[發明專利]一種基于大數據物聯網的農業灌溉實時監測調控系統

有效

• 申請號: 202010328979.0
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111480557B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 康江偉;王成祥;顧曉東;朱金良
• 申請（專利權）人: 河北塔元莊同福農業科技有限責任公司
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;A01C23/00;G06Q50/02;G06Q10/04;G06F16/583;G01D21/02
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 范奇

1.一種基于大數據物聯網的農業灌溉實時監測調控系統,其特征在于：包括數據采集模塊、數據處理模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、圖像特征分析模塊、手動輸入模塊、存儲數據庫、云服務器、澆灌系數分析模塊、澆灌執行端、施肥執行端和顯示器；

所述數據處理模塊與數據采集模塊連接，圖像處理模塊與圖像采集模塊連接，圖像特征分析模塊分別與圖像處理模塊、存儲數據庫和顯示器連接，澆灌系數分析模塊分別與數據處理模塊、圖像特征分析模塊、手動輸入模塊、存儲數據庫和云服務器連接，云服務器分別與存儲數據庫、澆灌系數分析模塊、澆灌執行端、施肥執行端和顯示器連接；

所述數據采集模塊包括土壤數據采集單元和氣象數據采集單元，土壤數據采集單元包括土壤濕度傳感器和土壤測試儀，土壤濕度傳感器和土壤測試儀均安裝在農田土壤內，土壤濕度傳感器用于實時對土壤的濕度進行采集，土壤測試儀用于對土壤中速效氮、速效磷、有效鉀營養元素的種類及含量進行采集，氣象數據采集單元包括空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器和風速傳感器，且空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器和風速傳感器均安裝在農田的周側，用于實時對大氣中的空氣溫度、空氣濕度和風速進行采集，并將采集到的數據發送數據處理模塊；

所述數據處理模塊用于接收數據采集模塊采集的土壤濕度、空氣溫度、空氣濕度和風速，并按照每天采集的時間段進行劃分，統計各采集時間段內的土壤濕度、空氣溫度、空氣濕度和風速的平均值，獲得每天的時間數據集合l_mt表示為在第t個采集時間段內土壤濕度對應的平均數值，l_et表示為在第t個采集時間段內空氣溫度對應的平均值，l_st表示為在第t個采集時間段內空氣濕度對應的平均值，l_vt表示為在第t個采集時間段內風速對應的平均值，t＝1,2,3,4,5,6，t表示為采集時間段，數據處理模塊將每天的時間段數據集合發送至澆灌系數分析模塊；

所述圖像采集模塊包括若干攝像頭,其設置在農田周邊位置處，用于采集農作物的圖像信息，并將采集到的圖像信息發送至圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊用于接收圖像采集模塊發送的農作物圖像信息，并對接收的農作物圖像信息進行濾波高清處理，然后將初級濾波處理后的圖像按照農作物種植的相隔間距位置進行劃分，劃分成若干間隔圖像，并對各間隔圖像進行劃分，劃分成若干子圖像，分析各間隔圖像中各子圖像的信噪比是否大于預定的信噪比閾值，若大于，則將子圖像發送至圖像特征分析模塊，反之，則不對圖像進行處理；

所述存儲數據庫存儲不同種類農作物的圖像外形特征和各種類農作物在各個生長階段的圖像外形特征及其各個生長階段對應的土壤濕度、土壤營養元素種類及含量、空氣溫度、空氣濕度標準值，同時存儲預設的不同種類農作物在不同生長階段對應的不同澆灌比例系數，以及各澆灌比例系數對應的每平方米需澆灌水的量，進一步存儲預設的空氣濕度、空氣溫度、風速的影響因子值；

所述圖像特征分析模塊用于接收圖像處理模塊發送的子圖像信息，提取采集子圖像中的所有外形特征，按照根、莖、葉、花、果進行外形特征分類，將分類后的外形特征與存儲數據庫中的各種類農作物對應的圖像外形特征進行逐一對比，并統計分類后外形特征與存儲數據庫中存儲的各種類農作物對應的圖像外形特征的相似度，篩選相似度最大的農作物種類，按照外形特征分類，當每類外形特征篩選的最大相似度都大于設定的相似度閾值，則輸出相似度最大的農作物種類，當篩選的最大相似度小于設定的相似度閾值，則不進行數據的處理；確定農作物的種類后進一步將采集的農作物分類后的外形特征與存儲數據庫中該類農作物在各個生長階段對應的分類外形特征進行逐一對比，并統計采集的分類外形特征與存儲數據庫中存儲的該類農作物在各生長階段對應的分類外形特征的相似度，篩選相似度最大的生長階段，按照外形特征分類，當每類外形特征篩選的最大相似度都大于設定的相似度閾值，則輸出相似度最大的生長階段，當篩選的最大相似度小于設定的相似度閾值，則不進行數據的處理，并將農作物的種類及生長階段發送至澆灌系數分析模塊和顯示器；

所述手動輸入模塊，根據土壤的不同類型，手動輸入當前土壤的類型發送至澆灌系數分析模塊，土壤類型包括砂質土、黏質土和壤土；

所述澆灌系數分析模塊用于接收數據處理模塊發送的各采集時間段數據集合、圖像對比分析模塊發送的該農作物的種類及當前所處的生長階段和手動輸入模塊發送的當前土壤類型，并提取存儲數據庫中該農作物在該生長階段對應的空氣溫度、空氣濕度、土壤濕度、風速標準數值，將每天各采集時間段對應的時間段數據集合與當前各采集時間段對應的空氣溫度、空氣濕度、土壤濕度、風速標準數值進行對比，得到時間段對比數據集合Δl_mt表示為在第t個采集時間段內土壤濕度對應的數值與第t個采集時間段內土壤濕度對應的標準數值間的差值，Δl_et表示為在第t個采集時間段內空氣溫度對應的數值與第t個采集時間段內空氣溫度對應的標準數值間的差值，Δl_st表示為在第t個采集時間段內空氣濕度對應的數值與第t個采集時間段內空氣濕度對應的標準數值間的差值，Δl_vt表示為在第t個采集時間段內風速對應的數值與第t個采集時間段內風速對應的標準數值間的差值，根據時間段對比數據集合統計農作物的澆灌系數，澆灌系數分析模塊將澆灌系數發送至云服務器；

所述云服務器用于接收澆灌系數分析模塊發送的澆灌系數，根據接收的澆灌系數篩選出存儲數據庫中不同種類農作物在不同生長階段的各澆灌比例系數對應的每平方米需澆灌水的量，并提取需澆灌農田的面積，云服務器根據澆灌系數對應的每平方米需澆灌水的量和農田面積統計農田供水量，并將供水量數據信息發送至澆灌執行端，且接收澆灌執行端反饋的供水量，當采集的供水量大于統計的供水量數據信息，則云服務器發送停止澆灌控制指令至澆灌執行端，同時云服務器將農田所需的供水量數據信息發送至顯示器；

同時云服務器根據數據采集模塊采集的土壤營養元素種類及含量，接收手動輸入模塊發送的土壤類型，提取存儲數據庫中預設的該土壤類型營養元素種類及含量正常值，并將采集的土壤營養元素種類及含量與土壤營養元素種類及含量正常值進行對比，將比對結果發送至施肥執行端和顯示器；

所述澆灌執行端用于接收云服務器發送的供水量數據信息，控制供水管由關閉切換成打開狀態，并實時采集供水量，將采集的供水量反饋至云服務器，同時，接收云服務器發送的停止澆灌控制指令，控制供水管由打開狀態切換成關閉狀態；

所述施肥執行端接收云服務器發送的土壤營養元素種類及含量比對結果，得到對比差值，分析當采集的土壤某一種元素的含量低于該元素含量的標準值時，控制施肥執行端打開該土壤元素補給端口，并實時采集補給量，將采集的補給量反饋至云服務器，當元素補給量大于該元素含量的對比差值時，接收云服務器發送的停止補給指令，控制補給端口關閉；

所述顯示器用于接收圖像特征分析模塊發送的農作物種類及生長階段和云服務器發送的農田所需供水量信息以及土壤營養元素種類比對結果。