一種墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，特別指一種綜合云計(jì)算平臺(tái)、ARMA模型和 fisher判別法的墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤墑情，即土壤含水及變化情況，是影響農(nóng)作物生長發(fā)育重要因素和土地干旱 程度的重要度量指標(biāo)，墑情變化受到多種影響因素的共同影響，其主要影響因素有：土壤含 水量X、降水量Y、地表風(fēng)速V、地表溫度T、地溫T1、地表空氣濕度W等，實(shí)時(shí)掌握土壤墑情的 變動(dòng)信息，對(duì)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平水平，預(yù)防和減輕干旱災(zāi)害及其造成的經(jīng)濟(jì)損失等都有十 分重要的意義。
[0003] 對(duì)土壤墑情變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的、連續(xù)的、精確的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，需要要先進(jìn)的方法 和設(shè)備，常用的方法和設(shè)備均在技術(shù)上存在不足和弊端。
[0004] 從硬件設(shè)備上看，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)備雖然向便攜化、精確化發(fā)展，但是測(cè)量數(shù)據(jù)單 一，無法將影響墑情的各個(gè)因素?cái)?shù)據(jù)同時(shí)采集和處理，那么對(duì)于受多種因素共同影響的墑 情來講，這樣的設(shè)備得到的將是誤差較大結(jié)果，難以用于實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0005] 現(xiàn)有設(shè)備需要一整套的數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)系統(tǒng)來支持，存在數(shù)據(jù)傳輸速度慢、安全性較低、 維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，而采用綜合云計(jì)算平臺(tái)可以很好的解決這些缺點(diǎn)。
[0006] 現(xiàn)有的墑情檢測(cè)系統(tǒng)，主要功能在于對(duì)當(dāng)前墑情的監(jiān)控，對(duì)墑情的未來變化狀況 把控不足，使得墑情監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性受到限制。而本系統(tǒng)所具有的預(yù)測(cè)模塊，在綜合了探 測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和氣象部門數(shù)據(jù)后，可以有效的把握未來的墑情變化，更好的指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0007] 從數(shù)據(jù)處理手段上看，現(xiàn)有墑情預(yù)測(cè)系統(tǒng)，只是基于單一化的監(jiān)測(cè)設(shè)備所得數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析，模型擬合程度較低，結(jié)果誤差較大；并且所采用模式?jīng)]有考慮季節(jié)因素的影響， 而本系統(tǒng)所采用的ARMA模型能夠充分考慮季節(jié)因素的影響，提高了預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于綜合云計(jì)算 平臺(tái)、ARMA模型和fisher判別法的墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
[0009] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)模塊及預(yù) 報(bào)模塊，其中，上述監(jiān)測(cè)模塊包括探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器、無線發(fā)送器及數(shù)據(jù)接收器，探測(cè)系 統(tǒng)包括至少二個(gè)探測(cè)器，探測(cè)器包括設(shè)置在待探測(cè)點(diǎn)處的土壤含水量探測(cè)器、降水量探測(cè) 器、地表風(fēng)速探測(cè)器、地表溫度探測(cè)器、地溫探測(cè)器及地表空氣濕度探測(cè)器，以便對(duì)待探測(cè) 點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)探測(cè)；上述數(shù)據(jù)采集器與探測(cè)系統(tǒng)連接，探測(cè)系統(tǒng)將探測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù) 采集器中，并通過無線發(fā)送器發(fā)送至數(shù)據(jù)接收器中；預(yù)報(bào)模塊包括綜合云計(jì)算平臺(tái)、信息發(fā) 布和自主查詢平臺(tái)；綜合云計(jì)算平臺(tái)與數(shù)據(jù)接收器連接，以便接收數(shù)據(jù)接收器發(fā)出的探測(cè) 數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后發(fā)送至信息發(fā)布和自主查詢平臺(tái)中。
[0010] 優(yōu)選地，所述的監(jiān)測(cè)模塊內(nèi)設(shè)有太陽能電池，太陽能電池分別與上述探測(cè)系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)采集器、無線發(fā)送器及數(shù)據(jù)接收器連接，以便提供電源。
[0011] 優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)接收器通過internet網(wǎng)與上述綜合云計(jì)算平臺(tái)連接，以便將 墑情影響因子數(shù)據(jù)發(fā)送至綜合云計(jì)算平臺(tái)內(nèi)。
[0012] 優(yōu)選地，所述的綜合云計(jì)算平臺(tái)連接氣象平臺(tái)，氣象平臺(tái)將氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)發(fā)送至 綜合云計(jì)算平臺(tái)內(nèi)，云平臺(tái)服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)輸入的墑情影響因子數(shù)據(jù)及氣象平 臺(tái)的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并傳輸至信息發(fā)布和自主查詢平 臺(tái)。
[0013] 優(yōu)選地，所述的信息發(fā)布和自主查詢平臺(tái)連接用戶終端，以便將綜合云計(jì)算平臺(tái) 計(jì)算得出的墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)傳輸至用戶終端，以便預(yù)報(bào)和供用戶查詢，及時(shí)指導(dǎo) 和安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0014] 優(yōu)選地，所述的用戶終端包括個(gè)人電腦、手機(jī)APP及電視臺(tái)。
[0015] 一種墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0016] S1、確定所探測(cè)的區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量，不同位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn) 群；
[0017] S2、在步驟S1中確定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安裝墑情變化影響因子數(shù)據(jù)探測(cè)器系統(tǒng)所要求 的土壤含水量探測(cè)器、降水量探測(cè)器、地表風(fēng)速探測(cè)器、地表溫度探測(cè)器、地溫探測(cè)器及地 表空氣濕度探測(cè)器；
[0018] S3、在步驟S2中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置數(shù)據(jù)采集器、無線發(fā)送器及太陽能電池，且與探測(cè) 系統(tǒng)連接構(gòu)成回路，以便對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
[0019] S4、數(shù)據(jù)云平臺(tái)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)接收器提供的各項(xiàng)墑情影響因子數(shù)據(jù)和氣象平臺(tái)提 供的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，以便對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行墑情實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)；
[0020] S5、信息發(fā)布和查詢平臺(tái)將墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送至用戶終端，或者 接受用戶終端的自主查詢墑情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，及時(shí)指導(dǎo)和安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0021] 優(yōu)選地，所述的步驟S5中墑情實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的具體步驟為：
[0022] A、獲取關(guān)于各個(gè)觀測(cè)時(shí)點(diǎn)的各項(xiàng)影響因子的數(shù)據(jù)序列；
[0023]B、利用ARMA (p，q)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)期內(nèi)各項(xiàng)影響因子值的預(yù)測(cè)，公式為yt = <}) lyt~l+ <}) 2yt~2+......+ <}) pyt_p+ e t_ 9 1 e t_l_ 9 2 e t_2_......- 0 p e
[0024] t_p，式中符號(hào)：p和q是模型的自回歸階數(shù)和移動(dòng)平均階數(shù)；巾和0是不為零的 待定系數(shù)；e t獨(dú)立的誤差項(xiàng)；yt是平穩(wěn)、正態(tài)、零均值的時(shí)間序列，通過該步驟可以獲取預(yù) 測(cè)期內(nèi)各個(gè)影響因子的預(yù)測(cè)值；
[0025] C、將ARMA模型所得的預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)帶入fisher判別公式，獲得預(yù)測(cè)期內(nèi)墑情預(yù)測(cè) 值，以便進(jìn)行墑情判斷和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
[0026] 優(yōu)選地，所述的步驟C中，fisher判別法的具體步驟為：
[0027] A、劃分墑情類別，同時(shí)確定各個(gè)類別的判別的標(biāo)準(zhǔn)；
[0028] B、確定墑情變化的影響因子，本系統(tǒng)選擇的影響因子為：土壤含水量X、降水量Y、 地