DE202023106835U1 - System to optimize irrigation in agricultural fields using big data analytics - Google Patents

System to optimize irrigation in agricultural fields using big data analytics Download PDF

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Abstract

Ein System (100) zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern unter Verwendung von Big-Data-Analysen, wobei das System (100) Folgendes umfasst:
einen auf dem Internet der Dinge (IOT) basierenden Sensor (102) zum Sammeln einer Vielzahl von Echtzeit-Felddaten, die für die Optimierung der Bewässerung wesentlich sind, wobei die Vielzahl von Echtzeit-Felddaten in einer Datenbank (104) gespeichert wird;
eine Datenverarbeitungseinheit (106), die mit dem IOT-basierten Sensor (102) verbunden ist, um die Vielzahl der gesammelten Echtzeit-Felddaten zu verarbeiten, um strukturierte Datensätze zur Vorhersage optimaler Bewässerungsparameter zu bilden;
eine auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108), die mit der Datenverarbeitungseinheit (106) verbunden ist, um den Bewässerungsbedarf im landwirtschaftlichen Feld basierend auf den vorhergesagten optimalen Parametern zu optimieren, wobei ein Steuerventil (110a) mit der Steuereinheit (108) verbunden ist. zum Regeln einer Düse (110b) einer Wasserauslasseinheit (110c) basierend auf den optimierten Bewässerungsparametern; und
eine Benutzerschnittstelleneinheit (112), die über ein Kommunikationsmedium (114) mit der auf künstlicher Intelligenz basierenden Steuereinheit (108) verbunden ist, um die von der Steuereinheit (108) generierten optimierten Bewässerungsparameter und Empfehlungen anzuzeigen.

Figure DE202023106835U1_0000
A system (100) for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analytics, the system (100) comprising:
an Internet of Things (IOT) based sensor (102) for collecting a plurality of real-time field data essential to optimizing irrigation, the plurality of real-time field data being stored in a database (104);
a data processing unit (106) connected to the IOT-based sensor (102) for processing the plurality of collected real-time field data to form structured data sets for predicting optimal irrigation parameters;
an artificial intelligence-based control unit (108) connected to the data processing unit (106) to optimize the irrigation demand in the agricultural field based on the predicted optimal parameters, wherein a control valve (110a) is connected to the control unit (108). for controlling a nozzle (110b) of a water outlet unit (110c) based on the optimized irrigation parameters; and
a user interface unit (112) connected to the artificial intelligence-based control unit (108) via a communication medium (114) for displaying the optimized irrigation parameters and recommendations generated by the control unit (108).
Figure DE202023106835U1_0000

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Big-Data-Analysesysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern mithilfe von Big-Data-Analysen.The present invention relates to the field of big data analysis systems. In particular, the present invention relates to a system for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analysis.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die Wasserknappheit hat ein kritisches Ausmaß erreicht, da der Agrarsektor über 60 % der Wasservorräte des Landes verbraucht. Das schnelle Bevölkerungswachstum hat den Wasserbedarf für verschiedene Aktivitäten dramatisch erhöht. Klimawandel und Umweltverschmutzung haben die begrenzten Wasserressourcen zusätzlich belastet.Water scarcity has reached critical levels with the agricultural sector consuming over 60% of the country's water supplies. Rapid population growth has dramatically increased the demand for water for various activities. Climate change and pollution have placed additional strain on limited water resources.

Herkömmliche Bewässerungsmethoden sind äußerst ineffizient und führen zu erheblichen Wasserverlusten durch Verdunstung, Abfluss und Überwässerung. Angesichts der zunehmenden Knappheit sind optimierte Bewässerungsstrategien, die genau auf die Bedürfnisse der Kulturpflanzen zugeschnitten sind, unerlässlich. Bevölkerungswachstum und Klimawandel belasten zunehmend die begrenzten Vorräte.Traditional irrigation methods are extremely inefficient and result in significant water losses through evaporation, runoff and overwatering. Given the increasing scarcity, optimized irrigation strategies that are tailored precisely to the needs of crops are essential. Population growth and climate change are putting increasing strain on limited supplies.

Bewässerung ist weltweit für die Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung und macht etwa 70 % der weltweiten Süßwasserentnahmen aus. Traditionelle Bewässerungspraktiken sind jedoch äußerst wasserineffizient, da Schätzungen zufolge über 50 % des Wassers durch Verdunstung, Abfluss und Überwässerung verloren gehen. Dies stellt eine entscheidende Herausforderung für die Nachhaltigkeit dar, da die Knappheit aufgrund von Faktoren wie Klimawandel, Umweltverschmutzung und Bevölkerungswachstum zunimmt.Irrigation is critical to agriculture worldwide and accounts for approximately 70% of global freshwater withdrawals. However, traditional irrigation practices are extremely water inefficient, with estimates suggesting that over 50% of water is lost to evaporation, runoff and overwatering. This represents a critical sustainability challenge as scarcity increases due to factors such as climate change, pollution and population growth.

Vorherrschend ist die konventionelle Hochwasserbewässerung, bei der das Wasser gleichmäßig über die Felder verteilt wird. Allerdings führen räumliche Unterschiede im Boden, in den Kulturpflanzenarten und im Mikroklima zu einem ungleichmäßigen Bewässerungsbedarf. Die Hochwasserbewässerung kann sich diesen Unterschieden nicht anpassen und verschwendet Wasser in überbewässerten Gebieten, während es anderswo zu wenig bewässert wird. Sprinkler- und Tropfmethoden sind ähnlich ungenau.Conventional flood irrigation is predominant, in which the water is distributed evenly across the fields. However, spatial differences in soil, crop species and microclimate result in uneven irrigation needs. Flood irrigation cannot adapt to these differences and wastes water in over-irrigated areas while under-irrigating elsewhere. Sprinkler and drip methods are similarly inaccurate.

Innovative Technologien ermöglichen jetzt eine datengesteuerte Optimierung von Bewässerungsmengen und -zeitpunkten. Satelliten- und Luftbilder liefern häufige, hochauflösende Ansichten der Vegetation und Evapotranspiration großer Gebiete. Sensoren im Feld überwachen kontinuierlich die Bodenfeuchtigkeit, die Temperatur, den Saftfluss und andere Parameter. Wetterstationen erfassen hyperlokale Bedingungen.Innovative technologies now enable data-driven optimization of irrigation amounts and times. Satellite and aerial imagery provides frequent, high-resolution views of vegetation and evapotranspiration over large areas. Sensors in the field continuously monitor soil moisture, temperature, sap flow and other parameters. Weather stations record hyperlocal conditions.

Es gibt verschiedene sensorbasierte Automatisierungssysteme, wie zum Beispiel bodenfeuchtegesteuerte Steuerungen. Diese bewässern jedoch reaktiv, wenn Böden trocken werden, anstatt proaktiv zu optimieren. Einige kleine Pilotprojekte haben prädiktive Analysen implementiert, sind jedoch nicht effizient genug für die Bewältigung des Wasserbedarfs.There are various sensor-based automation systems, such as soil moisture-controlled controls. However, these irrigate reactively when soils become dry instead of proactively optimizing. Some small pilot projects have implemented predictive analytics, but are not efficient enough to address water demand.

Daher besteht Bedarf an der Entwicklung eines intelligenten Bewässerungsoptimierungssystems, das Big-Data-Analysen nutzt, um erhebliche Wassereinsparungen und Ernteertragssteigerungen zu ermöglichen.Therefore, there is a need to develop an intelligent irrigation optimization system that leverages big data analytics to enable significant water savings and crop yield increases.

Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und herkömmlicher Systeme und Methoden.The technical advances disclosed by the present invention overcome the limitations and disadvantages of existing and conventional systems and methods.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein intelligentes Bewässerungsoptimierungssystem, das Big-Data-Analysen nutzt, um erhebliche Wassereinsparungen und Ernteertragsverbesserungen zu ermöglichen.The present invention generally relates to an intelligent irrigation optimization system that utilizes big data analytics to provide significant water savings and crop yield improvements.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein integriertes intelligentes Bewässerungsoptimierungssystem zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern bereitzustellen.An object of the present invention is to provide an integrated intelligent irrigation optimization system for optimizing irrigation in agricultural fields.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, umfangreiche Sensornetzwerke zur Datenerfassung mit cloudbasierter Speicherung und Datenverarbeitung zu kombinieren.Another aim of the present invention is to combine large-scale sensor networks for data collection with cloud-based storage and data processing.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, mithilfe von KI-Optimierungstechniken optimierte Bewässerungsempfehlungen zu generieren, um die Gesundheit und Erträge der Pflanzen zu verbessern.Another aim of the present invention is to use AI optimization techniques to generate optimized irrigation recommendations to improve crop health and yields.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch optimierte Bewässerung eine erhöhte Wassernutzungseffizienz bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide increased water use efficiency through optimized irrigation.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges, energieeffizientes und arbeitseffizientes System bereitzustellen.Yet another object of the present invention is to provide a low cost, energy efficient and labor efficient system.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine präzise Echtzeitbewässerung basierend auf sich ändernden Bedingungen bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide precise, real-time irrigation based on changing conditions.

Die Offenbarung bezieht sich auf ein System zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern mithilfe von Big-Data-Analysen, wobei das System Folgendes umfasst: einen auf dem Internet der Dinge (IOT) basierenden Sensor zum Sammeln einer Vielzahl von Echtzeit-Felddaten, die für die Optimierung der Bewässerung wesentlich sind, wobei die Vielzahl von Echtzeitdaten Felddaten werden in einer Datenbank gespeichert; eine Datenverarbeitungseinheit, die mit dem IOT-basierten Sensor verbunden ist, um die Vielzahl der gesammelten Echtzeit-Felddaten zu verarbeiten, um strukturierte Datensätze zur Vorhersage optimaler Bewässerungsparameter zu bilden; eine auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit, die mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden ist, um den Bewässerungsbedarf im landwirtschaftlichen Bereich basierend auf den vorhergesagten optimalen Parametern zu optimieren, wobei ein Steuerventil mit der Steuereinheit verbunden ist, um eine Düse einer Wasserauslasseinheit basierend auf diesen zu regulieren optimierte Bewässerungsparameter; und eine Benutzerschnittstelleneinheit, die über ein Kommunikationsmedium mit der auf künstlicher Intelligenz basierenden Steuereinheit verbunden ist, um die von der Steuereinheit generierten optimierten Bewässerungsparameter und Empfehlungen anzuzeigen.The disclosure relates to a system for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analytics, the system comprising: an Internet of Things (IOT) based sensor for collecting a variety of real-time field data necessary for the optimization of irrigation is essential, with the variety of real-time field data being stored in a database; a data processing unit connected to the IOT-based sensor to process the plurality of collected real-time field data to form structured data sets for predicting optimal irrigation parameters; an artificial intelligence-based control unit connected to the data processing unit to optimize irrigation needs in the agricultural field based on the predicted optimal parameters, a control valve connected to the control unit to regulate a nozzle of a water outlet unit based on these optimized irrigation parameters ; and a user interface unit connected to the artificial intelligence-based control unit via a communication medium to display the optimized irrigation parameters and recommendations generated by the control unit.

Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnung nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellt und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen ist. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.In order to further illustrate the advantages and features of the present invention, a more detailed description of the invention will be made with reference to specific embodiments thereof shown in the accompanying drawings. It is understood that this drawing represents only typical embodiments of the invention and is therefore not to be viewed as limiting its scope. The invention is described and explained in more detail and in more detail with reference to the accompanying drawing.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURE

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gelesen wird, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:

  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern mithilfe von Big-Data-Analysen.
These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals represent like parts, in which:
  • 1 shows a block diagram of a system for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analytics.

Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in der Zeichnung der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in der Zeichnung durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnung zeigt möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnung nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus der Beschreibung hierin zieht, leicht ersichtlich sind.Additionally, experienced craftsmen will recognize that elements in the drawing are shown for convenience and may not necessarily have been drawn to scale. For example, the flowcharts illustrate the method through key steps that help improve understanding of aspects of the present disclosure. Additionally, in view of the construction of the device, one or more components of the device may have been represented in the drawing by conventional symbols, and the drawing may show only the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure around the drawing not to be obscured by details that would be readily apparent to one of ordinary skill in the art who would benefit from the description herein.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:DETAILED DESCRIPTION:

Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.In order to promote understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiment shown in the drawings and specific language will be used to describe the same. It is to be understood, however, that this is not intended to limit the scope of the invention, since changes and further modifications to the system illustrated and further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would normally occur to one skilled in the art Technology to which the invention relates.

Der Fachmann versteht, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and illustrative of the invention and are not intended to limit the same.

Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.References in this specification to “an aspect,” “another aspect,” or similar language mean that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention is included. Therefore, the phrases “in one embodiment,” “in another embodiment,” and similar phrases in this specification may, but not necessarily, refer to the same embodiment.

Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder alle anderen Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.The terms "includes", "comprising" or any other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, such that a process or method that includes a list of steps not only includes those steps, but may include other steps not expressly listed or are inherent in that process or method. Likewise, one or more devices or subsystems or elements or structures or components prefixed with "comprises...a" do not exclude, without further limitation, the existence of other devices or other subsystems or other elements or other structures from other components or additional devices or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as generally understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. The system, methods and examples provided herein are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben.Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern mithilfe von Big-Data-Analysen , wobei das System (100) Folgendes umfasst: einen auf dem Internet der Dinge (IOT) basierenden Sensor (102) und mehrere Feuchtigkeitssensoren (102a), ein Wettersensor (102b), ein Wasserdurchflusssensor (102c), eine Datenbank (104), eine Datenverarbeitungseinheit (106), eine auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108), ein Steuerventil (110a) , eine Düse (110b), eine Wasserauslasseinheit (110c), eine Benutzerschnittstelleneinheit (112), ein Kommunikationsmedium (114) und eine Verschlüsselungseinheit (114a). 1 shows a block diagram of a system (100) for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analytics, the system (100) comprising: an Internet of Things (IOT) based sensor (102) and a plurality of humidity sensors ( 102a), a weather sensor (102b), a water flow sensor (102c), a database (104), a data processing unit (106), an artificial intelligence-based control unit (108), a control valve (110a), a nozzle (110b), a Water outlet unit (110c), a user interface unit (112), a communication medium (114) and an encryption unit (114a).

Der auf dem Internet der Dinge (IOT) basierende Sensor (102) sammelt eine Vielzahl von Echtzeit-Felddaten, die für die Optimierung der Bewässerung wesentlich sind, wobei die Vielzahl von Echtzeit-Felddaten in einer Datenbank (104) gespeichert wird. Die Datenverarbeitungseinheit (106) ist mit dem IOT-basierten Sensor (102) verbunden, um die Vielzahl der gesammelten Echtzeit-Felddaten zu verarbeiten, um strukturierte Datensätze zur Vorhersage optimaler Bewässerungsparameter zu bilden. Die auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108) ist mit der Datenverarbeitungseinheit (106) verbunden, um den Bewässerungsbedarf im landwirtschaftlichen Feld basierend auf den vorhergesagten optimalen Parametern zu optimieren, wobei ein Steuerventil (110a) mit der Steuereinheit (108) verbunden ist) zur Regelung einer Düse (110b) einer Wasserauslasseinheit (110c) basierend auf den optimierten Bewässerungsparametern. Die Benutzerschnittstelleneinheit (112) ist über ein Kommunikationsmedium (114) mit der auf künstlicher Intelligenz basierenden Steuereinheit (108) verbunden, um die von der Steuereinheit (108) generierten optimierten Bewässerungsparameter und Empfehlungen anzuzeigen. The Internet of Things (IOT) based sensor (102) collects a variety of real-time field data essential to optimizing irrigation, the variety of real-time field data being stored in a database (104). The data processing unit (106) is connected to the IOT-based sensor (102) to process the plurality of collected real-time field data to form structured data sets for predicting optimal irrigation parameters. The artificial intelligence-based control unit (108) is connected to the data processing unit (106) to optimize the irrigation requirement in the agricultural field based on the predicted optimal parameters, wherein a control valve (110a) is connected to the control unit (108) for regulation a nozzle (110b) of a water outlet unit (110c) based on the optimized irrigation parameters. The user interface unit (112) is connected to the artificial intelligence-based control unit (108) via a communication medium (114) to display the optimized irrigation parameters and recommendations generated by the control unit (108).

In einer Ausführungsform sammelt der IOT-basierte Sensor (102) eine Vielzahl von Echtzeit-Felddaten wie Bodenfeuchtigkeit, Wetter und Wasserverbrauch.In one embodiment, the IOT-based sensor (102) collects a variety of real-time field data such as soil moisture, weather and water consumption.

In einer Ausführungsform umfasst der IOT-basierte Sensor (102) eine Vielzahl von Feuchtigkeitssensoren (102a), die in unterschiedlichen Bodentiefen eingesetzt werden, um die Bodenfeuchtigkeit zu messen, einen Wettersensor (102b) zur Messung von Wetterbedingungen wie Niederschlag, Wind und Luftfeuchtigkeit, einen Wasserdurchflusssensor (102c) zur Messung des Wasserdurchflusses durch Bewässerungsrohre und einen Satellitenbildsensor (102d) zur Erfassung von Erntedaten aus der Luft.In one embodiment, the IOT-based sensor (102) includes a plurality of moisture sensors (102a) that are deployed at different soil depths to measure soil moisture, a weather sensor (102b) for measuring weather conditions such as precipitation, wind and humidity Water flow sensor (102c) for measuring water flow through irrigation pipes and a satellite image sensor (102d) for collecting aerial crop data.

In einer Ausführungsform generiert die auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108) Empfehlungen zur Optimierung der Bewässerung in Echtzeit, um die Bewässerungsanforderungen des landwirtschaftlichen Feldes basierend auf den vorhergesagten optimalen Bewässerungsparametern zu erfüllen.In one embodiment, the artificial intelligence-based controller (108) generates real-time irrigation optimization recommendations to meet the irrigation requirements of the agricultural field based on the predicted optimal irrigation parameters.

In einer Ausführungsform ist das Kommunikationsmedium (114) ein Mobilfunknetz zum Aufbau der Kommunikation zwischen der Steuereinheit (108) und der Benutzerschnittstelleneinheit (112).In one embodiment, the communication medium (114) is a mobile radio network for establishing communication between the control unit (108) and the user interface unit (112).

In einer Ausführungsform zeigt die auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108) die Empfehlung entweder in Form einer interaktiven Feldkarte, eines Diagramms oder einer Tabelle oder einer Kombination davon basierend auf einer Technik des maschinellen Lernens an.In one embodiment, the artificial intelligence-based controller (108) displays the recommendation in either the form of an interactive field map, chart, or table, or a combination thereof based on a machine learning technique.

In einer Ausführungsform umfasst die Wasserauslasseinheit (110c) das Steuerventil (110a), um den Wasserfluss, der dem Feld durch die Düse (110b) zugeführt wird, basierend auf von der Steuereinheit (108) erzeugten Befehlssignalen zu regulieren.In one embodiment, the water outlet unit (110c) includes the control valve (110a) to regulate the flow of water supplied to the field through the nozzle (110b) based on command signals generated by the control unit (108).

In einer Ausführungsform überträgt das Kommunikationsmedium (114) die Daten sicher zwischen der Steuereinheit (108) und der Benutzerschnittstelleneinheit (112), nachdem sie durch eine Verschlüsselungseinheit (114a) verschlüsselt wurden.In one embodiment, the communication medium (114) securely transmits the data between the control unit (108) and the user interface unit (112) after being encrypted by an encryption unit (114a).

In einer Ausführungsform sammelt das System Daten von Sensoren und externen Quellen. Die Daten werden von einer Verarbeitungseinheit bereinigt und vorverarbeitet, um Parameter zur Optimierung der Parameter zu identifizieren, und die Daten werden von einer Verschlüsselungseinheit durch sichere Datenübertragung integriert. Die Steuereinheit analysiert die optimierten Parameter mithilfe von Techniken des maschinellen Lernens, um einen Empfehlungsbericht zur Optimierung der Bewässerung zu erstellen. Die optimierten Empfehlungen werden an die Benutzerschnittstelleneinheit übermittelt, um sie dem Landwirt oder Benutzer für weitere Aktionen anzuzeigen.In one embodiment, the system collects data from sensors and external sources. The data is cleaned and pre-processed by a processing unit to identify parameters for optimizing the parameters and the data are integrated by an encryption unit through secure data transmission. The control unit analyzes the optimized parameters using machine learning techniques to generate a recommendation report to optimize irrigation. The optimized recommendations are transmitted to the user interface unit to display them to the farmer or user for further actions.

In einer Ausführungsform wird die Übertragung der Daten durch die Verschlüsselungseinheit gesichert. Die Verschlüsselungseinheit besteht aus mehreren Netzwerksicherheitsprotokollen und Firewalls, um Sicherheit bei der Übertragung von Daten über ein Netzwerk zu gewährleisten. Die Verschlüsselungseinheit wird regelmäßigen Sicherheitsüberprüfungen und Patches unterzogen.In one embodiment, the transmission of the data is secured by the encryption unit. The encryption unit consists of several network security protocols and firewalls to ensure security when transmitting data over a network. The encryption unit undergoes regular security checks and patches.

In einer Ausführungsform wird die maschinelle Lerntechnik als überwachte Lerntechnik einschließlich Regression und neuronalen Netzen ausgewählt. Die Technik der künstlichen Intelligenz umfasst entweder lineare Programmierung oder quadratische Programmierung oder modellprädiktive Steuerung oder genetische Technik.In one embodiment, the machine learning technique is selected as a supervised learning technique including regression and neural networks. Artificial intelligence technique includes either linear programming or quadratic programming or model predictive control or genetic engineering.

Die Zeichnung und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. The drawing and the description above provide examples of embodiments. Those skilled in the art will recognize that one or more of the elements described can certainly be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be divided into several functional elements.

Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.Elements of one embodiment may be added to another embodiment. For example, the orders of the processes described herein may be changed and are not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart do not have to be implemented in the order shown; Not all actions necessarily have to be carried out. Even those actions that are not dependent on other actions can be carried out in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations, whether explicitly stated in the specification or not, such as: B. Differences in structure, dimensions and material use are possible. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated by the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to specific embodiments. However, the advantages, benefits, solutions to problems and any components that may cause a benefit, advantage or solution to occur or become more pronounced should not be construed as a critical, necessary or essential function or component of any or all of the claims.

REFERENZENCREDENTIALS

100100
Ein System zur Optimierung der Bewässerung von landwirtschaftlichen Feldern mit Hilfe von Big-Data-Analysen.A system to optimize irrigation of agricultural fields using big data analytics.
102102
IOT-SensorIOT sensor
102a102a
FeuchtigkeitssensorHumidity sensor
102b102b
WettersensorWeather sensor
102c102c
WasserdurchflusssensorWater flow sensor
104104
DatenbankDatabase
106106
DatenverarbeitungseinheitData processing unit
108108
auf künstlicher Intelligenz basierende SteuereinheitControl unit based on artificial intelligence
110a110a
Steuerventilcontrol valve
110b110b
Düsejet
110c110c
WasserauslaufeinheitWater outlet unit
112112
BenutzerschnittstelleneinheitUser interface unit
114114
KommunikationsmediumCommunication medium
114a114a
VerschlüsselungseinheitEncryption unit

Claims (8)

Ein System (100) zur Optimierung der Bewässerung auf landwirtschaftlichen Feldern unter Verwendung von Big-Data-Analysen, wobei das System (100) Folgendes umfasst: einen auf dem Internet der Dinge (IOT) basierenden Sensor (102) zum Sammeln einer Vielzahl von Echtzeit-Felddaten, die für die Optimierung der Bewässerung wesentlich sind, wobei die Vielzahl von Echtzeit-Felddaten in einer Datenbank (104) gespeichert wird; eine Datenverarbeitungseinheit (106), die mit dem IOT-basierten Sensor (102) verbunden ist, um die Vielzahl der gesammelten Echtzeit-Felddaten zu verarbeiten, um strukturierte Datensätze zur Vorhersage optimaler Bewässerungsparameter zu bilden; eine auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108), die mit der Datenverarbeitungseinheit (106) verbunden ist, um den Bewässerungsbedarf im landwirtschaftlichen Feld basierend auf den vorhergesagten optimalen Parametern zu optimieren, wobei ein Steuerventil (110a) mit der Steuereinheit (108) verbunden ist. zum Regeln einer Düse (110b) einer Wasserauslasseinheit (110c) basierend auf den optimierten Bewässerungsparametern; und eine Benutzerschnittstelleneinheit (112), die über ein Kommunikationsmedium (114) mit der auf künstlicher Intelligenz basierenden Steuereinheit (108) verbunden ist, um die von der Steuereinheit (108) generierten optimierten Bewässerungsparameter und Empfehlungen anzuzeigen.A system (100) for optimizing irrigation in agricultural fields using big data analytics, the system (100) comprising: an Internet of Things (IOT) based sensor (102) for collecting a variety of real-time data -Field data essential to optimizing irrigation, the plurality of real-time field data being stored in a database (104); a data processing unit (106) connected to the IOT-based sensor (102) for processing the plurality of collected real-time field data to form structured data sets for predicting optimal irrigation parameters; an artificial intelligence-based control unit (108) connected to the data processing unit (106) to optimize the irrigation demand in the agricultural field based on the predicted optimal parameters, wherein a control valve (110a) is connected to the control unit (108). for controlling a nozzle (110b) of a water outlet unit (110c) based on the optimized irrigation parameters; and a user interface unit (112) having a Communication medium (114) is connected to the artificial intelligence-based control unit (108) to display the optimized irrigation parameters and recommendations generated by the control unit (108). System nach Anspruch 1, wobei der IOT-basierte Sensor (102) eine Vielzahl von Echtzeit-Felddaten wie Bodenfeuchtigkeit, Wetter und Wasserverbrauch sammelt.System after Claim 1 , wherein the IOT-based sensor (102) collects a variety of real-time field data such as soil moisture, weather and water consumption. System nach Anspruch 1, wobei der IOT-basierte Sensor (102) eine Vielzahl von Feuchtigkeitssensoren (102a) umfasst, die in unterschiedlichen Bodentiefen zur Messung der Bodenfeuchtigkeit eingesetzt sind, einen Wettersensor (102b) zur Messung von Wetterbedingungen wie Niederschlag, Wind und Luftfeuchtigkeit, einen Wasserdurchflusssensor (102c) zur Messung des Wasserdurchflusses durch Bewässerungsrohre und einen Satellitenbildsensor (102d) zur Erfassung von Erntedaten aus der Luft.System after Claim 1 , wherein the IOT-based sensor (102) comprises a plurality of moisture sensors (102a) which are used at different soil depths to measure soil moisture, a weather sensor (102b) for measuring weather conditions such as precipitation, wind and humidity, a water flow sensor (102c ) to measure water flow through irrigation pipes and a satellite image sensor (102d) to capture aerial crop data. System nach Anspruch 1, wobei die auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108) Empfehlungen zur Optimierung der Bewässerung in Echtzeit generiert, um die Bewässerungsanforderungen des landwirtschaftlichen Feldes auf der Grundlage der vorhergesagten optimalen Bewässerungsparameter zu erfüllen.System after Claim 1 , wherein the artificial intelligence-based controller (108) generates real-time irrigation optimization recommendations to meet the irrigation requirements of the agricultural field based on the predicted optimal irrigation parameters. System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsmedium (114) ein Mobilfunknetz zum Herstellen einer Kommunikation zwischen der Steuereinheit (108) und der Benutzerschnittstelleneinheit (112) ist.System after Claim 1 , wherein the communication medium (114) is a mobile radio network for establishing communication between the control unit (108) and the user interface unit (112). System nach Anspruch 1, wobei die auf künstlicher Intelligenz basierende Steuereinheit (108) die Empfehlung entweder in Form einer interaktiven Feldkarte, eines Diagramms oder einer Tabelle oder einer Kombination davon basierend auf einer maschinellen Lerntechnik anzeigt.System after Claim 1 , wherein the artificial intelligence-based controller (108) displays the recommendation in either the form of an interactive field map, a chart or a table, or a combination thereof based on a machine learning technique. System nach Anspruch 1, wobei die Wasserauslasseinheit (110c) das Steuerventil (110a) umfasst, um den Wasserfluss, der dem Feld durch die Düse (110b) zugeführt wird, basierend auf von der Steuereinheit erzeugten Befehlssignalen zu regulieren (108).System after Claim 1 , wherein the water outlet unit (110c) includes the control valve (110a) for regulating (108) the flow of water supplied to the field through the nozzle (110b) based on command signals generated by the control unit. System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsmedium (114) die Daten nach Verschlüsselung durch eine Verschlüsselungseinheit (114a) sicher zwischen der Steuereinheit (108) und der Benutzerschnittstelleneinheit (112) überträgt.System after Claim 1 , wherein the communication medium (114) securely transmits the data between the control unit (108) and the user interface unit (112) after encryption by an encryption unit (114a).
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