一种基于大数据的水肥喷洒智能调控系统及方法与流程

本发明涉及水肥喷洒流量调控的，具体为一种基于大数据的水肥喷洒智能调控系统及方法。

背景技术：

1、智能喷洒系统是集自动控制技术和专家系统技术，传感器技术、通讯技术、计算机技术等于一体的喷洒管理系统。机井喷洒控制系统通过ic卡机井喷洒控制箱对农田机井进行取水管理，以ic卡刷卡取水的方式取代了传统的专人管理方式；实现了农业用水计量、水资源信息的自动化采集和测控。针对机井分布情况、喷洒区域的不同，提出不同方式的组网方案。现有的农业喷洒系统的水肥喷洒流量调控依靠管理人员基于对种植物种类、土壤条件、气候条件等因素主观判断水肥喷洒流量，无法实现种植物水肥喷洒流量精细化、智能化调节，降低了水肥喷洒调控的效率和精度。

2、公开号为cn115494886a的中国发明专利申请公开了一种喷洒系统流量控制方法及喷洒系统，采用水泵输送液体介质的控制延时周期与解算周期计算滞后项k；确定当前时刻t的控制有效区状态预测范围p；基于增量模型预测值与未来控制量以确定水泵所形成的被控流量ut。以上技术方案基于执行喷洒作业的喷洒系统所输出的液体介质的流量予以精确控制，实现了消除稳态误差的目的；同时根据不同的水泵及处理器的特性，通过调整状态矩阵a的阶数以实现灵活地调整状态估计值的检测精度；然而以上技术方案不能依据喷洒对象相关因素精准调节喷洒系统流量的参数。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、为解决上述现有的农业喷洒系统的水肥喷洒流量调控依靠管理人员基于对种植物种类、土壤条件、气候条件等因素主观判断水肥喷洒流量，无法实现种植物水肥喷洒流量精细化、智能化调节，降低了水肥喷洒调控的效率和精度的问题，实现以上高效采集种植物种类、土壤条件和气候条件参数、科学分析种植物水肥喷洒量、精准采集水肥喷洒作业时间量、自主评估水肥喷洒流量、智能分析最佳水肥喷洒口面积、可靠计量水肥喷洒口喷洒流速、智能调控水肥喷洒流量作业的目的。

3、（二）技术方案

4、本发明通过以下技术方案予以实现：一种水肥喷洒智能调控方法，所述方法包括如下步骤：

5、s1、采集种植物种类特征数据、土壤条件特征数据、气候条件特征数据；

6、s2、基于种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与不同条件种植物水肥喷洒量数据进行种植物水肥喷洒量调控作业分析，构建出种植物水肥喷洒量调控数据；

7、s3、采集种植物水肥喷洒作业时长数据；

8、s4、依据所述种植物水肥喷洒作业时长数据与所述种植物水肥喷洒量调控数据进行种植物水肥喷洒流量数值处理，生成种植物水肥喷洒流量调控数据；

9、s5、根据种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与不同条件种植物水肥喷洒口面积数据进行种植物水肥喷洒口面积调节参数评估，构建出种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据；

10、s6、基于所述种植物水肥喷洒流量调控数据与所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据进行种植物水肥喷洒口流速测算分析，生成种植物水肥喷洒口流速调节数据；

11、s7、构建出种植物水肥喷洒调节数据并执行种植物水肥喷洒调控作业。

12、优选的，所述采集种植物种类特征数据、土壤条件特征数据、气候条件特征数据的操作步骤如下：

13、s11、用户通过数据采集平台输入需要执行水肥喷洒作业的种植物的种类特征参数并生成种植物种类特征数据，所述种植物种类特征数据包括种植物品种特征数据和生长阶段特征数据；

14、通过土壤检测设备采集执行水肥喷洒作业的种植物生长所在的土壤条件特征数据并生成土壤条件特征数据，所述土壤条件特征数据包括土壤养分含量特征数据、土壤含水量特征数据、土壤ph值特征数据、土壤类型特征数据和土壤面积特征数据；

15、通过气象测量设备采集执行水肥喷洒作业的种植物所在地域的气候条件特征参数并生成气候条件特征数据，所述气候条件特征数据包括空气温度特征数据、空气湿度特征数据、空气光照强度特征数据和风速风向特征数据。

16、优选的，所述基于种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与不同条件种植物水肥喷洒量数据进行种植物水肥喷洒量调控作业分析，构建出种植物水肥喷洒量调控数据的操作步骤如下：

17、s21、建立不同条件种植物水肥喷洒量数据集合，；其中表示第种所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒量数据；表示种植物种类特征数据、土壤条件特征数据和气候条件特征数据构成的种植条件种类数量的最大值，所述不同条件种植物水肥喷洒量数据表示种植物种类特征数据、土壤条件特征数据和气候条件特征数据种植条件下种植物喷洒水肥的种类和喷洒体积量，的单位为立方米；

18、s22、采用袋獾优化算法将所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据与所述不同条件种植物水肥喷洒量数据集合中不同条件种植物水肥喷洒量数据进行种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据匹配，搜索出与所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据构成的种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒量数据，执行搜索出所述不同条件种植物水肥喷洒量数据的具体操作步骤如下：

19、s221、初始化，在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合的搜索空间里随机更新喷洒量识别袋獾种群的位置和设定算法最大迭代次数t，喷洒量识别袋獾位置更新公式如下：，其中表示喷洒量识别袋獾个体在维搜索空间的位置，即喷洒量识别袋獾个体在空间维度为的不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间的位置，、分别表示不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间的下边界、上边界，表示取值[0,1]区间内的随机数；

20、s222、探索阶段，喷洒量识别袋獾倾向在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中搜索不同条件种植物水肥喷洒量数据腐肉为食，喷洒量识别袋獾在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中扫描栖息地区域以识别不同条件种植物水肥喷洒量数据腐肉，喷洒量识别袋獾扫描栖息地区域行为类似于在解决问题空间中的算法搜索过程，即喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中搜索与所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据构成的种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒量数据；喷洒量识别袋獾识别选定腐肉的行为模拟公式如下：

21、，其中表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中搜索选定的目标腐肉的位置，表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中选择的目标腐肉的位置，，其中表示喷洒量识别袋獾个体搜索的腐肉个数的最大值；

22、基于选定的目标腐肉，喷洒量识别袋獾在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合的搜索空间中的新位置被计算出来，喷洒量识别袋獾新位置计算公式如下：，其中表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中的更新前的位置；表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中的更新后的位置；和分别表示在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中喷洒量识别袋獾个体在位置更新前后的位置坐标的腐肉品质参数；

23、s223、开发阶段，喷洒量识别袋獾的开发阶段是捕食猎物，喷洒量识别袋獾在攻击猎物过程中的行为有两个阶段，在第一阶段，喷洒量识别袋獾通过扫描在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中猎物，选择猎物并攻击猎物；在第二阶段，在接近猎物后，喷洒量识别袋獾追赶猎物并捕食猎物；即喷洒量识别袋獾在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中扫描与所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据构成的种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒量数据；喷洒量识别袋獾识别选定猎物的行为模拟公式如下：，其中表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中搜索选定的目标猎物的位置，表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中选择的目标猎物的位置，，其中喷洒量识别袋獾个体搜索的猎物个数的最大值；

24、基于选定的目标猎物，喷洒量识别袋獾在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合的搜索空间中的新位置被计算出来，喷洒量识别袋獾新位置计算公式如下：，其中表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中的更新前的位置；表示喷洒量识别袋獾个体在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中的更新后的位置；和分别表示在不同条件种植物水肥喷洒量数据集合搜索空间中喷洒量识别袋獾个体在位置更新前后的位置坐标的猎物品质参数；

25、s224、当算法满足最大迭代次数，则输出与所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据构成的种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒量数据；

26、s23、将s224步骤中输出的所述不同条件种植物水肥喷洒量数据经过数据标识构建为种植物水肥喷洒量调控数据。

27、优选的，所述采集种植物水肥喷洒作业时长数据的操作步骤如下：

28、s31、当所述种植物水肥喷洒量调控数据构建完成时，通过数据采集平台输入执行水肥喷洒作业的时间长度数据并生成种植物水肥喷洒作业时长数据，的单位为小时。

29、优选的，依据所述种植物水肥喷洒作业时长数据与所述种植物水肥喷洒量调控数据进行种植物水肥喷洒流量数值处理，生成种植物水肥喷洒流量调控数据的操作步骤如下：

30、s41、将所述种植物水肥喷洒量调控数据和所述种植物水肥喷洒作业时长数据采用喷洒量和时间关系式，计量出种植物水肥喷洒流量调控数据，，的单位为立方米每小时。

31、优选的，所述根据种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与不同条件种植物水肥喷洒口面积数据进行种植物水肥喷洒口面积调节参数评估，构建出种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据的操作步骤如下：

32、s51、建立不同条件种植物水肥喷洒口面积数据集合，其中表示第种所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒口面积数据；所述不同条件种植物水肥喷洒口面积数据表示种植物种类特征数据、土壤条件特征数据和气候条件特征数据种植条件下种植物喷洒水肥的喷洒设备喷洒口的口径面积数据，的单位为平方米；

33、s52、采用迭代加深搜索算法将所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据与所述不同条件种植物水肥喷洒口面积数据集合中不同条件种植物水肥喷洒口面积数据进行种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据匹配，搜索出与所述种植物种类特征数据、所述土壤条件特征数据和所述气候条件特征数据构成的种植条件下对应的不同条件种植物水肥喷洒口面积数据并经过数据标识构建出种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据。

34、优选的，基于所述种植物水肥喷洒流量调控数据与所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据进行种植物水肥喷洒口流速测算分析，生成种植物水肥喷洒口流速调节数据的操作步骤如下：

35、s61、获取所述种植物水肥喷洒流量调控数据与所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据；

36、s62、将所述种植物水肥喷洒流量调控数据与所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据结合流量流速关系式进行数值处理，计量出种植物水肥喷洒口流速调节数据，的单位为米每分钟。

37、优选的，所述构建出种植物水肥喷洒调节数据并执行种植物水肥喷洒调控作业的操作步骤如下：

38、s71、将所述种植物水肥喷洒流量调控数据、所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据、所述种植物水肥喷洒口流速调节数据进行数据组合生成种植物水肥喷洒调节数据；

39、s72、依据所述种植物水肥喷洒调节数据中所述种植物水肥喷洒流量调控数据、所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据和所述种植物水肥喷洒口流速调节数据执行对种植物种植区域的水肥喷洒流量大小、喷洒设备喷洒口径大小、喷洒口流速大小进行调控作业。

40、一种基于大数据的水肥喷洒智能调控系统，用于实现所述一种水肥喷洒智能调控方法，所述系统包括水肥喷洒参数采集处理模块、水肥喷洒流量分析模块、水肥喷洒流量调节模块；

41、所述水肥喷洒参数采集处理模块包括种植物种类采集单元、土壤条件特征数据征采集单元、气候条件特征采集单元、不同条件种植物水肥喷洒量存储单元、种植物水肥喷洒量分析单元；

42、所述种植物种类采集单元，通过数据采集平台采集种植物种类特征数据；所述土壤条件特征数据征采集单元，通过土壤检测设备采集土壤条件特征数据；所述气候条件特征采集单元，通过气象测量设备采集气候条件特征数据；所述不同条件种植物水肥喷洒量存储单元，用于存储不同条件种植物水肥喷洒量数据；所述种植物水肥喷洒量分析单元，依据种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与基于大数据存储的不同条件种植物水肥喷洒量数据进行种植物水肥喷洒量调控作业分析，构建出种植物水肥喷洒量调控数据；

43、所述水肥喷洒流量分析模块包括种植物水肥喷洒作业时间采集单元、种植物水肥喷洒流量计量单元、不同条件种植物水肥喷洒口面积存储单元、种植物水肥喷洒口面积分析单元、种植物水肥喷洒口流速计量单元；

44、所述种植物水肥喷洒作业时间采集单元，通过数据采集平台采集种植物水肥喷洒作业时长数据；所述种植物水肥喷洒流量计量单元，依据所述种植物水肥喷洒作业时长数据与所述种植物水肥喷洒量调控数据进行种植物水肥喷洒流量数值处理，生成种植物水肥喷洒流量调控数据；所述不同条件种植物水肥喷洒口面积存储单元，用于存储不同条件种植物水肥喷洒口面积数据；所述种植物水肥喷洒口面积分析单元，根据种植物种类、土壤条件特征数据和气候条件的特征数据与基于大数据存储的不同条件种植物水肥喷洒口面积数据进行种植物水肥喷洒口面积调节参数评估，构建出种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据；所述种植物水肥喷洒口流速计量单元，基于所述种植物水肥喷洒流量调控数据与所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据进行种植物水肥喷洒口流速测算分析，生成种植物水肥喷洒口流速调节数据；

45、所述水肥喷洒流量调节模块包括水肥喷洒流调节参数汇集单元、水肥喷洒流调节作业执行单元；

46、所述水肥喷洒流调节参数汇集单元，基于所述种植物水肥喷洒流量调控数据、所述种植物水肥喷洒口面积最佳调节数据和所述种植物水肥喷洒口流速调节数据进行数据组合构建出种植物水肥喷洒调节数据；所述水肥喷洒流调节作业执行单元，依据所述种植物水肥喷洒调节数据执行种植物水肥喷洒调控作业。

47、（三）有益效果

48、本发明提供了一种基于大数据的水肥喷洒智能调控系统及方法。具备以下有益效果：

49、一、通过数据采集平台、土壤检测设备、气象测量设备准确采集水肥喷洒区域的种植物种类、土壤条件、气候条件特征参数，为科学确定种植物水肥喷洒量提供数据支撑；采用种植物种类、土壤条件和气候条件的特征参数结合智能识别算法与基于大数据存储的不同条件种植物水肥喷洒量参数，科学分析种植物水肥喷洒量，实现种植物水肥喷洒量参数智能化、精准计量。

50、二、通过数据采集平台在线收集种植物水肥喷洒作业规定时长结合种植物水肥喷洒量调控参数进行种植物水肥喷洒流量数值处理，实现自主准确统计种植物水肥喷洒流量调控参数，提高了种植物水肥调控的合理性；采用智能搜索算法依据种植物种类、土壤条件和气候条件的特征参数与基于大数据存储的不同条件种植物水肥喷洒口面积参数，进行种植物水肥喷洒设备喷洒口面积大小调节参数评估，智能分析出种植物水肥喷洒设备的喷洒口面积最佳调节参数；基于流量流速关系式进行数值分析，可靠计量出种植物水肥喷洒设备喷洒口流速调节参数，实现种植物水肥喷洒量、喷洒流量、喷洒设备喷洒口面积和喷洒口流速调节参数智能计量，提高了种植物水肥调控系统的智能化和适用性。

51、三、通过对种植物水肥喷洒流量、喷洒设备喷洒口面积和喷洒口流速调节参数进行数值处理构建出种植物水肥喷洒调节参数，实现种植物水肥喷洒调控作业的数据标准化处理；同时基于种植物水肥喷洒流量、喷洒设备喷洒口面积和喷洒口流速调节参数自主、可靠执行种植水肥喷洒调控作业，实现水肥喷洒调控系统的精细化和高效作业。