基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建模控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒ǎ峭ㄟ^北斗導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS通信技術(shù)結(jié)合海量歷史數(shù)據(jù)建立甘蔗滴灌控制模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控甘蔗精細(xì)種植的方法；包括以下步驟：步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺(tái)上建立滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，在甘蔗種植地塊鋪設(shè)滴灌控制器；步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)；步驟三，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)分析處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并建立相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型；步驟四，建立好甘蔗滴灌控制模型后，便開始對(duì)各個(gè)地塊的甘蔗精細(xì)種植進(jìn)行滴灌控制。該控制方法流程簡(jiǎn)單、安全可靠，實(shí)現(xiàn)了甘蔗種植自動(dòng)滴灌，節(jié)省了人力、水資源、肥料和養(yǎng)分的不必要消耗。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建模控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用于甘蔗精細(xì)種植的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及了一種將北斗導(dǎo)航技術(shù)、GIS技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS通信技術(shù)和建模技術(shù)相結(jié)合的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘鹿精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]滴灌是按照作物需水要求，通過低壓管道系統(tǒng)與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的養(yǎng)分逐滴均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)土壤中的灌水方法。采用該技術(shù)能夠掌握精確的施水深度，減少土壤水分的無效蒸發(fā)，提高水的利用率。同時(shí)能夠降低病蟲害的發(fā)生率和農(nóng)藥的施用量。對(duì)改善作物產(chǎn)品品質(zhì)、增產(chǎn)增收、提高經(jīng)濟(jì)效益有較大幫助。
[0003]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“北斗”)是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)并兼具短報(bào)文通信能力。
[0004]現(xiàn)有的自動(dòng)滴灌系統(tǒng)主要有時(shí)間控制、水量控制和反饋控制三種。時(shí)間控制系統(tǒng)是按預(yù)設(shè)好的時(shí)間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)濕度感受器的反應(yīng)，將信號(hào)傳送到首部控制樞紐部分來關(guān)水或放水。這三類控制方法都簡(jiǎn)單易行，但缺乏對(duì)農(nóng)作物品種、生長(zhǎng)期、土壤狀況和氣候條件的研究，因此對(duì)農(nóng)作物的需水量、需養(yǎng)分量和需農(nóng)藥量的判斷就不夠精準(zhǔn)。且每種作物的植期、生長(zhǎng)期和自身需水量均不一致，目前的自動(dòng)滴灌系統(tǒng)基本都是通用型的，并非針對(duì)某一特定作物，無法實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的種植灌溉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的空白和功能不夠全面的不足，提供了一種使用方便、安全可靠的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒ā?br> [0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒ǎ峭ㄟ^北斗導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS通信技術(shù)結(jié)合海量歷史數(shù)據(jù)建立甘蔗滴灌控制模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控甘蔗精細(xì)種植的方法；包括以下步驟:
步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺(tái)上建立滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析與建模模塊、滴灌方案生成模塊和通信模塊；在甘蔗種植地塊鋪設(shè)滴灌控制器，主要由滴灌設(shè)備和傳感器模塊組成；
步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，包括通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取的地塊位置信息、從地塊所在地的氣象站獲取的氣候信息、甘蔗巡檢員采集的地塊基本信息和甘蔗基本信息、設(shè)置在甘蔗地塊的傳感器模塊采集的土壤信息；
步驟三，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析出來，然后建立相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型； 步驟四，建立好甘蔗滴灌控制模型后，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開始對(duì)各個(gè)地塊的甘蔗精細(xì)種植進(jìn)行滴灌控制:
(1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括地塊所在地的氣象站實(shí)時(shí)獲取的氣候信息和傳感器模塊實(shí)時(shí)采集的土壤信息；
(2)將(I)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給滴灌方案生成模塊后，滴灌方案生成模塊調(diào)用相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型進(jìn)行分析、推演，得出相應(yīng)地塊的此時(shí)土壤狀態(tài)結(jié)論和氣候?qū)ν寥赖挠绊懡Y(jié)論，然后根據(jù)結(jié)論生成合適的滴灌方式及滴灌量的滴灌方案，再通過通信模塊發(fā)送給相應(yīng)地塊處鋪設(shè)的滴灌控制器；
(3)滴灌控制器接收到滴灌方案后，滴灌設(shè)備按照滴灌方案的要求配好水、肥料、養(yǎng)分與農(nóng)藥的比例和用量，并在指定的時(shí)間開始實(shí)施滴灌；
(4)滴灌結(jié)束后，完成一次滴灌控制；同時(shí)，滴灌控制器的傳感器模塊再次實(shí)時(shí)采集土壤信息，并傳輸給滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，進(jìn)行滴灌方案實(shí)施后的效果分析，作為下一次生成滴灌方案的參考數(shù)據(jù)。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有裝載了 GIS地理信息系統(tǒng)的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)；
所述的GIS地塊庫(kù)存儲(chǔ)地塊位置信息和地塊基本信息；所述的氣候數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)氣候信息；所述的甘蔗信息庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗基本信息；所述的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)土壤信息；所述的控制模型庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗滴灌控制模型。氣象站提供的氣候信息包括歷史信息、實(shí)時(shí)信息和預(yù)告信息三個(gè)類別。在GIS地塊庫(kù)中還裝載有GIS電子地圖，控制系統(tǒng)可以將接收的地塊位置信息標(biāo)注在GIS電子地圖上，并可以在顯示界面顯示，方便工作人員直觀的查看地塊信息。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的地塊基本信息包括地塊標(biāo)識(shí)號(hào)、農(nóng)民信息和滴灌控制器信息；所述的氣候信息包括降雨量信息、晝夜溫差信息和光照度信息；所述的甘蔗基本信息包括甘蔗品種信息和宿根年份信息；所述的土壤信息包括土壤PH值信息、土壤濕度信息、土壤溫度信息、農(nóng)藥殘留信息和養(yǎng)分留存信息；所述的甘蔗滴灌控制模型包括生長(zhǎng)期模型、土壤模型、品種模型和氣候模型。
[0009]本發(fā)明中生長(zhǎng)期模型建立過程如下:將甘蔗生長(zhǎng)周期劃分為6個(gè)時(shí)期(蔗莖、花芽分化、孕穗、抽穗、開花和結(jié)實(shí))，而甘蔗的種植期分為春植蔗、夏植蔗、秋植蔗和冬植蔗，根據(jù)不同的植期和所處的生長(zhǎng)周期所需水分、養(yǎng)分和農(nóng)藥的不同用量建立模型。采用大量的各個(gè)植期不同生長(zhǎng)階段甘蔗的灌溉、施肥、施農(nóng)藥的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，建立分析函數(shù)。所建模型能夠通過地塊的甘蔗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析出該地塊的甘蔗是處于哪個(gè)生長(zhǎng)期，需要進(jìn)行的滴灌方式(純水滴灌、肥料滴灌、養(yǎng)分滴灌、土壤農(nóng)藥等輸送)和滴灌量大小。
[0010]本發(fā)明中土壤模型建立過程如下:由地塊里部署的多種類型傳感器搜集大量土壤歷史數(shù)據(jù)，包括土壤PH值、土壤溫度、土壤濕度、土壤農(nóng)藥殘留和土壤養(yǎng)分留存等，并分析比較不同的數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)時(shí)甘蔗的產(chǎn)量、糖分的影響因子，經(jīng)過排列、組合等不同方式統(tǒng)計(jì)出能夠使甘蔗產(chǎn)量最大、糖分最高的各個(gè)因素的最佳取值和搭配，建立土壤模型。
[0011]本發(fā)明中品種模型建立如下:不同的甘蔗品種與宿根年份所需的水分、養(yǎng)料和農(nóng)藥量皆有區(qū)別，從歷年的甘蔗數(shù)據(jù)中選取典型的品種與宿根數(shù)據(jù)值分析其需水量、養(yǎng)料用量和農(nóng)藥用量，建立線性函數(shù)。[0012]本發(fā)明中氣候模型建立如下:根據(jù)地塊所屬區(qū)域氣象站提供的海量歷史氣候變化、溫差、日夜光照等信息，找出對(duì)甘蔗生長(zhǎng)影響較大的因素，與氣候預(yù)告信息結(jié)合形成對(duì)照分析，建立分析函數(shù)，形成技術(shù)模型。
[0013]在本發(fā)明的步驟四中，利用模型對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推演的過程為:將模型所需的各項(xiàng)輸入?yún)?shù)代入模型中的數(shù)學(xué)函數(shù)中，經(jīng)過函數(shù)的四則運(yùn)算、條件運(yùn)算得出初步預(yù)測(cè)值，若該值與模型中預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)值范圍出入太大，則通過誤差修正對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行微調(diào)，再次送入模型進(jìn)行處理，反復(fù)迭代直到結(jié)果值在合理的范圍之內(nèi)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)均以地塊標(biāo)識(shí)號(hào)作為關(guān)鍵字，將各個(gè)庫(kù)的信息有機(jī)聯(lián)系起來。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的數(shù)據(jù)分析與建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的滴灌方案生成模塊生成的滴灌方案中滴灌方式有純水滴灌、肥料滴灌、養(yǎng)分滴灌和土壤農(nóng)藥滴灌。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信模塊與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收地塊位置信息；與甘蔗巡檢員的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集機(jī)進(jìn)行GPRS通信，接收地塊基本信息和甘蔗基本信息；與各地塊的滴灌控制器進(jìn)行GPRS通信，接收傳感器模塊采集到的土壤信息，并下發(fā)滴灌方案到相應(yīng)地塊的滴灌控制器，執(zhí)行滴灌控制。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的通信模塊接收到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)后，先對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再相應(yīng)地傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器或滴灌方案生成模塊。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的滴灌設(shè)備主要由灌水器、管道及管件、水泵、電機(jī)、過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱組成；所述的電機(jī)與水泵、灌水器相連，灌水器與管道相連，管道上安裝過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的滴灌控制器的傳感器模塊土壤PH值傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤農(nóng)藥殘留傳感器和土壤養(yǎng)分留存?zhèn)鞲衅鳌?br> [0021]在本發(fā)明的控制方法中，開始建立控制模型前，需要較長(zhǎng)的時(shí)間采集數(shù)據(jù)，以期獲得大量的數(shù)據(jù)，讓建立的控制模型進(jìn)行符合客觀要求。且本發(fā)明的生長(zhǎng)期模型和品種模型可以由人工事先設(shè)定好運(yùn)行時(shí)間，在某地塊的甘蔗到達(dá)典型的生長(zhǎng)期階段，啟動(dòng)模型判斷該地塊所需的水分、養(yǎng)分、肥料和農(nóng)藥等，并安排滴灌方式和滴灌量，啟動(dòng)滴灌指令。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1.提供了針對(duì)甘蔗精細(xì)種植的滴灌控制方法，對(duì)單一作物品種的滴灌安排更加科學(xué)、適用。
[0023]2.結(jié)合了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和GIS定位功能，將滴灌控制細(xì)化到具體某一地塊，不同地塊采取不同的滴灌方式，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的精細(xì)化灌溉。
[0024]3.采用了不同的控制模型，滿足各個(gè)時(shí)期、各種氣候條件和各個(gè)甘蔗品種的需求差異，同時(shí)兼顧了土壤品質(zhì)，使滴灌方案最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)用最省的資源獲得最好的收成的目標(biāo)。
[0025]4.三種滴灌方式(純水滴灌、肥料養(yǎng)分滴灌、土壤農(nóng)藥滴灌)的結(jié)合，可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析的結(jié)果，及時(shí)補(bǔ)充所需的水分或養(yǎng)料，使甘蔗始終處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境。[0026]5.系統(tǒng)可以根據(jù)事先設(shè)定好的時(shí)間間隔按地塊的不同情況需求進(jìn)行滴灌，也可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取自動(dòng)臨時(shí)滴灌，減少人工干預(yù)，降低人力成本。
[0027]6.本發(fā)明流程簡(jiǎn)單、安全可靠，實(shí)現(xiàn)了甘蔗種植自動(dòng)滴灌，節(jié)省了人力、水資源、月巴料和養(yǎng)分的不必要消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明的控制模型庫(kù)組織結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖3是本發(fā)明進(jìn)行甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂屏鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。
[0032]實(shí)施例:
一種基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，是通過北斗導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS通信技術(shù)結(jié)合海量歷史數(shù)據(jù)建立甘蔗滴灌控制模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控甘蔗精細(xì)種植的方法；包括以下步驟:
步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺(tái)上建立滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析與建模模塊、滴灌方案生成模塊和通信模塊；在甘蔗種植地塊鋪設(shè)滴灌控制器，主要由滴灌設(shè)備和傳感器模塊組成；
步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，包括通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取的地塊位置信息、從地塊所在地的氣象站獲取的氣候信息、甘蔗巡檢員采集的地塊基本信息和甘蔗基本信息、設(shè)置在甘蔗地塊的傳感器模塊采集的土壤信息；
步驟三，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析出來，然后建立相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型；
步驟四，建立好甘蔗滴灌控制模型后，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開始對(duì)各個(gè)地塊的甘蔗精細(xì)種植進(jìn)行滴灌控制:
(1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括地塊所在地的氣象站實(shí)時(shí)獲取的氣候信息和傳感器模塊實(shí)時(shí)采集的土壤信息；
(2)將(1)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給滴灌方案生成模塊后，滴灌方案生成模塊調(diào)用相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型進(jìn)行分析、推演，得出相應(yīng)地塊的此時(shí)土壤狀態(tài)結(jié)論和氣候?qū)ν寥赖挠绊懡Y(jié)論，然后根據(jù)結(jié)論生成合適的滴灌方式及滴灌量的滴灌方案，再通過通信模塊發(fā)送給相應(yīng)地塊處鋪設(shè)的滴灌控制器；
(3)滴灌控制器接收到滴灌方案后，滴灌設(shè)備按照滴灌方案的要求配好水、肥料、養(yǎng)分與農(nóng)藥的比例和用量，并在指定的時(shí)間開始實(shí)施滴灌；
(4)滴灌結(jié)束后，完成一次滴灌控制；同時(shí)，滴灌控制器的傳感器模塊再次實(shí)時(shí)采集土壤信息，并傳輸給滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，進(jìn)行滴灌方案實(shí)施后的效果分析，作為下一次生成滴灌方案的參考數(shù)據(jù)。
[0033]所述滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有裝載了 GIS地理信息系統(tǒng)的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)；
所述的GIS地塊庫(kù)存儲(chǔ)地塊位置信息(包括海拔和經(jīng)緯度信息)和地塊基本信息(包括地塊標(biāo)識(shí)號(hào)、農(nóng)民信息和滴灌控制器信息)；所述的氣候數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)氣候信息(包括降雨量信息、晝夜溫差信息和光照度信息)；所述的甘蔗信息庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗基本信息(包括甘蔗品種信息和宿根年份信息)；所述的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)土壤信息(包括土壤PH值信息、土壤濕度信息、土壤溫度信息、農(nóng)藥殘留信息和養(yǎng)分留存信息)；所述的控制模型庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗滴灌控制模型(包括生長(zhǎng)期模型、土壤模型、品種模型和氣候模型)。所述的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)均以地塊標(biāo)識(shí)號(hào)作為關(guān)鍵字，將各個(gè)庫(kù)的信息有機(jī)聯(lián)系起來。
[0034]所述的數(shù)據(jù)分析與建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
[0035]所述的滴灌方案生成模塊生成的滴灌方案中滴灌方式有純水滴灌、肥料滴灌、養(yǎng)分滴灌和土壤農(nóng)藥滴灌。
[0036]所述的滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信模塊與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收地塊位置信息；與甘蔗巡檢員的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集機(jī)進(jìn)行GPRS通信，接收地塊基本信息和甘蔗基本信息；與各地塊的滴灌控制器進(jìn)行GPRS通信，接收傳感器模塊采集到的土壤信息，并下發(fā)滴灌方案到相應(yīng)地塊的滴灌控制器，執(zhí)行滴灌控制。所述的通信模塊接收到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)后，先對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再相應(yīng)地傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器或滴灌方案生成模塊。
[0037]所述的滴灌設(shè)備主要由灌水器、管道及管件、水泵、電機(jī)、過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱組成；所述的電機(jī)與水泵、灌水器相連，灌水器與管道相連，管道上安裝過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱。所述的滴灌控制器的傳感器模塊土壤PH值傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤農(nóng)藥殘留傳感器和土壤養(yǎng)分留存?zhèn)鞲衅鳌?br> [0038]實(shí)例一:
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位地塊位置信息并在GIS地圖上進(jìn)行標(biāo)注。蔗管員進(jìn)行甘蔗巡檢，在相應(yīng)的地塊上錄入甘蔗的品種信息、宿根年份信息、植期信息等。系統(tǒng)根據(jù)上述信息計(jì)算出地塊上該品種甘蔗的生長(zhǎng)周期(月份)以及各個(gè)生長(zhǎng)期所屬的具體日期階段，使用生長(zhǎng)期模型和品種模型進(jìn)行仿真，得出在各個(gè)生長(zhǎng)周期每日所需的灌溉次數(shù)、灌溉方式和各種養(yǎng)分、水、農(nóng)藥等的灌溉用量，作為該地塊這一期甘蔗的基本灌溉方案。只要進(jìn)入各個(gè)生長(zhǎng)期，隨即啟用灌溉方案，在每天的固定時(shí)間向該地塊的滴灌控制器發(fā)送指令，啟動(dòng)滴灌。
[0039]實(shí)例二:
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位地塊位置信息并在GIS地圖上進(jìn)行標(biāo)注。地塊中的傳感器定時(shí)向系統(tǒng)發(fā)送土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)接收后使用土壤模型進(jìn)行仿真處理，判斷出當(dāng)前的土壤狀況:是否缺水，PH值是否正常，養(yǎng)分是否足夠，是否需要施肥，等等。然后根據(jù)具體的土壤狀況制定出滴灌方案:水、養(yǎng)分、肥料、農(nóng)藥的比例關(guān)系，滴灌時(shí)間的長(zhǎng)短等。隨即將方案生成指令發(fā)送到該地塊的滴灌控制器，啟動(dòng)滴灌。
[0040]實(shí)例三:
北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位地塊位置信息并在GIS地圖上進(jìn)行標(biāo)注。氣象站定期向系統(tǒng)提供當(dāng)?shù)貧夂蛐畔?，包括?shí)時(shí)氣候信息和預(yù)告信息。系統(tǒng)使用氣候模型進(jìn)行仿真，得到當(dāng)前的氣候?qū)ν寥赖挠绊懖才艑?shí)時(shí)滴灌方案(包括是否需要滴灌以及滴灌的方式等)；針對(duì)氣候預(yù)告信息也通過氣候模型得出未來階段(一天內(nèi))的影響指數(shù)，便于對(duì)第二天的滴灌方案進(jìn)行決策。一旦決定需要進(jìn)行滴灌，隨即向滴灌控制器發(fā)送指令，按照方案啟動(dòng)滴灌。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，是通過北斗導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS通信技術(shù)結(jié)合海量歷史數(shù)據(jù)建立甘蔗滴灌控制模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控甘蔗精細(xì)種植的方法；其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，在遠(yuǎn)程管理中心平臺(tái)上建立滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析與建模模塊、滴灌方案生成模塊和通信模塊；在甘蔗種植地塊鋪設(shè)滴灌控制器，主要由滴灌設(shè)備和傳感器模塊組成； 步驟二，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，包括通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取的地塊位置信息、從地塊所在地的氣象站獲取的氣候信息、甘蔗巡檢員采集的地炔基本信息和甘蔗基本信息、設(shè)置在甘蔗地塊的傳感器模塊采集的土壤信息； 步驟三，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與建模模塊讀取數(shù)據(jù)服務(wù)器中相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析出來，然后建立相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型； 步驟四，建立好甘蔗滴灌控制模型后，滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開始對(duì)各個(gè)地塊的甘蔗精細(xì)種植進(jìn)行滴灌控制: (1)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括地塊所在地的氣象站實(shí)時(shí)獲取的氣候信息和傳感器模塊實(shí)時(shí)采集的土壤信息； (2)將(1)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給滴灌方案生成模塊后，滴灌方案生成模塊調(diào)用相應(yīng)的甘蔗滴灌控制模型進(jìn)行分析、推演，得出相應(yīng)地塊的此時(shí)土壤狀態(tài)結(jié)論和氣候?qū)ν寥赖挠绊懡Y(jié)論，然后根據(jù)結(jié)論生成合適的滴灌方式及滴灌量的滴灌方案，再通過通信模塊發(fā)送給相應(yīng)地塊處鋪設(shè)的滴灌控制器； (3)滴灌控制器接收到滴灌方案后，滴灌設(shè)備按照滴灌方案的要求配好水、肥料、養(yǎng)分與農(nóng)藥的比例和用量，并在指定的時(shí)間開始實(shí)施滴灌； (4)滴灌結(jié)束后，完成一次滴灌控制；同時(shí)，滴灌控制器的傳感器模塊再次實(shí)時(shí)采集土壤信息，并傳輸給滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，進(jìn)行滴灌方案實(shí)施后的效果分析，作為下一次生成滴灌方案的參考數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建模控制方法，其特征在于:所述滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)有裝載了 GIS地理信息系統(tǒng)的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)； 所述的GIS地塊庫(kù)存儲(chǔ)地塊位置信息和地炔基本信息；所述的氣候數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)氣候信息；所述的甘蔗信息庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗基本信息；所述的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)土壤信息；所述的控制模型庫(kù)存儲(chǔ)甘蔗滴灌控制模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建模控制方法，其特征在于:所述的地炔基本信息包括地塊標(biāo)識(shí)號(hào)、農(nóng)民信息和滴灌控制器信息；所述的氣候信息包括降雨量信息、晝夜溫差信息和光照度信息；所述的甘蔗基本信息包括甘蔗品種信息和宿根年份信息；所述的土壤信息包括土壤PH值信息、土壤濕度信息、土壤溫度信息、農(nóng)藥殘留信息和養(yǎng)分留存信息；所述的甘蔗滴灌控制模型包括生長(zhǎng)期模型、土壤模型、品種模型和氣候模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，其特征在于:所述的GIS地塊庫(kù)、氣候數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗信息庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型庫(kù)均以地塊標(biāo)識(shí)號(hào)作為關(guān)鍵字，將各個(gè)庫(kù)的信息有機(jī)聯(lián)系起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)分析與建模模塊采用的分析建模方法主要有微分方程法、差分方程法、數(shù)據(jù)擬合法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和概率統(tǒng)計(jì)法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，其特征在于:所述的滴灌方案生成模塊生成的滴灌方案中滴灌方式有純水滴灌、肥料滴灌、養(yǎng)分滴灌和土壤農(nóng)藥滴灌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，其特征在于:所述的滴灌物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信模塊與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收地塊位置信息；與甘蔗巡檢員的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集機(jī)進(jìn)行GPRS通信，接收地炔基本信息和甘蔗基本信息；與各地塊的滴灌控制器進(jìn)行GPRS通信，接收傳感器模塊采集到的土壤信息，并下發(fā)滴灌方案到相應(yīng)地塊的滴灌控制器，執(zhí)行滴灌控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒?，其特征在于:所述的通信模塊接收到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)后，先對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再相應(yīng)地傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器或滴灌方案生成模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?所述的滴灌設(shè)備主要由灌水器、管道及管件、水泵、電機(jī)、過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱組成；所述的電機(jī)與水泵、灌水器相連，灌水器與管道相連，管道上安裝過濾器、壓力表閥門和肥料混合箱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的基于物聯(lián)網(wǎng)土壤分析的甘蔗精細(xì)種植滴灌建模控制方法，其特征在于:所述的滴灌控制器的傳感器模塊土壤PH值傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤農(nóng) 藥殘留傳感器和土壤養(yǎng)分留存?zhèn)鞲衅鳌?br> 【文檔編號(hào)】A01G25/16GK103838144SQ201310744247
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】林興志, 潘翔 申請(qǐng)人:林興志, 廣西卡西亞科技有限公司