智慧农业一体化控制方法及其系统与流程

本发明涉及自动控制领域，具体涉及智慧农业一体化控制方法及其系统。

背景技术：

1、不同的农作物，生长发育要求的自然条件不同。种植环境在空间的分布上具有明显的地域差异，不同的地域，生产的结构品种和数量都不同。通过大棚种植创造一个温暖的温室环境，以保护植物免受恶劣天气条件的影响，并在不受自然环境限制的情况下促进植物生长，人们不受季节限制随时可以吃到新鲜的反季节蔬菜，提高了人们的生活水平。在大棚种植过程中，由于各种作物需要热量，光照，水，地形，土壤等自然条件存在差异，则需要人为地调控需要热量，光照，水，地形，土壤等自然条件为作物提供最优的生长环境。

2、现有的调控过程存在以下问题：湿度补充和养分补充的量难以控制，常用过量补充的方案，容易造成土壤湿度过大和/或养分过剩，其中土壤湿度过大将造成土壤中空气不足，作物根系长期处在缺氧的环境中，吸收功能减弱，土壤养分过剩会使表层土壤中的肥料离子浓度增加，影响植物生长。

3、基于上述情况，亟待智慧农业一体化控制方法及其系统，用于解决对土壤加液后易导致湿度过大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有的调控过程，湿度补充和养分补充的量难以控制，大多采用过量补充的方案，容易造成土壤湿度过大和/或养分过剩，解决了土壤加液后易导致湿度过大的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、智慧农业一体化控制方法，包括：

4、对种植区建立网格，以固定时间间隔 t在网格的每个采样点测量指定深度的土壤湿度并依次生成对应时刻的湿度矩阵 a；

5、从第二次测量开始，由湿度矩阵 a和预设湿度矩阵 a 0计算对应时刻的湿度偏移矩阵；

6、由湿度偏移矩阵 a s计算若干干燥点 p及对应加液量；

7、对每个干燥点 p进行加液，

8、其中 i=1、2、3…… n， j=1、2、3…… m， n和 m是正整数。

9、现有的调控过程，湿度补充和养分补充的量难以控制，大多采用过量补充的方案，容易造成土壤湿度过大，在本方案中，通过网格中若干采样点的土壤湿度建立数学模型并计算得到若干干燥点 p及对应加液量，再对每个干燥点 p进行加液，能够避免传统方案中过量加液，解决了土壤加液后易导致湿度过大的问题。

10、更进一步地，为了能够反应土壤各个坐标位置的湿度偏移，其中一种可行的方案为：由湿度偏移矩阵 a s计算若干干燥点 p及对应加液量，包括：在计算干燥点 p及对应加液量之前，对湿度偏移矩阵 a s进行曲面拟合，采用此方案时，通过拟合后形成的曲面，能够反应土壤各个坐标位置的湿度偏移。

11、更进一步地，本方案不唯一限定曲面拟合的方法，包括：

12、沿 x轴方向对湿度偏移矩阵 a s中数据进行曲线拟合得到若干连续曲线 l j；

13、沿 y轴方向对曲线 l j进行曲面拟合得到湿度偏移函数 s。

14、采用此方案时，通过依次对 x轴和 y轴进行数值拟合得到湿度偏移函数 s。

15、更进一步地，为了减小计算量，其中一种可行的方案为：计算湿度偏移矩阵 a s之后，将湿度偏移矩阵 a s中湿度值为正值的所有元素值设为零，采用此方案时，当湿度偏移矩阵 a s中湿度值为正值时，表明对应采样点的湿度值大于预设值，无需加液，将其设为零能够减小计算量。

16、更进一步地，为了解决过量施肥导致土壤养分过剩的问题，其中一种可行的方案为：在检测土壤湿度的同时，检测养分浓度并依次生成对应时刻的养分矩阵 b；

17、从第二次测量开始，由对应的养分矩阵 b和预设养分矩阵 b 0计算养分偏移矩阵；

18、对养分偏移矩阵 b s进行曲面拟合并计算若干加液点 q；

19、在加液之前由若干加液点 q和若干干燥点 p计算每个加液点 q所需的养分浓度 c。

20、采用此方案时，通过网格中若干采样点的土壤养分浓度建立数学模型并计算得到若干加液点 q，再对每个加液点 q对土壤进行补充养分浓度为 c的养分溶液，能够避免传统方案中过量施肥，解决了养分补充后易导致养分过剩的问题。

21、更进一步地，本方案不唯一限定所述养分浓度 c的具体计算方法，其中一种可行的方案为：所述的由若干加液点 q和若干干燥点 p计算每个加液点 q所需的养分浓度 c，包括：由指定加液点 q和与该加液点距离最近的干燥点计算对应的养分浓度，

22、其中 k为常数，由土壤的渗透效率决定。

23、采用此方案时，在补充养分溶液的过程中，优选对养分偏移较大的位置进行养分补充，经过时间间隔 t，养分溶液充分渗透后，再根据下一次测量数值进行湿度和/或养分补充。

24、更进一步地，本方案不唯一限定所述养分浓度 c的具体组分，其中一种可行的方案为：所述养分浓度 c包括氮、磷、钾中至少一项的浓度，采用此方案时，通过养分溶液能补充氮、磷、钾中至少一项。

25、更进一步地，为了保证数据的可靠性，其中一种可行的方案为：所述网格的尺寸不小于6×6，采用此方案时，能够使生成的湿度偏移函数 s与土壤实际湿度误差在允许范围内。

26、本方案还提供了一种智慧农业一体化控制系统，包括：

27、采样模块，用于对种植区建立网格，以固定时间间隔 t在网格的每个采样点测量指定深度的土壤湿度并依次生成对应时刻的湿度矩阵 a；

28、预处理模块，用于计算湿度偏移矩阵，其中 a 0为预设湿度矩阵；

29、处理器，用于对湿度偏移矩阵 a s进行曲面拟合得到湿度偏移函数 s并计算若干干燥点 p及对应加液量；

30、加液模块，用于对每个干燥点 p进行加液。

31、更进一步地，为了储存湿度偏移矩阵 a s和养分偏移矩阵 b s中各个组分的数据，其中一种可行的方案为：所述预处理模块包括若干缓冲器，所述缓冲器用于储存矩阵数据并将矩阵数据输送至处理器，采用此方案时，当处理器能够方便快递地调用数据。

32、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

33、一、通过网格中若干采样点的土壤湿度建立数学模型并计算得到若干干燥点 p及对应加液量，再对每个干燥点 p进行加液，能够避免传统方案中过量加液，解决了土壤加液后易导致湿度过大的问题；

34、二、由于在计算干燥点 p及对应加液量之前，对湿度偏移矩阵 a s进行曲面拟合，通过拟合后形成的曲面，能够反应土壤各个坐标位置的湿度偏移；

35、三、通过网格中若干采样点的土壤养分浓度建立数学模型并计算得到若干加液点 q，再对每个加液点 q对土壤进行补充养分浓度为 c的养分溶液，能够避免传统方案中过量施肥，解决了养分补充后易导致养分过剩的问题。