[發(fā)明專利]基于土壤水勢的模糊智能植物生長監(jiān)控系統(tǒng)及控制目標閾值獲取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010425177.1
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111612331A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢春陽;杜太行;王建春;孫曙光;李鳳菊;劉偉;孫海波;鄒軍軍
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué);天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息研究所
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 李文洋

本發(fā)明涉及植物生長領(lǐng)域，尤其涉及一種基于土壤水勢的模糊智能植物生長監(jiān)控系統(tǒng)，其包括溫室中央控制器、智能計算控制模塊、綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)字圖像采集模塊、水肥耦合灌溉首部設(shè)備及電源管理模塊，所述的數(shù)字圖像采集模塊負責動態(tài)實時獲取植物生長表型變化數(shù)據(jù)，采用水肥耦合灌溉首部設(shè)備進行植物營養(yǎng)調(diào)節(jié)，采用主客觀權(quán)重和偏好系數(shù)的二級模糊綜合評判方法獲取的最佳土壤水勢范圍作為控制目標閾值，以土壤水勢下限為啟動判斷基準和調(diào)控手段，采用變灌溉時長控制的方式進行植物生長過程監(jiān)控，能夠更加綜合的、動態(tài)的記錄植物生長過程中因局部小氣候環(huán)境變化產(chǎn)生長變化，判斷方法更具有科學(xué)性、全面性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物生長控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于土壤水勢的模糊智能植物生長監(jiān)控系統(tǒng)及控制目標閾值獲取方法。

背景技術(shù)

設(shè)施農(nóng)業(yè)是發(fā)達地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標志，是天津沿海都市型農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的主要途徑，在農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用越來越重要。人工智能技術(shù)在溫室植物生長監(jiān)控中已得到了廣泛的應(yīng)用，研究人員將先進的電子信息技術(shù)與智能控制技術(shù)用于溫室植物生長監(jiān)控中,使他們的溫室智能化水平不斷提高。溫室系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，不僅具有大慣性、非線性和純時延等特點，而且很難對其建立精確的數(shù)學(xué)模型，傳統(tǒng)的控制方法已不能滿足其控制要求。人工智能技術(shù)在植物生長調(diào)節(jié)過程中的使用大大改善了此狀態(tài)，科研人員將模糊邏輯推理、專家知識、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來預(yù)測農(nóng)作物的生長變化和灌溉用水量，并且不斷的根據(jù)傳感器釆集到的環(huán)境參數(shù)進行及時的調(diào)節(jié)，滿足不同環(huán)境下的農(nóng)作物的生長用水，做到準時、準確地灌溉。在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，植物的生長對于水、肥的依賴在其整個生育期內(nèi)都是毋庸置疑的。傳統(tǒng)的大水漫灌或者是不當?shù)墓嗨┓手贫龋瑢怪参餆o法在最適環(huán)境中生長，導(dǎo)致發(fā)病率大大提高，生長受限，甚至死亡。因此獲取植物生長過程中最佳灌溉指標是實現(xiàn)水肥耦合、節(jié)水灌溉、植物生長調(diào)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，同時，配合智能灌溉系統(tǒng)更可以為農(nóng)作物提供更加科學(xué)有效的生長調(diào)節(jié)。

設(shè)施蔬菜最佳灌溉指標是對植物智能生長調(diào)控的控制目標，以往所設(shè)計的智能控制系統(tǒng)中，主要以檢測到的土壤當前濕度和最佳濕度作為對比，當實時濕度小于最佳濕度下限時則對植株進行適當灌溉從而達到節(jié)水目的。但是由于不同地區(qū)的土壤成分差異，濕度不能反映出土壤水分對植物的有效性，比如15％的含水量沙土適合所有植物的生長，但是在此濕度的黏土上植物卻無法生存。如果不同地區(qū)都使用相同最佳土壤濕度，不可避免造成水分的浪費或者對植物生長造成影響。而水勢則與土壤類型無關(guān)，含有相同水勢的不同類型土壤對作物的水分有效性相同，因此，以土壤水勢作為灌溉指標更具有普遍適用性。

如何挑選出植物生長過程中最優(yōu)綜合指標，以及評價植物生長的好壞，是確定系統(tǒng)控制目標必不可少的步驟，這時就需要采用合理的評價模型對植物生長過程中的各項指標進行評價。最為人們熟知的評價模型是線性的，即評價指標加權(quán)平均綜合模型。其評價思想的核心是建立在評價結(jié)果可以疊加，評價因子為線性關(guān)系的假設(shè)之上。這種模型計算簡單，建模方便，目前現(xiàn)有的評價大多采用這一方法。但是實際上這種假設(shè)條件并不能成立，因此實際操作起來結(jié)果往往不能令人滿意，評價結(jié)果的可信度也較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的就是針對上述問題，提供一種基于土壤水勢的模糊智能植物生長監(jiān)控系統(tǒng)。

一種基于土壤水勢的模糊智能植物生長監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括溫室中央控制器、智能計算控制模塊、綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)字圖像采集模塊、水肥耦合灌溉首部設(shè)備及電源管理模塊；

所述綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括用于接收田間水勢數(shù)據(jù)和溫室小氣候數(shù)據(jù)的短距離無線傳輸模塊和用于向云端遠程監(jiān)控終端接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的遠程無線通訊模塊，所述的遠程無線通訊模塊作為4G網(wǎng)絡(luò)傳輸終端與溫室中央控制器通過以太網(wǎng)接口進行連接；

所述溫室中央控制器用于接收溫室中央控制器、智能計算控制模塊、綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的控制信號并控制水肥耦合灌溉首部設(shè)備工作；

所述電源管理模塊用于為溫室中央控制器、智能計算控制模塊以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊供電；