CN117474294A - 一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业种植的技术领域，更具体的说是一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统。本发明的目的是基于优质作物种植方案，结合作物生长环境、长势、气象、物候期判定，通过大数据分析建模，建立不同生长期的栽培管理模型，通过自动调控、预测预警的方式实现智能农事高效落地，降低农事劳动工作强度，提高农作物产量和品质。本发明所采用的信息平台可整合多个异质性数据库，如气候与土壤、作物长势、病虫害、农作知识数据库，并结合作物生长最优管理与调控模型，运用云端平台的运算，进行模拟与分析，整合成为全过程种植辅助决策支持系统，针对环境调控、水肥管理、病虫害预测预警、农事预警进行辅助决策。
Description
技术领域
本发明涉及农业种植的技术领域，特别是涉及一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统。
背景技术
当前大部分农作物在种植过程中，多依赖于种植者的经验，管理水平较低，导致农作物在生长过程中，存在较多的不确定性和盲目性，生长过程难以精准量化管理，难以准确把握农作物生长的关键节点所涉及的重要管理操作，不利于农作物产量和品质的提升。
所以出现了如公开号为CN103886409A的发明专利中公开的农业种植辅助决策系统，其通过依据不同的环境条件，实行不同管理措施，如耕作、施肥、灌溉、病虫害防治，计算出作物产量与各项环境数据，依据这些数据使用户可以知道是否应该调整管理措施，辅助决策者找出最佳管理方案。
但是其决策比较单一，较难根据农作物的生长周期和生长阶段制定合理的决策，依旧难以准确把握农作物生长的关键节点所涉及的重要管理操作，并且不方便对虫害进行决策判断，不方便对不同阶段的作物做出不同的决策，影响作物的产量，导致实用性较差，因此亟需一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于优质作物种植方案,结合作物生长环境、长势、气象、物候期判定，通过大数据分析建模，建立不同生长期的栽培管理模型，通过自动调控、预测预警的方式实现智能农事高效落地，有效降低农事劳动工作强度，提高农作物产量和品质。
本发明的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，包括：
环境数据库：对气候情况、农作物的长势情况，环境数据和种植情况的数据进行采集；
生产过程数字化知识库：借助知识表示形式制定农作物不同生长期的生产管理规则，将不同生长期的环境调控、病害诊断、水肥管理、农事操作方面的管理内容规则化；
农作物生长最优栽培管理模型：依托PAI、AlFLOW算法中台能力，结合作物生长机理数据，环境物联感知监测数据、作物生长数据、气象预报数据，建设农业Al算法集市，构建不同生长期的农作物生产管理数字化模型；
数据挖掘与分析：对生长数据进行统计、分析、汇总，以不同生长时期农作物长势的生长指标、各时期生产过程数字化知识库为基础，结合作物生长最优栽培管理模型、作物病虫害预警模型，制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，为用户在不同生长时期对农作物进行环境调控、水肥调控、病害诊断及农事操作提供辅助决策分析；
可视化展示：对采集的数据和分析结果进行可视化呈现。
优选的，所述环境数据库，包括环境数据、作物生长指标数据，环境数据主要包括空气温湿度数据、土壤温湿度及养分数据、二氧化碳浓度数据，主要通过相关传感器进行自动监测采集；作物生长数据包括生长阶段及长势情况数据，主要通过相关检测仪采集录入。
优选的，所述生产过程数字化知识库包括：
产前管理模块：对农作物种植前的准备过程的信息进行管理；
产中管理模块：对农作物的生长信息及农事操作进行管理；
产后管理模块：对农作物的产量和品质信息进行管理。
优选的，所述产前管理模块：完成农作物关于产前管理信息的数字化知识库建立，主要包括物资投入管理和种植地信息管理，其中种植地信息管理包括种植地负责人员、地理位置、地块编号以及所属区域基本信息管理，物资投入管理包括产前人工、农资方面的生产投入。
优选的，所述产中管理模块：农作物从种植开始，直到采摘结束的整个生产流程，完成农作物生长信息和农事操作的数字化知识库建立，主要包括不同生长期的定义、各个生长期的农作物标准化长势定义、最优环境指标范围定义、标准化农事操作定义。
优选的，所述产后管理模块：主要包括标准化生产管理下的生长期范围定义、亩产信息及作物品质定义方面的数字化知识库建立。
优选的，所述农作物生长最优栽培管理模型，所述系统将实时环境数据与正常长势环境数据结合并与不同生长阶段所需的环境及养分指标数据进行比对后筛选出最适宜种植的环境调控模型和预警措施，包括保温措施、通风措施、灌溉措施及施肥措施。
优选的，所述数据挖掘与分析，对环境数据和生长数据进行统计、分析、汇总，结合作物生长最优栽培管理模型制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，提供不同生长期对农作物进行环境调控、水肥调控及农事操作提供辅助决策分析。
优选的，所述可视化展示，显示终端包括计算机、手机、平板电脑；展示数据包括实时环境监测信息、病虫害预警信息、设备调控信息、作物长势信息、农事预警信息。
与现有技术相比本发明的有益效果为：充分体现了信息技术与农艺技术的集成应用与融合应用，并实现农业生产的全过程、全要素的信息化管理。将云计算、物联网、人工智能、大数据先进信息技术创新性的设计、开发、应用到农业生产环节，研发的农作物生长最优管理与调控模型深化了物联网技术应用，可帮助用户自动进行作物生长环境调控，或者依据这些数据进行人工预警，提供农事管理措施建议，如耕作、施肥、灌溉、病虫害防治，辅助决策者找出最佳管理方案。同时本发明的云端平台可整合多元异类数据，建构不同区域完整的环境数据库、不同作物生长模型库，为未来相关的农业生态模式提供良好的研究基础。
附图说明
图1是本发明基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统的结构示意图；
图2是本发明环境数据获取示意图；
图3是本发明作物生长数据获取示意图；
图4是本发明以黄瓜为例的生产过程数字化过程示意图；
图5是本发明以黄瓜为例的数字化管理知识库示意图；
图6是本发明以黄瓜为例的苗期环境调控及农事管理规则示意图；
图7是本发明以黄瓜为例的初花期环境调控及农事管理规则示意图；
图8是本发明以黄瓜为例的果期环境调控及农事管理规则示意图；
图9是本发明以黄瓜为例的种植模型矩阵各列所示农事管理内容示意图；
图10是本发明以黄瓜为例的全周期生产管理种植模型示意图；
图11是本发明以黄瓜为例的全周期农事操作模型示意图；
图12是本发明以黄瓜为例的全周期数字化模型示意图；
图13是图12中公式右边放大图；
图14是本发明以黄瓜为例的可视化管控示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，包括：
环境数据库：对气候情况、农作物的长势情况，环境数据和种植情况的数据进行采集；
生产过程数字化知识库：借助知识表示形式制定农作物不同生长期的生产管理规则，将不同生长期的环境调控、病害诊断、水肥管理、农事操作方面的管理内容规则化；
农作物生长最优栽培管理模型：依托PAI、AlFLOW算法中台能力，结合作物生长机理数据，环境物联感知监测数据、作物生长数据、气象预报数据，建设农业Al算法集市，构建不同生长期的农作物生产管理数字化模型；
数据挖掘与分析：对生长数据进行统计、分析、汇总，以不同生长时期农作物长势的生长指标、各时期生产过程数字化知识库为基础，结合作物生长最优栽培管理模型、作物病虫害预警模型，制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，为用户在不同生长时期对农作物进行环境调控、水肥调控、病害诊断及农事操作提供辅助决策分析；
可视化展示：对采集的数据和分析结果进行可视化呈现。
优选的，所述环境数据库，包括环境数据、作物生长指标数据，环境数据主要包括空气温湿度数据、土壤温湿度及养分数据、二氧化碳浓度数据，主要通过相关传感器进行自动监测采集；作物生长数据包括生长阶段及长势情况数据，主要通过相关检测仪采集录入。
优选的，所述生产过程数字化知识库包括：
产前管理模块：对农作物种植前的准备过程的信息进行管理；
产中管理模块：对农作物的生长信息及农事操作进行管理；
产后管理模块：对农作物的产量和品质信息进行管理。
优选的，所述产前管理模块：完成农作物关于产前管理信息的数字化知识库建立，主要包括物资投入管理和种植地信息管理，其中种植地信息管理包括种植地负责人员、地理位置、地块编号以及所属区域基本信息管理，物资投入管理包括产前人工、农资方面的生产投入。
优选的，所述产中管理模块：农作物从种植开始，直到采摘结束的整个生产流程，完成农作物生长信息和农事操作的数字化知识库建立，主要包括不同生长期的定义、各个生长期的农作物标准化长势定义、最优环境指标范围定义、标准化农事操作定义。
优选的，所述产后管理模块：主要包括标准化生产管理下的生长期范围定义、亩产信息及作物品质定义方面的数字化知识库建立。
优选的，所述农作物生长最优栽培管理模型，所述系统将实时环境数据与正常长势环境数据结合并与不同生长阶段所需的环境及养分指标数据进行比对后筛选出最适宜种植的环境调控模型和预警措施，包括保温措施、通风措施、灌溉措施及施肥措施。
优选的，所述数据挖掘与分析，对环境数据和生长数据进行统计、分析、汇总，结合作物生长最优栽培管理模型制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，提供不同生长期对农作物进行环境调控、水肥调控及农事操作提供辅助决策分析。
优选的，所述可视化展示，显示终端包括计算机、手机、平板电脑；展示数据包括实时环境监测信息、病虫害预警信息、设备调控信息、作物长势信息、农事预警信息。
实施例
如图 1 所示，本发明一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统所述的系统采用计算机平台作为处理核心，在计算机平台建立包括空气温湿度、光照、土壤温湿度、二氧化碳浓度的环境数据的数据库；标准化生产模式下农作物生长信息、环境需求指标和农事任务的数字化知识库，所述数据库收集了历史气候数据和生产数据。图2所示通过传感器设备实时获取当前环境数据，其中1是空气温湿度光照度三合一传感器，用来监测收集空气温湿度数据和光照数据；2是控制箱，用来数据传输控制；3是土壤温湿度二合一传感器，用来监测收集土壤温湿度数据；4是太阳能板，为设备辅助提供电力能源。图3所示获取作物生长特征数据，包含株高、茎粗、叶面积、叶片数、单面积。
如图4所示，设施农作物以黄瓜为例，结合黄瓜生长状态及专家知识，将经验化的信息转化为数字化生产过程管理方案，将黄瓜生长过程划分为定植前管理、苗期管理、初花期管理及果期管理，其中定植前管理以基肥、定植时间确定为主，苗期、初花期及果期管理以环境调控管理、病害管理和农事管理为主。
如图5所示，以黄瓜为例，其种植管理知识主要包含不同生长期环境调控所需要的调控原理、病害预防所需要的知识和日常农事管理所需要的知识，因此将知识库划分为三个生育期知识库，每个生长期知识库依据知识类别划分为环境调控知识模块、病害预防知识模块及日常农事管理知识模块。
如图6、7、8所示，依据黄瓜不同生长期所涉及的环境调控、农事管理和病害诊断知识，制定最优调控及预警规则。
优选的，以黄瓜为例，根据生长苗期、初花期、果期知识库和决策规则库相关知识，以矩阵形式建立不同生长期不同生产管理指标的判断矩阵，其中环境调控判断矩阵以α(i)、水肥管理判断矩阵以β(i)、农事管理判断矩阵以ω(i)、病害诊断判断矩阵以ψ(i) 表示。在判断矩阵的基础上建立全周期生产管理种植模型 Y(t1、t2、t3)和操作模型A(t1、t2、t3)，并以对应矩阵乘法为规则建立生产管理数字化模型 F(t1、t2、t3)，实现生产管理数字化。
如图9、10、11、12、13所示，依据设施黄瓜苗期、初花期和果期生产管理判断矩阵建立全周期生产管理种植模型Y(t1、t2、t3;)，该模型中矩阵各列所表示农事管理内容如图9所示。全周期生产管理种植模型 Y(t1、t2、t3)中第一行表示苗期操作，第二行表示初花期操作，第三行表示果期操作，则全周期生产管理种植模型 Y(t1、t2、t3)如图10所示。依据不同生长时期所要进行的具体农事操作类型，构建全周期的农事操作模型A(t1、t2、t3)，其中矩阵模型中的三行分别表示:苗期、初花期和果期，列的含义同生产管理种植模型 Y(t1、t2、t3)。在农事操作中数值“1”表示该时期需要做的相应环境调控、农事管理及病害诊断方面的农事操作，则操作模型如图11所示；定义生产管理数字化模型为 F(t1、t2、t3)，由生产管理种植模型Y(t1、t2、t3)及操作模型 A(t1、t2、t3)相乘所得，定义两模型相乘规则为对应元素相乘，则全周期数字化模型如图12、13所示。
如图14所示，分析采集到的数据，分析主要对于之前搜集的生长数据进行统计、分析、汇总，结合主成分分析探寻不同生长时期能较为明显的表现黄瓜长势的生长指标，以知识库和规则库为基础，以矩阵形式构建生产管理数字化模型，为用户在不同生长时期对设施黄瓜进行农事操作、环境调控、水肥调控及病害诊断提供辅助决策作用。
本行业内技术人员只需按照其附带的使用说明书进行操作即可，而无需本领域的技术人员付出创造性劳动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于：包括：
环境数据库，对气候情况、农作物的长势情况，环境数据和种植情况的数据进行采集；
生产过程数字化知识库，借助知识表示形式制定农作物不同生长期的生产管理规则，将不同生长期的环境调控、病害诊断、水肥管理、农事操作管理内容规则化；
农作物生长最优栽培管理模型，依托PAI、AlFLOW算法中台能力，结合作物生长机理数据，环境物联感知监测数据、作物生长数据、气象预报数据，建设农业Al算法集市，构建不同生长期的农作物生产管理数字化模型；
数据挖掘与分析，对生长数据进行统计、分析、汇总，以不同生长时期农作物长势的生长指标、各时期生产过程数字化知识库为基础，结合作物生长最优栽培管理模型、作物病虫害预警模型，制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，为用户在不同生长时期对农作物进行环境调控、水肥调控、病害诊断及农事操作提供辅助决策分析；
可视化展示，对采集的数据和分析结果进行可视化呈现。
2.如权利要求1所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述环境数据库，包括环境数据、作物生长指标数据，环境数据主要包括空气温湿度数据、土壤温湿度及养分数据、二氧化碳浓度数据，主要通过相关传感器进行自动监测采集；作物生长数据包括生长阶段及长势情况数据，主要通过相关检测仪采集录入。
3.如权利要求1所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述生产过程数字化知识库包括：
产前管理模块，对农作物种植前的准备过程的信息进行管理；
产中管理模块，对农作物的生长信息及农事操作进行管理；
产后管理模块，对农作物的产量和品质信息进行管理。
4.如权利要求3所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述产前管理模块：完成农作物关于产前管理信息的数字化知识库建立，主要包括物资投入管理和种植地信息管理，其中种植地信息管理包括种植地负责人员、地理位置、地块编号以及所属区域方面的基本信息管理，物资投入管理包括产前人工、农资方面的生产投入。
5.如权利要求3所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述产中管理模块：农作物从种植开始，直到采摘结束的整个生产流程，完成农作物生长信息和农事操作的数字化知识库建立，主要包括不同生长期的定义、各个生长期的农作物标准化长势定义、最优环境指标范围定义、标准化农事操作定义。
6.如权利要求3所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述产后管理模块：主要包括标准化生产管理下的生长期范围定义、亩产信息及作物品质定义方面的数字化知识库建立。
7.如权利要求1所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述农作物生长最优栽培管理模型，所述系统将实时环境数据与正常长势环境数据结合并与不同生长阶段所需的环境及养分指标数据进行比对后筛选出最适宜种植的环境调控模型和预警措施，包括保温措施、通风措施、灌溉措施及施肥措施。
8.如权利要求1所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述数据挖掘与分析，对环境数据和生长数据进行统计、分析、汇总，结合作物生长最优栽培管理模型制定最优环境调控策略和最佳农事操作策略，提供不同生长期对农作物进行环境调控、水肥调控及农事操作提供辅助决策分析。
9.如权利要求1所述的一种基于农作物栽培管理模型的种植辅助决策系统，其特征在于，所述可视化展示，显示终端包括计算机、手机、平板电脑；展示数据包括实时环境监测信息、病虫害预警信息、设备调控信息、作物长势信息、农事预警信息。
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Citations (8)
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-
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- 2023-12-26 CN CN202311803430.2A patent/CN117474294A/zh active Pending
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