发送至服务器；若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值未均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析不合格信号并将设备利用率分析不合格信号发送至服务器，服务器接收到设备利用率分析不合格信号后，将对应转变过程中设备的运行进行控制，提高了设备的利用率，设备提前运行能够保证对应环境的控制效率，且设备提前结束运行能够在环境不受影响的同时降低设备控制成本；

服务器接收到设备利用率分析合格信号后，生成外界可控参数分析信号并将外界可控参数分析信号发送至外界可控参数分析单元，外界可控参数分析单元接收到外界可控参数分析信号后，将智慧农业大棚的环境参数可控程度进行分析，从而提高了环境监测控制的效率，防止环境控制时刻不合适导致大棚内环境异常或者增加了大棚环境控制的成本，有利于提高了大棚的种植效率；

采集到异常过程中环境数据数值的控制值以及对应环境数据的控制值控制需求时长，并将异常过程中环境数据数值的控制值以及对应环境数据的控制值控制需求时长分别与控制值阈值和控制需求时长阈值进行比较：

若异常过程中环境数据数值的控制值超过控制值阈值，且对应环境数据的控制值控制需求时长未超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为合格控制过程；若异常过程中环境数据数值的控制值未超过控制值阈值，或者对应环境数据的控制值控制需求时长超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为非合格控制过程；

根据智慧农业大棚对应合格控制过程内控制的环境数据数值获取到环境数据可控数值范围，同时根据非合格控制过程内控制环境数据数值将对应环境数据可控数值范围进行筛分，并将完成筛分后的环境数据可控数值范围发送至服务器，服务器接收后根据环境数据可控数值范围进行环境调控，使其大棚的环境调控更加准确及时；本申请中大棚的环境具体参数以环境数据代替，其中环境数据表示为温度、湿度等参数，因此该系统中环境数据为温度或者湿度等参数均适用；即当环境数据为温度值时，则环境数据可控数值范围即为温度可控数值范围；

服务器生成数据监测风险分析信号并将数据监测风险分析信号发送至数据监测风险分析单元，数据监测风险分析单元接收到数据监测风险分析信号后，将智慧农业大棚的数据监测风险进行分析，判断智慧农业大棚数据监测的准确性，提高了大棚环境监测的合格性，增强了大棚环境的管控效率；

将智能农业大棚内的环境数据进行分析，并将环境数据划分为短时可变数据和短时非可变数据，其中，短时可变数据则表示为短时间内可以浮动的数据，如温度、通风速度等，短时非可变数据表示为短时间内不可以浮动的数据，如土壤含水量；

采集到环境监测过程中短时可变数据和短时非可变数据的数据采集时刻与数据控制时刻的间隔时长，并将其分别标记为短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长；

若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长均处于对应缓冲时长阈值范围内，且短时数据缓冲时长短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险低，生成监测低风险信号并将监测低风险信号发送至服务器；

若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长未均处于对应缓冲时长阈值范围内，或者短时数据缓冲时长未短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险高，生成监测高风险信号并将监测高风险信号发送至服务器；服务器接收到监测高风险信号后，将对应智慧农业大棚监测进行控制，针对不同类型的数据进行缓冲时长设置；对本申请中环境数据做进一步公开，其表示为温度、湿度等数据，系统运行过程中以环境数据作为名词，其代表大棚环境可监测的参数。

本发明在使用时，通过区域监测分析单元将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，将智慧农业大棚区域划分为i个子区域，通过分析生成监测误差异常信号和监测误差正常信号，并将其发送至服务器；通过设备利用率分析单元智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析生成设备利用率分析合格信号和设备利用率分析不合格信号，并将其发送至服务器；通过外界可控参数分析单元将智慧农业大棚的环境参数可控程度进行分析，通过分析获取到环境数据可控数值范围，并将其发送至服务器；通过数据监测风险分析单元将智慧农业大棚的数据监测风险进行分析，通过分析生成监测低风险信号和监测高风险信号，并将其发送至服务器。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种基于物联网的智慧农业大棚环境监测系统，其特征在于，包括服务器，服务器通讯连接有：

区域监测分析单元，用于将智慧农业大棚内环境监测进行分析，判断智慧农业大棚内环境监测的准确性是否合格，将智慧农业大棚区域划分为i个子区域，i为大于1的自然数，通过分析生成监测误差异常信号和监测误差正常信号，并将其发送至服务器；

设备利用率分析单元，用于智慧农业大棚区域内设备利用率进行分析，通过分析生成设备利用率分析合格信号和设备利用率分析不合格信号，并将其发送至服务器；

外界可控参数分析单元，用于将智慧农业大棚的环境参数可控程度进行分析，通过分析获取到环境数据可控数值范围，并将其发送至服务器；

数据监测风险分析单元，用于将智慧农业大棚的数据监测风险进行分析，通过分析生成监测低风险信号和监测高风险信号，并将其发送至服务器；

区域监测分析单元的运行过程如下：

采集到智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值以及同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值，并将其分别与数值误差值阈值和数值偏差值阈值进行比较：

若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值超过数值误差值阈值，或者同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值超过数值偏差值阈值，则生成监测误差异常信号并将监测误差异常信号发送至服务器；若智慧农业大棚区域内各个子区域的测量环境数据数值与实时环境数据数值的误差值未超过数值误差值阈值，且同一实时环境数据数值的子区域对应测量环境数据数值的偏差值未超过数值偏差值阈值，则生成监测误差正常信号并将监测误差正常信号发送至服务器；

设备利用率分析单元的运行过程如下：

采集到智慧农业大棚区域内周边环境内环境数据数值，并将其与对应数值阈值范围进行比较，若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值未处于对应数值阈值范围，则判定周边环境的环境数据存在影响，并将周边环境标记为影响环境；若智慧农业大棚区域内周边环境的环境数据数值处于对应数值阈值范围，但周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为影响环境；如周边环境的环境数据数值与对应数值阈值范围的临界值差值缩短速度未超过缩短速度阈值，则将当前周边环境同样标记为正常环境；

获取到智慧农业大棚区域的影响环境与正常环境的间隔时刻，并将其标记为转化时刻，将影响环境转变为正常环境的过程标记为恢复过程，将正常环境转变为影响环境的过程标记为异常过程；采集到恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值，并将恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值进行分析：

若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析合格信号并将设备利用率分析合格信号发送至服务器；若恢复过程中设备停止运行时刻与间隔时刻的差值以及异常过程中设备起始运行时刻与间隔时长的差值未均处于对应差值阈值范围内，则生成设备利用率分析不合格信号并将设备利用率分析不合格信号发送至服务器；

外界可控参数分析单元的运行过程如下：

采集到异常过程中环境数据数值的控制值以及对应环境数据的控制值控制需求时长，并将其分别与控制值阈值和控制需求时长阈值进行比较：

若异常过程中环境数据数值的控制值超过控制值阈值，且对应环境数据的控制值控制需求时长未超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为合格控制过程；若异常过程中环境数据数值的控制值未超过控制值阈值，或者对应环境数据的控制值控制需求时长超过控制需求时长阈值，则将当前异常过程控制标记为非合格控制过程；根据智慧农业大棚对应合格控制过程内控制的环境数据数值获取到环境数据可控数值范围，同时根据非合格控制过程内控制环境数据数值将对应环境数据可控数值范围进行筛分，并将完成筛分后的环境数据可控数值范围发送至服务器；

数据监测风险分析单元的运行过程如下：

将智能农业大棚内的环境数据进行分析，并将环境数据划分为短时可变数据和短时非可变数据，其中，短时可变数据则表示为短时间内可以浮动的数据，短时非可变数据表示为短时间内不可以浮动的数据；

采集到环境监测过程中短时可变数据和短时非可变数据的数据采集时刻与数据控制时刻的间隔时长，并将其分别标记为短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长；

若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长均处于对应缓冲时长阈值范围内，且短时数据缓冲时长短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险低，生成监测低风险信号并将监测低风险信号发送至服务器；若短时数据缓冲时长和非短时数据缓冲时长未均处于对应缓冲时长阈值范围内，或者短时数据缓冲时长未短于非短时数据缓冲时长，则判定智能农业大棚监测风险高，生成监测高风险信号并将监测高风险信号发送至服务器。