CN116889141A - 一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，涉及农田灌溉系统领域，包括气候监测单元、土壤监测单元、用水量控制单元和灌溉控制单元，所述气候监测单元包括湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器，通过湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器对当天空气中的湿度、温度、风力、日照时长和降雨状况进行实时监测；本发明通过气候监测单元中不同的感应器对当天的气候进行实时监测处理，有效的对当天气候的变化进行实时监测，同时通过对土壤的监测分析处理，有效的掌握土壤的现状，具有针对性的进行有效的养分灌溉处理，保障了对农田中农作物有效合理的养分灌溉处理的效果和效率，保障农作物的生长效果。

Description

一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统

技术领域

本发明涉及农田灌溉系统，具体涉及一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统。

背景技术

农田指农业生产的用地，耕种的田地，现有的农田种植灌溉大多是通过人工手动、半自动或网络平台自动灌溉方式，其中自动灌溉是采用时间控制器与网络相结合的一种灌溉系统，灌水时间、灌水延续时间、灌水周期均由人工在时间控制器上设定，无法自主根据当天的气象信息、土壤湿度、农作物类型进行合理的灌溉处理，导致有些农作物由于过量灌溉导致受损无法正常生长，为此，我们提出了一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，包括气候监测单元、土壤监测单元、用水量控制单元和灌溉控制单元；

所述气候监测单元包括湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器，通过湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器对当天空气中的湿度、温度、风力、日照时长和降雨状况进行实时监测；

所述土壤监测单元用于对管理的农田进行土壤的含水量、干燥度和养分含量进行实时的监测处理；

所述用水量控制单元用于对需要进行灌溉的农田进行灌溉水量大小的实时监测控制处理；

所述灌溉控制单元包括多个可控灌溉设备，通过灌溉控制单元对多个可控灌溉设备进行数字管理，进行灌溉设备开启与关闭的控制处理。

进一步地，还包括信息输入单元、农作物信息库、数据采集单元、数据分析单元、作物需求数据库和可视化单元；

所述信息输入单元用于对管理中的农田所种植的农作物进行名称和所种植农作物需要的养料成分和用料多少进行数字化输入处理，并将输入的数据信息分别发送给农作物信息库和作物需求数据库；

所述农作物信息库用于对进行管理的农田所种植的农作物名称和田亩数进行统一保存处理，形成农作物信息库；

所述数据采集单元用于对气候监测单元和土壤监测单元实时监测的数据信息进行快速分类采集处理，并将采集的数据信息发送给数据分析单元；

所述数据分析单元用于将数据采集单元采集的数据信息与作物需求数据库中的数据信息进行对比分析处理，同时将分析后的数据信息发送给灌溉控制单元；

所述作物需求数据库用于对进行管理的农田所种植的农作物所需要的不同的养料比例进行统一分类储存，形成作物需求数据库；

所述可视化单元用于对气候监测单元、土壤监测单元用水量控制单元、农作物信息库和作物需求数据库的数据信息进行可视化展示处理。

进一步地，所述气候监测单元包括湿度检测模块、温度检测模块、风力检测模块、日照时长检测模块和降雨状况检测模块；

所述湿度检测模块包括多个湿度感应设备，通过多个湿度感应设备对当天空气中的湿度进行实时检测处理；

所述温度检测模块包括多个温度感应设备，通过多个温度感应设备对当天的温度进行实时检测处理；

所述风力检测模块包括多个风力感应设备，通过多个风力感应设备对当天的分力强度和风向进行实时检测处理；

所述日照时长检测模块包括多个红外感应设备，通过多个红外感应设备对农田不同角度方位的作物进行日照时长的检测处理；

所述降雨状况检测模块通过红外感应设备进行当天降雨量的实时检测处理。

进一步地，所述土壤监测单元包括含水量检测模块、干燥度检测模块和养分含量检测模块；

所述含水量检测模块用于对当天土壤中的水分状况进行快速检测处理；

所述干燥度检测模块用于对当天土壤的干燥程度和硬化程度进行实时的检测处理；

所述养分含量检测模块用于对当天土壤中的固相物质、有机物质和液相物质进行检测分析处理；

所述锁湿单元用于对农田土壤进行锁湿，避免土壤内水蒸发，通过对水滴进行检测判断天气，阴天以及晴天时锁水单元对土壤进行覆盖，监测到水滴后，锁湿单元解除对土壤的覆盖，便于水进入土壤内部，对土壤进行灌溉。

进一步地，所述信息输入单元的输出端分别与农作物信息库和作物需求数据库的输入端相连接，所述农作物信息库的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，所述作物需求数据库的输出端分别与数据分析单元和可视化单元的输入端相连接，所述数据分析单元的输出端与灌溉控制单元的输入端相连接，所述灌溉控制单元的输出端分别与可视化单元、锁湿单元和用水量控制单元的输入端相连接，所述锁湿单元的输出端与用水量控制单元的输入端相连接，所述用水量控制单元的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接，所述土壤监测单元的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，所述气候监测单元的输出端分别与土壤监测单元和可视化单元的输入端相连接。

进一步地，所述湿度检测模块的输出端与温度检测模块的输入端相连接，所述温度检测模块的输出端与风力检测模块的输入端相连接，所述风力检测模块的输出端与日照时长检测模块的输入端相连接，所述日照时长检测模块的输出端与降雨状况检测模块的输入端相连接，所述降雨状况检测模块的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接。

进一步地输入端相连接，所述含水量检测模块的输出端与干燥度检测模块的输入端相连接，所述干燥度检测模块的输出端与养分含量检测模块的输入端相连接，所述养分含量检测模块的输出端与数据采集单元的输入端相连接；

进一步地，所述锁湿单元包括水监测模块和锁湿模块；

所述水监测模块用于监测上方落下的水滴，并将监测数据传输至锁湿装置；

所述锁湿装置接收到水滴信息后，打开对土壤的遮挡，将水滴落在土壤上。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，通过气候监测单元中不同的感应器对当天的气候进行实时监测处理，有效的对当天气候的变化进行实时监测，同时通过对土壤的监测分析处理，有效的掌握土壤的现状，具有针对性的进行有效的养分灌溉处理，保障了对农田中农作物有效合理的养分灌溉处理的效果和效率，保障农作物的生长效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统的整体系统框图；

图2为本发明实施例提供的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统的气候监测单元的模块框图；

图3为本发明实施例提供的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统的土壤监测单元的模块框图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

实施例一：

请参阅图1-3，一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，包括气候监测单元、土壤监测单元、用水量控制单元和灌溉控制单元；

气候监测单元包括湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器，通过湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器对当天空气中的湿度、温度、风力、日照时长和降雨状况进行实时监测，通过不同的感应器对当天的气候进行实时监测处理，有效的对当天气候的变化进行实时监测；

土壤监测单元用于对管理的农田进行土壤的含水量、干燥度和养分含量进行实时的监测处理，通过对土壤的监测分析处理，有效的掌握土壤的现状进行有效的养分灌溉处理；

用水量控制单元用于对需要进行灌溉的农田进行灌溉水量大小的实时监测控制处理，通过用水量控制单元根据当地总用水状况进行控制处理，有效的对水资源进行节约用水的把控；

灌溉控制单元包括多个可控灌溉设备，通过灌溉控制单元对多个可控灌溉设备进行数字管理，进行灌溉设备开启与关闭的控制处理，通过灌溉控制单元控制多个可控灌溉设备进行灌溉的工作与关闭，有效的避免不需要进行养分灌溉的农田过多灌溉导致农作物受损的情况发生；

锁湿单元用于对农田土壤进行锁湿，避免土壤内水蒸发，通过对水滴进行检测判断天气，阴天以及晴天时锁水单元对土壤进行覆盖，监测到水滴后，锁湿单元解除对土壤的覆盖，便于水进入土壤内部，对土壤进行灌溉。

本发明中，还包括信息输入单元、农作物信息库、数据采集单元、数据分析单元、作物需求数据库和可视化单元，信息输入单元用于对管理中的农田所种植的农作物进行名称和所种植农作物需要的养料成分和用料多少进行数字化输入处理，并将输入的数据信息分别发送给农作物信息库和作物需求数据库，通过信息输入单元对不同农作物的名称和农作物需要的养料比例进行数据信息的方式输入到农田管理系统中；

农作物信息库用于对进行管理的农田所种植的农作物名称和田亩数进行统一保存处理，形成农作物信息库，通过农作物信息库对不同的农作物进行存储处理；

数据采集单元用于对气候监测单元和土壤监测单元实时监测的数据信息进行快速分类采集处理，并将采集的数据信息发送给数据分析单元；

数据分析单元用于将数据采集单元采集的数据信息与作物需求数据库中的数据信息进行对比分析处理，同时将分析后的数据信息发送给灌溉控制单元，通过数据分析单元对农作物的分析处理，得到农作物当时所需要的养料含量和是否需要进行养分灌溉处理；

作物需求数据库用于对进行管理的农田所种植的农作物所需要的不同的养料比例进行统一分类储存，形成作物需求数据库；

可视化单元用于对气候监测单元、土壤监测单元用水量控制单元、农作物信息库和作物需求数据库的数据信息进行可视化展示处理，通过可视化单元对农作物和农田土壤以及灌溉情况进行可视化展示处理。

本发明中，气候监测单元包括湿度检测模块、温度检测模块、风力检测模块、日照时长检测模块和降雨状况检测模块，湿度检测模块包括多个湿度感应设备，通过多个湿度感应设备对当天空气中的湿度进行实时检测处理，通过对当天空气中的湿度进行检测处理，有效的分析是否需要对农田进行灌溉处理；

温度检测模块包括多个温度感应设备，通过多个温度感应设备对当天的温度进行实时检测处理，通过温度检测模块对当天温度进行检测分析处理，有效的分析出何时适合灌溉处理；

风力检测模块包括多个风力感应设备，通过多个风力感应设备对当天的分力强度和风向进行实时检测处理，通过风力检测模块对当天风力的强度和风向进行检测分析，有效的分析出当天灌溉适用于哪种灌溉方式；

日照时长检测模块包括多个红外感应设备，通过多个红外感应设备对农田不同角度方位的作物进行日照时长的检测处理；

降雨状况检测模块通过红外感应设备进行当天降雨量的实时检测处理，通过降雨状况检测模块有效的分析出当天是否存在降雨以及降雨量多少的情况，进行是否进行灌溉的分析处理。

本发明中，土壤监测单元包括含水量检测模块、干燥度检测模块和养分含量检测模块，含水量检测模块用于对当天土壤中的水分状况进行快速检测处理，干燥度检测模块用于对当天土壤的干燥程度和硬化程度进行实时的检测处理，养分含量检测模块用于对当天土壤中的固相物质、有机物质和液相物质进行检测分析处理，通过对土壤中的含水量、干燥硬化程度和养分含量进行检测分析得出是否需要对农田进行养分灌溉处理。

本发明中，信息输入单元的输出端分别与农作物信息库和作物需求数据库的输入端相连接，农作物信息库的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，作物需求数据库的输出端分别与数据分析单元和可视化单元的输入端相连接，数据分析单元的输出端与灌溉控制单元的输入端相连接，灌溉控制单元的输出端分别与可视化单元和用水量控制单元的输入端相连接，用水量控制单元的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接，土壤监测单元的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，气候监测单元的输出端分别与土壤监测单元和可视化单元的输入端相连接。

本发明中，湿度检测模块的输出端与温度检测模块的输入端相连接，温度检测模块的输出端与风力检测模块的输入端相连接，风力检测模块的输出端与日照时长检测模块的输入端相连接，日照时长检测模块的输出端与降雨状况检测模块的输入端相连接，降雨状况检测模块的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接。

本发明中，输入端相连接，含水量检测模块的输出端与干燥度检测模块的输入端相连接，干燥度检测模块的输出端与养分含量检测模块的输入端相连接，养分含量检测模块的输出端与数据采集单元的输入端相连接；

本发明中，锁湿单元包括水监测模块和锁湿模块，水监测模块用于监测上方落下的水滴，并将监测数据传输至锁湿装置，锁湿装置接收到水滴信息后，打开对土壤的遮挡，将水滴落在土壤上。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，包括气候监测单元、土壤监测单元、用水量控制单元、灌溉控制单元和锁湿单元；

所述气候监测单元包括湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器，通过湿度感应器、温度感应器、风力感应器和红外感应器对当天空气中的湿度、温度、风力、日照时长和降雨状况进行实时监测；

所述土壤监测单元用于对管理的农田进行土壤的含水量、干燥度和养分含量进行实时的监测处理；

所述用水量控制单元用于对需要进行灌溉的农田进行灌溉水量大小的实时监测控制处理；

所述灌溉控制单元包括多个可控灌溉设备，通过灌溉控制单元对多个可控灌溉设备进行数字管理，进行灌溉设备开启与关闭的控制处理；

所述锁湿单元用于对农田土壤进行锁湿，避免土壤内水蒸发，通过对水滴进行检测判断天气，阴天以及晴天时锁水单元对土壤进行覆盖，监测到水滴后，锁湿单元解除对土壤的覆盖，便于水进入土壤内部，对土壤进行灌溉。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，还包括信息输入单元、农作物信息库、数据采集单元、数据分析单元、作物需求数据库和可视化单元；

所述信息输入单元用于对管理中的农田所种植的农作物进行名称和所种植农作物需要的养料成分和用料多少进行数字化输入处理，并将输入的数据信息分别发送给农作物信息库和作物需求数据库；

所述农作物信息库用于对进行管理的农田所种植的农作物名称和田亩数进行统一保存处理，形成农作物信息库；

所述数据采集单元用于对气候监测单元和土壤监测单元实时监测的数据信息进行快速分类采集处理，并将采集的数据信息发送给数据分析单元；

所述数据分析单元用于将数据采集单元采集的数据信息与作物需求数据库中的数据信息进行对比分析处理，同时将分析后的数据信息发送给灌溉控制单元；

所述作物需求数据库用于对进行管理的农田所种植的农作物所需要的不同的养料比例进行统一分类储存，形成作物需求数据库；

所述可视化单元用于对气候监测单元、土壤监测单元用水量控制单元、农作物信息库和作物需求数据库的数据信息进行可视化展示处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述气候监测单元包括湿度检测模块、温度检测模块、风力检测模块、日照时长检测模块和降雨状况检测模块；

所述湿度检测模块包括多个湿度感应设备，通过多个湿度感应设备对当天空气中的湿度进行实时检测处理；

所述温度检测模块包括多个温度感应设备，通过多个温度感应设备对当天的温度进行实时检测处理；

所述风力检测模块包括多个风力感应设备，通过多个风力感应设备对当天的分力强度和风向进行实时检测处理；

所述日照时长检测模块包括多个红外感应设备，通过多个红外感应设备对农田不同角度方位的作物进行日照时长的检测处理；

所述降雨状况检测模块通过红外感应设备进行当天降雨量的实时检测处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述土壤监测单元包括含水量检测模块、干燥度检测模块和养分含量检测模块；

所述含水量检测模块用于对当天土壤中的水分状况进行快速检测处理；

所述干燥度检测模块用于对当天土壤的干燥程度和硬化程度进行实时的检测处理；

所述养分含量检测模块用于对当天土壤中的固相物质、有机物质和液相物质进行检测分析处理。

5.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述信息输入单元的输出端分别与农作物信息库和作物需求数据库的输入端相连接，所述农作物信息库的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，所述作物需求数据库的输出端分别与数据分析单元和可视化单元的输入端相连接，所述数据分析单元的输出端与灌溉控制单元的输入端相连接，所述灌溉控制单元的输出端分别与可视化单元和用水量控制单元的输入端相连接，所述用水量控制单元的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接，所述土壤监测单元的输出端分别与数据采集单元和可视化单元的输入端相连接，所述气候监测单元的输出端分别与土壤监测单元和可视化单元的输入端相连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述湿度检测模块的输出端与温度检测模块的输入端相连接，所述温度检测模块的输出端与风力检测模块的输入端相连接，所述风力检测模块的输出端与日照时长检测模块的输入端相连接，所述日照时长检测模块的输出端与降雨状况检测模块的输入端相连接，所述降雨状况检测模块的输出端分别与可视化单元和土壤监测单元的输入端相连接。

7.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述用水量控制单元和气候监测单元的输出端分别与含水量检测模块的输入端相连接，所述含水量检测模块的输出端与干燥度检测模块的输入端相连接，所述干燥度检测模块的输出端与养分含量检测模块的输入端相连接，所述养分含量检测模块的输出端与数据采集单元的输入端相连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的数字化高标准农田管理系统，其特征在于，所述锁湿单元包括水监测模块和锁湿模块；

所述水监测模块用于监测上方落下的水滴，并将监测数据传输至锁湿装置；

所述锁湿装置接收到水滴信息后，打开对土壤的遮挡，将水滴落在土壤上。