[發(fā)明專利]一種基于蘋果病害預(yù)測的智能調(diào)控方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110429915.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN113115679B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹姍姍;劉繼芳;孫偉;孔繁濤;吳建寨;蔡潮勇;韓書慶;朱孟帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所
• 主分類號(hào): A01G17/00
• 分類號(hào): A01G17/00;A01G13/00;A01G9/14;A01G9/24;G06N3/084;G06N3/048;G06Q10/04;G06Q50/02
• 代理公司: 西安匯恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

1.一種基于蘋果病害預(yù)測的智能調(diào)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101、獲取實(shí)時(shí)蘋果生長環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別分析當(dāng)前蘋果的生長狀況和易發(fā)病環(huán)境；所述生長環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)包括土壤情況、施肥情況、氣候情況和地形情況；

S102、根據(jù)識(shí)別分析結(jié)果，判別是否處于易致病菌生長的環(huán)境，決策環(huán)境調(diào)控方案，通過控制指令對(duì)頂棚及生長環(huán)境進(jìn)行智能調(diào)控；

S103、通過當(dāng)前蘋果的生長周期和環(huán)境參數(shù)，對(duì)蘋果樹進(jìn)行灌溉、授粉和輔助光和作用；

所述S101中所述的機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括以下步驟：

S201、數(shù)據(jù)的采集與處理：獲取生長環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)并結(jié)合病蟲害的發(fā)生情況數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，增強(qiáng)數(shù)據(jù)與病害間的特征表現(xiàn)；

S202、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練：初始化連接權(quán)值和閾值，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)、隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)、輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)和激活函數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練不斷調(diào)整隱含層和輸出層的權(quán)值；

所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括正向傳播和反向傳播，在正向傳播過程中，信號(hào)通過輸入層接收進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)過隱含層的激活函數(shù)的處理，交給輸出層，最后由輸出層輸出處理過的信號(hào)，當(dāng)輸出的信號(hào)與期望輸出的信號(hào)誤差大于限定值，則轉(zhuǎn)向誤差反向傳播的過程，輸出端將誤差分?jǐn)偨o隱含層，隱含層處理后，傳給輸入層，BP算法用于調(diào)整權(quán)值使網(wǎng)絡(luò)總誤差最小，若訓(xùn)練調(diào)整權(quán)值的過程到預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練次數(shù)或者誤差已經(jīng)到很小的范圍內(nèi)，則停止訓(xùn)練；

S203、輸出結(jié)果：通過訓(xùn)練好的模型，實(shí)時(shí)對(duì)蘋果周圍環(huán)境特征參數(shù)提取，通過數(shù)據(jù)的輸入、模型的預(yù)測，得到輸出的結(jié)果，從而對(duì)蘋果的病害發(fā)生做出預(yù)測；

所述S202中所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練具體包括以下步驟：

S301、設(shè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)為M，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為Q，輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為L，隱含層激活函數(shù)采用Sigmoid?型函數(shù)，輸出與期望輸出的誤差?E，定義公式為

其中表示輸出層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的期望輸出，表示輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出；

S302、對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值初始化；

S303、輸入訓(xùn)練樣本,計(jì)算出隱含層第個(gè)神經(jīng)元和輸出層第個(gè)神經(jīng)元的輸出值：

其中為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)之間連接權(quán)值的權(quán)值，為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)之間連接權(quán)值的權(quán)值，為中間層節(jié)點(diǎn)的閾值，為輸出層節(jié)點(diǎn)k的閾值；

S304、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差；

首先計(jì)算輸出層節(jié)點(diǎn)到隱含層節(jié)點(diǎn)之間的誤差

其中表示輸出層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的期望輸出，表示輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出；

然后計(jì)算隱含層節(jié)點(diǎn)到輸入層節(jié)點(diǎn)之間的誤差

其中為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)之間連接權(quán)值的權(quán)值，為中間層節(jié)點(diǎn)j的輸出；

S305、調(diào)整輸出節(jié)點(diǎn)和隱含節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值和節(jié)點(diǎn)的閾值，為學(xué)習(xí)率

調(diào)整隱含節(jié)點(diǎn)?和輸入層節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值和節(jié)點(diǎn)的閾值

S306、判斷訓(xùn)練樣本是否完成一輪訓(xùn)練，如果未完成，則返回S303；

S307、檢查網(wǎng)絡(luò)總誤差是否達(dá)到所要求的精度，如果達(dá)到，訓(xùn)練結(jié)束；

該基于蘋果病害預(yù)測的智能調(diào)控方法中使用了一種智能調(diào)控裝置，所述智能調(diào)控裝置包括土壤參數(shù)獲取模塊、水肥參數(shù)獲取模塊、氣候參數(shù)獲取模塊、地形參數(shù)獲取模塊、頂棚調(diào)控模塊和主控制箱；

所述土壤參數(shù)獲取模塊用于獲取區(qū)域內(nèi)蘋果實(shí)時(shí)土壤參數(shù)數(shù)據(jù)，所述土壤參數(shù)獲取模塊參數(shù)獲取裝置包括多點(diǎn)位于蘋果種植區(qū)域內(nèi)土壤中的土壤傳感器；

所述水肥參數(shù)獲取模塊用于獲取區(qū)域內(nèi)蘋果實(shí)時(shí)水肥參數(shù)數(shù)據(jù)，所述水肥參數(shù)獲取模塊包括水肥傳感器、鍵盤和液晶顯示器；

所述氣候參數(shù)獲取模塊用于獲取區(qū)域內(nèi)蘋果實(shí)時(shí)氣候參數(shù)數(shù)據(jù)，所述氣候參數(shù)獲取模塊包括環(huán)境參數(shù)傳感器；

所述地形參數(shù)獲取模塊用于獲取區(qū)域內(nèi)蘋果實(shí)時(shí)地形參數(shù)數(shù)據(jù)，所述地形參數(shù)獲取模塊包括鍵盤和液晶顯示器；

所述頂棚調(diào)控模塊用于調(diào)控區(qū)域內(nèi)蘋果的環(huán)境參數(shù)，所述頂棚調(diào)控模塊包括移動(dòng)式頂棚、風(fēng)扇、雨水導(dǎo)流槽、蓄水塔和灌溉電磁閥；

所述主控制箱用于根據(jù)目標(biāo)水肥參數(shù)，氣候參數(shù)，地形參數(shù)向所述頂棚調(diào)控模塊發(fā)送相應(yīng)控制指令；所述主控制箱的控制端口連接移動(dòng)式頂棚、風(fēng)扇和灌溉電磁閥；

所述移動(dòng)式頂棚為電控開合移動(dòng)式頂棚，移動(dòng)式頂棚通過頂棚電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制開合大小，移動(dòng)式頂棚安裝在棚架上，所述風(fēng)扇安裝在棚架內(nèi)側(cè)壁上，所述灌溉電磁閥安裝在灌溉管道上，雨水導(dǎo)流槽設(shè)置在移動(dòng)式頂棚上，蓄水塔用于承接天然降水，雨水導(dǎo)流槽與蓄水塔連通，蓄水塔與灌溉管道連通為灌溉提供水源，所述主控制箱內(nèi)設(shè)置有處理器和存儲(chǔ)器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蘋果病害預(yù)測的智能調(diào)控方法，其特征在于，S101中所述的識(shí)別分析當(dāng)前蘋果的生長狀況和易發(fā)病環(huán)境為分析生長環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)的影響；S102中所述的生長環(huán)境進(jìn)行智能調(diào)控為改變蘋果周圍環(huán)境參數(shù)及生長環(huán)境的參數(shù)。