一种自适应动态调节的水肥配比决策系统及方法与流程

本发明涉及农业灌溉，尤其涉及一种自适应动态调节的水肥配比决策系统及方法。

背景技术：

1、水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，上世纪欧美等国家已经开始在此方面进行试验，并在20世纪后期大力发展推进。而我国在20世纪80年代开始引进此技术，起步较晚推广面积较少。

2、水肥一体自动控制系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、水肥机、过滤系统、田间输配水管网系统、阀门控制器、电磁阀和控制软件平台等局部，还会配套田间气候监测、土壤墒情监测、ph检测、土壤盐分检测等不同的传感装置。

3、现有技术的缺点：无法根据用户的灌溉模式进行分析和调整，已经开始灌溉的用户，无法用于原有模型的评判标准，水肥配比决策带来的效果还需进一步提高。

4、综上所述，需要一种自适应动态调节的水肥配比决策系统及方法来解决现有技术中所存在的不足之处。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应动态调节的水肥配比决策系统及方法，旨在解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，包括：

3、供水单元，用于提供水源至水肥机；

4、过滤模块，用于过滤水源中含有的杂质；

5、供肥单元，用于提供肥料至水肥机；

6、水肥机，用于根据农作物的需肥规律，精确调配水肥比例；

7、灌溉模块，用于将精确调配的水肥高效输送给农作物；

8、数据采集模块，用于采集能够影响水肥调配比例的相关因素的数据；

9、数据库，用于存储采集的数据和人工输入的数据，并为模拟分析单元提供数据支持；

10、模拟分析单元，用于根据采集的数据进行分析和模拟，实时自适应动态重构新的模型；

11、控制终端，用于下发指令控制水肥机与灌溉模块；

12、所述供水单元通过过滤模块与水肥机连接，所述供肥单元连接于水肥机，所述水肥机连接于灌溉模块。通过数据采集模块配合模拟分析单元，根据用户的灌溉模式进行分析和调整，在经过数据收集和再分析后，为用户推送当前更优的水肥施加方案，实现自适应动态调节处理。

13、进一步的，所述灌溉模块包括主管道与若干支管道，若干所述支管道与主管道的连接处设有电磁阀，所述电磁阀通讯连接于控制终端，并且若干所述支管道适配有地插微喷、倒挂微喷、滴灌、穴灌、沟灌中任一一个或多个灌溉单元。

14、进一步的，所述人工输入的数据为农作物需肥规律的常规数据。

15、进一步的，所述数据采集模块包括土壤墒情监测、土壤氮磷钾、土壤温湿度，超声模六参数、大气温温压、风速风向、雨量传感器。

16、进一步的，所述过滤模块包括砂石过滤器与叠片过滤器，所述供水单元的水源先后经过砂石过滤器与叠片过滤器输入至水肥机。

17、一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，用于使用如前述的一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，包括以下步骤：

18、步骤1：先将农作物需肥规律的常规数据输入存储至数据库内，使用当前数据作为首次水肥灌溉的依据；

19、步骤2：通过水泵配合过滤器将水源过滤后输至水肥机中，肥料通过电磁阀和吸肥泵配合输至水肥机中，水肥机按步骤1中的比例将水源与肥料进行混合，混合后的水肥用不同的灌溉方式作用于农作物上；

20、步骤3：通过步骤2进行水肥灌溉后，采集农作物周围环境的相关数据，实时回传给数据库，根据所需的数据格式对采集数据进行整理；

21、步骤4：数据初筛，对收集整理后的数据按照标准范围进行比较，如果收集的数据完全在标准范围内，则将所有数据全盘接收，如果有异常的数据则进行剔除；

22、步骤5：将步骤4收集的数据绘制三维坐标图，观察数据的走向和大致曲线趋势，初步确定数据的模型建立方法，自适应动态重构新的灌溉模型，为用户推送当前新的水肥配比决策方案。

23、进一步的，灌溉模型采用最小二乘法模型，每个用户使用单独的数据库，在接收到用户新收集的数据后，连同之前的数据一起打散，按照固定比例进行重新分配，选取部分数据进行重新构造模型，根据从用户初收集的数据先绘制图形，确定数据走向。

24、进一步的，所述模型建立的方法包括以下步骤：

25、步骤1：根据所有数据绘制三维图形，随着用水量和用肥量的增加，曲线逐渐上升，在到达某个点时，会随着用水量和用肥量的增加而降低；

26、步骤2：构造z＝a+bxy+cx2+ey2+fx+gy的多项式方程，由于x和y有明确的量，所以将该式看为一个关于求a，b，c，e，f，g的方程，如果要预测本次数据的走向，通过模拟出本次数据的走向，求出更贴合所有的(x，y，w)的曲线，则可以通过求偏导的方式，使导数为0，得到关于(a，b，c，e，f，g)的6组线性方程，对方程组求解，既可以求出6个未知数的不同的解，在实际求解过程中，会出现多个a，b，c的值，同时也会得出多组形式为：的方程；

27、步骤3：为使得系数更加贴合原有数据，对这些方程和数据再一步进行计算，使得最终的函数能够和所有数据都有最小距离，采用欧拉公式的方法，即平方和，计算每一个点和每个曲面的距离：计算最终的求和的值，并记录以下每个曲面中最大和最小的标准差，记为该曲面的波动范围(xmin，ymin)，求和最小的曲面即为最终需要的曲面；

28、步骤4：出现方程后，对该方程进一步的进行验证，将实际生产过程中产生的新数据带入方程，若其在波动范围内，则记为一个正确，若在波动范围外，则记为一个失误，当正确的数值超出全部数值的80％时，证明该方程有效，则该模型可以投入到实际水肥配比中；

29、其中，x为水的量，y为肥的量，w为因变量，f(z)为目标函数。

30、进一步的，所述标准范围即每种作物自然存在的一个灌溉的用量范围，根据历史数据的走向确定一个大致的数据波动范围，收集到的数据如果不在该范围内，则会初步从数据库排除，然后另做备份。

31、进一步的，所述数据走向以水量和肥量为自变量的(x，y)，产量为因变量(w)的抛物面的形状，在该模型中，寻找更加贴合所有数据的回归面，寻找所有的点距面的最短距离，则该抛物面即为目标面，记为目标函数f(z)。

32、本发明的实质性效果：

33、1、本发明中，通过数据采集模块配合模拟分析单元，根据用户的灌溉模式进行分析和调整，在经过数据收集和再分析后，为用户推送当前更优的水肥施加方案，实现自适应动态调节处理。

34、2、本发明中，通过数据库存储采集的数据和人工输入的数据，人工输入的数据为农作物需肥规律的常规数据，以此可以作为初始水肥配比依据与二次模型调整的数据支持，并为模拟分析单元提供数据支持。

技术特征：

1.一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，所述灌溉模块包括主管道与若干支管道，若干所述支管道与主管道的连接处设有电磁阀，所述电磁阀通讯连接于控制终端，并且若干所述支管道适配有地插微喷、倒挂微喷、滴灌、穴灌、沟灌中任一一个或多个灌溉单元。

3.根据权利要求1所述一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，所述人工输入的数据为农作物需肥规律的常规数据。

4.根据权利要求1所述一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，所述数据采集模块包括土壤墒情监测、土壤氮磷钾、土壤温湿度，超声模六参数、大气温温压、风速风向、雨量传感器。

5.根据权利要求1所述一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，所述过滤模块包括砂石过滤器与叠片过滤器，所述供水单元的水源先后经过砂石过滤器与叠片过滤器输入至水肥机。

6.一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，用于使用如权利要求1至5任一项所述的一种自适应动态调节的水肥配比决策系统，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，其特征在于，灌溉模型采用最小二乘法模型，每个用户使用单独的数据库，在接收到用户新收集的数据后，连同之前的数据一起打散，按照固定比例进行重新分配，选取部分数据进行重新构造模型，根据从用户初收集的数据先绘制图形，确定数据走向。

8.根据权利要求6所述一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，其特征在于，所述模型建立的方法包括以下步骤：

9.根据权利要求6所述一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，其特征在于，所述标准范围即每种作物自然存在的一个灌溉的用量范围，根据历史数据的走向确定一个大致的数据波动范围，收集到的数据如果不在该范围内，则会初步从数据库排除，然后另做备份。

10.根据权利要求6所述一种自适应动态调节的水肥配比决策方法，其特征在于，所述数据走向以水量和肥量为自变量的(x，y)，产量为因变量(w)的抛物面的形状，在该模型中，寻找更加贴合所有数据的回归面，寻找所有的点距面的最短距离，则该抛物面即为目标面，记为目标函数f(z)。

技术总结
本发明公开了一种自适应动态调节的水肥配比决策系统及方法，系统包括：供水单元，用于提供水源至水肥机；过滤模块，用于过滤水源中含有的杂质；供肥单元，用于提供肥料至水肥机；水肥机，用于根据农作物的需肥规律，精确调配水肥比例；灌溉模块，用于将精确调配的水肥高效输送给农作物；数据采集模块，用于采集能够影响水肥调配比例的相关因素的数据；数据库，用于存储采集的数据和人工输入的数据，并为模拟分析单元提供数据支持；通过本发明的实施，在经过数据收集和再分析后，根据用户的灌溉模式进行分析和调整，为用户推送当前更优的水肥施加方案，实现自适应动态调节处理。

技术研发人员：许朋朋,陈微战,张国平,郑成富,范仔俊
受保护的技术使用者：后稷数农（杭州）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14