CN117501949A - 一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法，涉及土壤施肥技术领域。为了解决目前的水稻测深施肥机由于缺少智能化控制，施肥的均匀性差，肥料浪费较大，对操作人员的要求高，严重影响了该技术在生产中的引用和推广的问题；本发明包括信息采集终端、检测控制平台和远程监测平台；通过采用智能化的施肥量控制技术，能够有效提升生产率，减少肥浪费，提高肥料利用率，打破传统的设计观念，达到节本增效的目的；通过检测土壤养分情况实现水田的变量施肥，保证每株水稻获得最佳养分，减少施肥量，为农作物施肥灌溉工作节省了大量时间，且能有效提高肥料吸收率并保证植株对称平衡生长。
Description
技术领域
本发明涉及土壤施肥技术领域，特别涉及一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法。
背景技术
水稻侧深施肥是施肥技术的重大革新，有利于水稻的根系吸收利用，不仅可以提高产量，而且节省化肥10％-30％，同时减少稻田水对喝水的污染。是一项与培肥地力、培育壮苗、灌水管理、肥料选用、病虫防治、机械选用等单项技术综合组装配套的栽培体系，是减肥、省力、节本、增效的一项技术措施。但是目前的水稻测深施肥机由于缺少智能化控制，施肥的均匀性差，肥料浪费较大，对操作人员的要求高，严重影响了该技术在生产中的引用和推广。所以，研发智能水稻精量侧深施肥机对减少化肥的使用和减少环境污染，提高产量具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法，采用土壤肥沃度传感器实时检测土壤养分情况，实现水田的变量施肥，能够有效提成生产率，减少肥料浪费，提高肥料利用率，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：
一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，包括信息采集终端、检测控制平台和远程监测平台；
所述信息采集终端，用于采集待检测区域的土壤肥沃度数据和待检测区域的视频监控数据，将采集到的土壤肥沃度数据和视频监控数据打包生成数据集后绑定定位数据，将所述数据集和定位数据输送至检测控制平台；
所述信息采集终端，还用于获取变量施肥终端数据，其中，所述变量施肥终端数据包括：施肥车辆移动数据、施肥肥料流量数据和施肥肥料浓度数据；
所述检测控制平台，用于获取所述数据集和变量施肥终端数据，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，判断所述土壤肥沃度数据的数据范围，及与所述数据范围确定施肥计划；
获取当前变量施肥终端数据，基于所述施肥计划提取施肥肥料浓度数据并进行浓度调配，确定车辆移动速度和当前施肥肥料浓度下所述施肥肥料的输出计量；
所述远程监测平台，用于建立与检测控制平台和信息采集终端的数据传输通道，获取检测控制平台主动上传的变量施肥数据，并获取信息采集终端的视频数据在移动终端实时显示。
进一步的，所述信息采集终端，包括：
采样单元，用于获取施肥车所在位置的土壤样本，提取所述土壤样本中的EC值和pH值，确定土壤肥沃度数据；
运行数据采集单元，用于获取所述施肥车所在位置的定位数据和施肥车内的施肥肥料浓度数据，将所述定位数据和施肥肥料浓度数据与所述土壤肥沃度数据一一对应；
视频数据采集单元，用于获取所述施肥车视频监控数据，并将所述视频监控数据与所述土壤肥沃度数据打包生成数据集，并基于所述视频监控数据确定时间数据。
进一步的，所述检测控制平台，包括：
样本数据检测单元，用于获取所述数据集，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，将所述EC值和pH值输入至预设EC参量值和pH参量值中，获取所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值；
施肥肥料检测单元，用于获取与所述土壤肥沃度数据对应的施肥肥料浓度数据，确定所述施肥肥料浓度数据的肥料EC值和pH值。
进一步的，所述样本数据检测单元，包括：
数据整合模块，用于对所述检测数据、定位数据与时间数据进行数据标准化，得到标准监测数据、标准定位数据与标准时间数据，获取所述标准定位数据的坐标特征和标准时间数据的时间特征；
基于所述坐标特征和时间特征对所述标准检测数据、标准定位数据与标准时间数据进行动态整合，得到多组整合数据，基于所述多组整合数据生成数据组；
数字输入模块，用于基于检测数据提取所述数据组中的所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值，生成肥料浓度调节差值；
施肥计划生成模块，用于利用所述肥料浓度调节差值确定调节肥料车行驶速度，基于行驶速度生成肥料调节速度及肥料投放量，根据所述调节速度及肥料投放量生成施肥行驶方案。
进一步的，所述施肥肥料检测单元，包括：
肥料浓度检测模块，用于获取所述肥料EC值和pH值，基于所述肥料浓度调节差值确定肥料EC值和pH值的互补差值，确定肥料变量值，基于所述肥料变量值进行肥料浓度调配；
车辆行动控制模块，用于基于所述施肥行驶方案确定肥料车行驶路线、行驶速度和肥料投放量，将所述行驶路线、行驶速度和肥料投放量输入至指令数据库中进行匹配，生成控制指令，施肥车基于所述控制指令进行相应的施肥工作。
进一步的，所述远程监测平台，包括：
数据传输单元，用于分别确定所述远程监测平台与所述信息采集终端的第一通信链路、所述远程监测平台与所述检测控制平台的第二通讯链路；
数据接收单元，用于基于所述第一通信链路和第二通讯链路获取变量施肥数据和视频监控数据；
数据展示单元，用于在移动终端显示变量施肥数据中的数据参数，观察设备运行状况，并对设备当前视频进行实时播放，在移动终端地图上显示设备定位坐标，并在地图中显示当前施肥行驶方案的行驶路线。
本发明提供另一种技术方案：一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥方法，包括以下步骤：
步骤一：将施肥车辆行驶至待施肥土壤上，土壤肥沃度传感器对待施肥土壤进行样本提取检测，基于待施肥土壤的肥沃度进行施肥方案的制定；
步骤二：基于制定的施肥方案确定施肥车的当前状态，并对施肥车进行控制指令的输入，驱动电动送料泵进行启动，将合适浓度的施肥肥料混入灌溉管道，并实时监测混肥管道中施肥肥料的EC值和pH值；
步骤三：控制施肥车基于行驶路径进行行驶，同时，获取施肥车辆的定位数据，判断车辆移动方向与速度是否符合施肥行驶方案，将施肥肥料的EC值和pH值与设定的适合植物生长的EC参量值和pH参量值比较，根据比较状况控制电动送料泵调整肥料投放量。
进一步的，针对步骤三，施肥车上装载的视频采集终端进行视频采集，并将相应的视频在本地临时缓存，施肥车实时获取目标位置和当前地点的经纬度，根据经纬度确定前进方向，实现施肥车沿着行驶路径进行行驶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过采用智能化的施肥量控制技术，能够有效提升生产率，减少肥浪费，提高肥料利用率，打破传统的设计观念，达到节本增效的目的；通过检测土壤养分情况实现水田的变量施肥，保证每株水稻获得最佳养分，减少施肥量，为农作物施肥灌溉工作节省了大量时间，且能有效提高肥料吸收率并保证植株对称平衡生长，通过设备端的液晶显示触摸屏幕，手机APP客户端或上网客户端进行智能灌溉施肥的远程监控和控制，且用户能够获取灌溉施肥各项参数信息，实现灌溉施肥数据管理及分析。
2.通过建立远程监测平台与信息采集终端和检测控制平台的通讯链路，可同时接收信息采集终端和检测控制平台上传的数据，并在移动终端上分区显示，遵循稳定性高、可扩展性好的原则，具有一定的抗干扰能力和模块化标准，为用户提供各种差分服务方式和更好的精度，可实时远程观察设备运行状况和设备施肥中的数据参数，可以根据不同的作业时间读取数据库中储存的作业数据，查看作业信息路线，提高用户使用体验。
附图说明
图1为本发明的信息采集终端模块图；
图2为本发明的检测控制平台模块图；
图3为本发明的远程监测平台模块图；
图4为本发明的智能化变量施肥系统流程图；
图5为本发明的智能化变量施肥方法流程图。
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。
为了解决目前的水稻测深施肥机由于缺少智能化控制，施肥的均匀性差，肥料浪费较大，对操作人员的要求高，严重影响了该技术在生产中的引用和推广的技术问题，请参阅图1-4，本实施例提供以下技术方案：
一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，包括信息采集终端、检测控制平台和远程监测平台；信息采集终端，用于采集待检测区域的土壤肥沃度数据和待检测区域的视频监控数据，将采集到的土壤肥沃度数据和视频监控数据打包生成数据集后绑定定位数据，将所述数据集和定位数据输送至检测控制平台；信息采集终端，还用于获取变量施肥终端数据，其中，所述变量施肥终端数据包括：施肥车辆移动数据、施肥肥料流量数据和施肥肥料浓度数据；检测控制平台，用于获取所述数据集和变量施肥终端数据，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，判断所述土壤肥沃度数据的数据范围，及与所述数据范围确定施肥计划；获取当前变量施肥终端数据，基于所述施肥计划提取施肥肥料浓度数据并进行浓度调配，确定车辆移动速度和当前施肥肥料浓度下所述施肥肥料的输出计量；远程监测平台，用于建立与检测控制平台和信息采集终端的数据传输通道，获取检测控制平台主动上传的变量施肥数据，并获取信息采集终端的视频数据在移动终端实时显示。
具体的，通过采用智能化的施肥量控制技术，能够有效提升生产率，减少肥浪费，提高肥料利用率，打破传统的设计观念，达到节本增效的目的；通过检测土壤养分情况实现水田的变量施肥，保证每株水稻获得最佳养分，减少施肥量，为农作物施肥灌溉工作节省了大量时间，且能有效提高肥料吸收率并保证植株对称平衡生长，通过设备端的液晶显示触摸屏幕，手机APP客户端或上网客户端进行智能灌溉施肥的远程监控和控制，且用户能够获取灌溉施肥各项参数信息，实现灌溉施肥数据管理及分析。
为了解决现有的施肥机无法根据实际的土壤肥力进行施肥量和施肥浓度的调整，无法合理利用化肥，降低化肥利用效率的技术问题，请参阅图1-2，本实施例提供以下技术方案：
信息采集终端，包括采样单元，用于获取施肥车所在位置的土壤样本，提取所述土壤样本中的EC值和pH值，确定土壤肥沃度数据；运行数据采集单元，用于获取所述施肥车所在位置的定位数据和施肥车内的施肥肥料浓度数据，将所述定位数据和施肥肥料浓度数据与所述土壤肥沃度数据一一对应；视频数据采集单元，用于获取所述施肥车视频监控数据，并将所述视频监控数据与所述土壤肥沃度数据打包生成数据集，并基于所述视频监控数据确定时间数据；
检测控制平台，包括样本数据检测单元，用于获取所述数据集，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，将所述EC值和pH值输入至预设EC参量值和pH参量值中，获取所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值；施肥肥料检测单元，用于获取与所述土壤肥沃度数据对应的施肥肥料浓度数据，确定所述施肥肥料浓度数据的肥料EC值和pH值。
具体的，通过获取施肥车所在位置的土壤样本，根据土壤样本中的EC值和pH值进行数值差的计算，确定土壤样本中的EC值和pH值与用户设定的适合植物生长的EC值和pH值的差值，方便系统根据差值进行施肥量和灌溉量的计算与分析，充分利用原有土壤肥力，提高化肥利用效率，以实现降低投入、高产出、减少污染及保护环境的目标。
为了解决无法有效的控制施肥量、施肥时间和灌水量，造成了施肥作业过程中对土壤和地下水造成污染的技术问题，请参阅图2，本实施例提供以下技术方案：
样本数据检测单元，包括数据整合模块，用于对所述检测数据、定位数据与时间数据进行数据标准化，得到标准监测数据、标准定位数据与标准时间数据，获取所述标准定位数据的坐标特征和标准时间数据的时间特征；基于所述坐标特征和时间特征对所述标准检测数据、标准定位数据与标准时间数据进行动态整合，得到多组整合数据，基于所述多组整合数据生成数据组；数字输入模块，用于基于检测数据提取所述数据组中的所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值，生成肥料浓度调节差值；施肥计划生成模块，用于利用所述肥料浓度调节差值确定调节肥料车行驶速度，基于行驶速度生成肥料调节速度及肥料投放量，根据所述调节速度及肥料投放量生成施肥行驶方案；
施肥肥料检测单元，包括肥料浓度检测模块，用于获取所述肥料EC值和pH值，基于所述肥料浓度调节差值确定肥料EC值和pH值的互补差值，确定肥料变量值，基于所述肥料变量值进行肥料浓度调配；车辆行动控制模块，用于基于所述施肥行驶方案确定肥料车行驶路线、行驶速度和肥料投放量，将所述行驶路线、行驶速度和肥料投放量输入至指令数据库中进行匹配，生成控制指令，施肥车基于所述控制指令进行相应的施肥工作。
具体的，通过对检测数据、定位数据与时间数据进行数据标准化，提高了对数据的分析计算能力和效率，将数据整合得到多组整合数据，保证了后续依赖数据组提取数据进行数据分析的效率和准确性，保证对数据分析检测的时效性，提高检测效果和检测质量，数据库内部存储有指令逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，通过获取的数据与指令一一匹配，从而控制施肥车进行响应的施肥工作，提高了工作效率。
为了解决现有技术中无法智能远程进行施肥监控，施肥作业完成后无法对施肥数据进行调取与回放，功能单一，降低了用户体验感的技术问题，请参阅图3，本实施例提供以下技术方案：
远程监测平台，包括数据传输单元，用于分别确定所述远程监测平台与所述信息采集终端的第一通信链路、所述远程监测平台与所述检测控制平台的第二通讯链路；数据接收单元，用于基于所述第一通信链路和第二通讯链路获取变量施肥数据和视频监控数据；数据展示单元，用于在移动终端显示变量施肥数据中的数据参数，观察设备运行状况，并对设备当前视频进行实时播放，在移动终端地图上显示设备定位坐标，并在地图中显示当前施肥行驶方案的行驶路线。
具体的，通过建立远程监测平台与信息采集终端和检测控制平台的通讯链路，可同时接收信息采集终端和检测控制平台上传的数据，并在移动终端上分区显示，遵循稳定性高、可扩展性好的原则，具有一定的抗干扰能力和模块化标准，为用户提供各种差分服务方式和更好的精度，可实时远程观察设备运行状况和设备施肥中的数据参数，可以根据不同的作业时间读取数据库中储存的作业数据，查看作业信息路线，提高用户使用体验。
为了更好的体现基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，请参阅图5，本发明提供一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥方法，包括以下步骤：
步骤一：将施肥车辆行驶至待施肥土壤上，土壤肥沃度传感器对待施肥土壤进行样本提取检测，基于待施肥土壤的肥沃度进行施肥方案的制定；
步骤二：基于制定的施肥方案确定施肥车的当前状态，并对施肥车进行控制指令的输入，驱动电动送料泵进行启动，将合适浓度的施肥肥料混入灌溉管道，并实时监测混肥管道中施肥肥料的EC值和pH值；
步骤三：控制施肥车基于行驶路径进行行驶，同时，获取施肥车辆的定位数据，判断车辆移动方向与速度是否符合施肥行驶方案，将施肥肥料的EC值和pH值与设定的适合植物生长的EC参量值和pH参量值比较，根据比较状况控制电动送料泵调整肥料投放量；
施肥车上装载的视频采集终端进行视频采集，并将相应的视频在本地临时缓存，施肥车实时获取目标位置和当前地点的经纬度，根据经纬度确定前进方向，实现施肥车沿着行驶路径进行行。
具体的，通过土壤肥沃度传感器对通过田垄的土壤肥力进行实时监控检测，从而驱动电动送料泵进行启动，使施肥肥料通过施肥车上的灌溉管道对土壤进行施肥，提高肥料的利用率，从而实现不同土壤的养分供应，防止土壤养分供应过量或养分不够的情况，提高了农作物生产质量；同理，跟根据农作物生长的实际需求进行施肥肥料的更换，对农作物进行灌溉，在需要灌溉时控制电动送料泵的打开关闭，以便按照需求进行灌溉方式和灌溉量实现给农作物的灌水。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：包括信息采集终端、检测控制平台和远程监测平台；
所述信息采集终端，用于采集待检测区域的土壤肥沃度数据和待检测区域的视频监控数据，将采集到的土壤肥沃度数据和视频监控数据打包生成数据集后绑定定位数据，将所述数据集和定位数据输送至检测控制平台；
所述信息采集终端，还用于获取变量施肥终端数据，其中，所述变量施肥终端数据包括：施肥车辆移动数据、施肥肥料流量数据和施肥肥料浓度数据；
所述检测控制平台，用于获取所述数据集和变量施肥终端数据，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，判断所述土壤肥沃度数据的数据范围，及与所述数据范围确定施肥计划；
获取当前变量施肥终端数据，基于所述施肥计划提取施肥肥料浓度数据并进行浓度调配，确定车辆移动速度和当前施肥肥料浓度下所述施肥肥料的输出计量；
所述远程监测平台，用于建立与检测控制平台和信息采集终端的数据传输通道，获取检测控制平台主动上传的变量施肥数据，并获取信息采集终端的视频数据在移动终端实时显示。
2.如权利要求1所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：所述信息采集终端，包括：
采样单元，用于获取施肥车所在位置的土壤样本，提取所述土壤样本中的EC值和pH值，确定土壤肥沃度数据；
运行数据采集单元，用于获取所述施肥车所在位置的定位数据和施肥车内的施肥肥料浓度数据，将所述定位数据和施肥肥料浓度数据与所述土壤肥沃度数据一一对应；
视频数据采集单元，用于获取所述施肥车视频监控数据，并将所述视频监控数据与所述土壤肥沃度数据打包生成数据集，并基于所述视频监控数据确定时间数据。
3.如权利要求2所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：所述检测控制平台，包括：
样本数据检测单元，用于获取所述数据集，提取所述数据集中的土壤肥沃度数据，将所述EC值和pH值输入至预设EC参量值和pH参量值中，获取所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值；
施肥肥料检测单元，用于获取与所述土壤肥沃度数据对应的施肥肥料浓度数据，确定所述施肥肥料浓度数据的肥料EC值和pH值。
4.如权利要求3所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：所述样本数据检测单元，包括：
数据整合模块，用于对所述检测数据、定位数据与时间数据进行数据标准化，得到标准监测数据、标准定位数据与标准时间数据，获取所述标准定位数据的坐标特征和标准时间数据的时间特征；
基于所述坐标特征和时间特征对所述标准检测数据、标准定位数据与标准时间数据进行动态整合，得到多组整合数据，基于所述多组整合数据生成数据组；
数字输入模块，用于基于检测数据提取所述数据组中的所述EC值与EC参量值和pH值与pH参量值对应的差值，生成肥料浓度调节差值；
施肥计划生成模块，用于利用所述肥料浓度调节差值确定调节肥料车行驶速度，基于行驶速度生成肥料调节速度及肥料投放量，根据所述调节速度及肥料投放量生成施肥行驶方案。
5.如权利要求4所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：所述施肥肥料检测单元，包括：
肥料浓度检测模块，用于获取所述肥料EC值和pH值，基于所述肥料浓度调节差值确定肥料EC值和pH值的互补差值，确定肥料变量值，基于所述肥料变量值进行肥料浓度调配；
车辆行动控制模块，用于基于所述施肥行驶方案确定肥料车行驶路线、行驶速度和肥料投放量，将所述行驶路线、行驶速度和肥料投放量输入至指令数据库中进行匹配，生成控制指令，施肥车基于所述控制指令进行相应的施肥工作。
6.如权利要求5所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：所述远程监测平台，包括：
数据传输单元，用于分别确定所述远程监测平台与所述信息采集终端的第一通信链路、所述远程监测平台与所述检测控制平台的第二通讯链路；
数据接收单元，用于基于所述第一通信链路和第二通讯链路获取变量施肥数据和视频监控数据；
数据展示单元，用于在移动终端显示变量施肥数据中的数据参数，观察设备运行状况，并对设备当前视频进行实时播放，在移动终端地图上显示设备定位坐标，并在地图中显示当前施肥行驶方案的行驶路线。
7.一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥方法，包括如权利要求1-6所述的基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将施肥车辆行驶至待施肥土壤上，土壤肥沃度传感器对待施肥土壤进行样本提取检测，基于待施肥土壤的肥沃度进行施肥方案的制定；
步骤二：基于制定的施肥方案确定施肥车的当前状态，并对施肥车进行控制指令的输入，驱动电动送料泵进行启动，将合适浓度的施肥肥料混入灌溉管道，并实时监测混肥管道中施肥肥料的EC值和pH值；
步骤三：控制施肥车基于行驶路径进行行驶，同时，获取施肥车辆的定位数据，判断车辆移动方向与速度是否符合施肥行驶方案，将施肥肥料的EC值和pH值与设定的适合植物生长的EC参量值和pH参量值比较，根据比较状况控制电动送料泵调整肥料投放量。
8.如权利要求7所述的一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥方法，其特征在于：针对步骤三，施肥车上装载的视频采集终端进行视频采集，并将相应的视频在本地临时缓存，施肥车实时获取目标位置和当前地点的经纬度，根据经纬度确定前进方向，实现施肥车沿着行驶路径进行行驶。
Priority Applications (1)
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| CN202311731037.7A CN117501949A (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法 |
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| CN202311731037.7A CN117501949A (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种基于土壤肥沃度检测的智能化变量施肥系统及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117882546A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-16 | 山西诚鼎伟业科技有限责任公司 | 一种面向农业作业机器人的智能化种植方法 |
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2023
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117882546A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-16 | 山西诚鼎伟业科技有限责任公司 | 一种面向农业作业机器人的智能化种植方法 |
| CN117882546B (zh) * | 2024-03-13 | 2024-05-24 | 山西诚鼎伟业科技有限责任公司 | 一种面向农业作业机器人的智能化种植方法 |
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