[實(shí)用新型]一種基于卡爾曼濾波的櫻桃霜凍預(yù)警裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201922126724.1
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN210895550U
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙利民;呼麗萍;袁榮;尚稱平;張利軍;趙玉祥
• 申請（專利權(quán)）人: 天水師范學(xué)院
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06Q10/04;G08B21/18;G08B21/24
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

本實(shí)用新型公開了一種基于卡爾曼濾波的櫻桃霜凍預(yù)警裝置，涉及物聯(lián)網(wǎng)與智能預(yù)測領(lǐng)域的櫻桃霜凍預(yù)警技術(shù)。本裝置是溫度測量單元、嵌入式控制器單元和通信單元依次連接，電池管理單元和歷史數(shù)據(jù)存儲單元分別與嵌入式控制器單元連接，廠家用戶手機(jī)和個人用戶手機(jī)分別與通信單元連通。本實(shí)用新型利用過去經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和當(dāng)前實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，針對大櫻桃花期和坐果期對霜凍的不同檢測要求，利用卡爾曼濾波算法，估計(jì)出未來2小時(shí)以內(nèi)霜凍災(zāi)害的發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)不同地域霜凍災(zāi)害的低成本自動化預(yù)警。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)與智能預(yù)測領(lǐng)域的櫻桃霜凍預(yù)警技術(shù)，尤其涉及一種基于卡爾曼濾波的櫻桃霜凍預(yù)警裝置，即根據(jù)歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前擬合數(shù)據(jù)的智能決策算法，預(yù)測未來兩個小時(shí)內(nèi)櫻桃霜凍發(fā)展趨勢；本實(shí)用新型可用于單參數(shù)趨勢預(yù)測領(lǐng)域及其他農(nóng)作物霜凍預(yù)警。

背景技術(shù)

果園霜凍已成為影響產(chǎn)量的一個制約因素。目前常用霜凍預(yù)警依托天氣預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)，也有大型種植企業(yè)利用小型氣象站來實(shí)時(shí)預(yù)警霜凍信息，然后根據(jù)霜凍預(yù)警情況，提前做出防治措施。

對處于山區(qū)的農(nóng)戶來說，地勢高低完全不同，霜凍的降臨和所處位置密切相關(guān)。霜凍發(fā)生和具體地形地勢高度有關(guān)系，天氣預(yù)報(bào)無法做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)到每一個具體位置。作為普通種植農(nóng)戶也無經(jīng)濟(jì)實(shí)力購買小型氣象站。

根據(jù)當(dāng)前果農(nóng)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)一種非常便捷的微型預(yù)警器，可以采用6節(jié)7號電池供電的情況下，持續(xù)工作2個月時(shí)間，可以提前2小時(shí)，1小時(shí)，半小時(shí)分別通過短信對農(nóng)戶進(jìn)行霜凍預(yù)警提示。根據(jù)預(yù)警提示，農(nóng)戶可以做好各種防治措施。

天氣的預(yù)測和模型設(shè)計(jì)一直是行業(yè)研究的一個熱點(diǎn)。一般采用最多的趨勢預(yù)測方式就是進(jìn)行多項(xiàng)式曲線擬合和梯度趨勢分析。曲線擬合對于一個非線性系統(tǒng)，具有很大的隨機(jī)性。僅僅依靠曲線擬合，在短時(shí)間天氣急劇變化的情況下，很難做出準(zhǔn)確預(yù)測。利用梯度模型，可以把溫度的變化趨勢分析清楚，當(dāng)前溫度變化結(jié)合梯度變化，可以分析預(yù)測未來的溫度變化趨勢。但是曲線擬合和梯度趨勢分析在極端天氣下，都不具有抗強(qiáng)擾動能力，在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度方面具有不可控因素。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足，提供一種基于卡爾曼濾波的櫻桃霜凍預(yù)警裝置，在溫度測量可靠性控制，突變天氣抗抖動，預(yù)測真實(shí)可靠性方面具有明顯優(yōu)勢。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

霜凍的形成過程是水汽的過飽和部分當(dāng)溫度為0℃時(shí)在農(nóng)作物表面上凝華形成的白色冰晶。對于霜凍最主要的決定因素是溫度值。農(nóng)作物要預(yù)防霜凍災(zāi)害，關(guān)鍵在于提前預(yù)測出霜凍臨界溫度降臨的時(shí)間點(diǎn)。對于溫度未來變化趨勢的預(yù)測，一方面，歷史溫度數(shù)據(jù)具有一定的真實(shí)性和參考價(jià)值；另一方面，當(dāng)天實(shí)際采集的溫度數(shù)據(jù)變化趨勢也具有很強(qiáng)的可參考性。

具體地說：

一、基于卡爾曼濾波的大櫻桃霜凍預(yù)警裝置(簡稱裝置)

本系統(tǒng)包括廠家用戶手機(jī)和個人用戶手機(jī)，設(shè)置有溫度測量單元、嵌入式控制器單元、電池管理單元、歷史數(shù)據(jù)存儲單元、通信單元；

其連接和連通關(guān)系是：

溫度測量單元、嵌入式控制器單元和通信單元依次連接，電池管理單元和歷史數(shù)據(jù)存儲單元分別與嵌入式控制器單元連接，廠家用戶手機(jī)和個人用戶手機(jī)分別與通信單元連通。

溫度測量單元和嵌入式控制器單元連接，實(shí)現(xiàn)溫度信息的采集、可靠性驗(yàn)證與原始溫度數(shù)據(jù)的輸入；

嵌入式控制器單元和電池管理單元連接，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和整個系統(tǒng)的低功耗控制；

嵌入式控制器單元和歷史數(shù)據(jù)存儲單元連接，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的讀取和歷史數(shù)據(jù)的更新；

嵌入式控制器單元和通信單元連接，廠家用戶手機(jī)和個人用戶手機(jī)分別與通信單元連通，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程或本地配置、趨勢預(yù)測和預(yù)警信息發(fā)送。