一种农业动态数据管理系统及方法、信息处理终端与流程
本发明属于农业生产技术领域，尤其涉及一种农业动态数据管理系统及方法、信息处理终端。
背景技术：
目前，业内常用的现有技术是这样的：
目前，农业大数据是融合了农业地域性、季节性、多样性、周期性等自身特征后产生的来源广泛、类型多样、结构复杂、具有潜在价值，并难以应用通常方法处理和分析的数据集合。农业大数据保留了大数据自身具有的规模巨大、类型多样、价值密度低、处理速度快、精确度高和复杂度高等基本特征，并使农业内部的信息流得到了延展和深化。目前没有一种合适的能够对农业动态数据数据进行管理的良好的系统，因此需要一种能够对农业动态数据很好的管理的系统。
综上所述，现有技术存在的问题是：
目前没有一种合适的能够对农业数据进行采集处理的办法，因此需要一种能够对农业数据很好的采集处理的系统。
pid控制算法本质上是一种线性控制方法，目前增量式pid控制模型应用比较广泛。假定温度偏差为
δu(k)＝u(k)－u(k－1)(1)
δu(k)＝kp[e(k)－e(k－1)]+kie(k)+kd[e(k)－2e(k－1)+e(k－2)](2)
式中：u(k)、u(k－1)分别为第k时刻和第(k－1)时刻的温度偏差信号。取温度偏差为输入量，实际温度为输出量，则温度控制系统可看成一个单输入单输出的非线性系统。但由于采用pid控制算法易产生超调，且不具备在线调整参数能力，自适应能力差。
现有技术的氧气含量、二氧化碳含量信息整合中，信息滤除存在的不利于自动噪点检测，自适应能力差，噪声去除和滤波性能存在矛盾的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种农业动态数据管理系统及方法、信息处理终端。
本发明是这样实现的，一种农业动态数据管理方法，所述农业动态数据管理方法包括：
氧气含量检测模块通过氧气入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统为具体的电信号并显示在显示模块上，进行氧气含量测定；
二氧化碳含量检测模块通过二氧化碳入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统为具体的电信号并显示在显示模块上，对二氧化碳含量进行测定；
通过土壤温度检测模块对土壤温度进行测定；
通过信息整合模块引入双结构元素数学形态学进行二次滤波后分别对氧气含量、二氧化碳含量信息进行整合；
通过信息存储模块对信息进行存储；
主控模块利用粒子群优化算法的粒子的适应度函数
进一步，粒子群优化算法进行pid参数的合理优化，具体包括：
假定xit为t时刻第i个粒子的位置，vit为t时刻第i个粒子的速度，sit为t时刻第i个粒子的最优位置，stg为t时刻的全局位置，则
则粒子i在t+1时刻的位置描述为
式中：
通过迭代搜寻每个粒子的当前最优解，采用适应度函数评价解的优劣程度；粒子的适应度函数为
式中：zi，j为第i个样本的第j个理想输出值；zi，j为第i个样本的第j个实际输出值；n为样本数；m＝1，2，…，r，r为粒子数；粒子的个体极值点和全局最优极值点以及pid温度控制模型中p、i、d系数值和温度偏差值的优化终止条件由粒子的适应度确定；将粒子群优化算法的误差作为pid
控制算法阈值和权值的优化终止条件，当迭代l次时的误差为
进一步，双结构元素数学形态学第二级滤波的具体方法：
氧气含量或二氧化碳含量信息为f，e为结构元素se，则膨胀有如下关系式：
式中
上式膨胀关系是将与氧气含量或二氧化碳接触的所有背景点都合并到氧气含量或二氧化碳中，使边界向外部扩张的过程，填补物体中的洞孔；
上式θ为腐蚀运算符，腐蚀是消除边界点，边界向内部收缩，同时在腐蚀膨胀的基础上，再结合形态学的开闭运算：
进一步，所述农业动态数据管理方法进一步包括：通过光照强度检测模块对光照强度进行测定；光照强度检测模块信息处理方法步包括：
pn结中电子向p区，空穴向n区扩散，使p区带负电，n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区，同时出现由耗尽层引起的内建电场，使少子漂移，并阻止电子和空穴继续扩散，达到平衡；在热平衡下，pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零；
所述农业动态数据管理方法进一步包括：通过水位检测模块对水位进行测定，水位检测模块信息处理方法包括：
由液位传感器和信号转换器两部分组成；液位传感器由装在φ20不锈钢护管内的若干干簧管和若干电阻构成，护管紧固在测量管外侧；信号转换器由电子模块组成，安置在传感器顶端或底端的防爆接线盒内。
进一步，显示模块信息处理方法包括：
通常在两片玻璃基板上装有配向膜，液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向沟槽偏离90°，液晶中的分子在同一平面内就像百叶窗一样一条一条整齐排列，而分子的向列从一个液面到另一个液面过渡时会逐渐扭转90°，也就是说两层分子的排列的相位相差90°。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述农业动态数据管理方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述农业动态数据管理方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的农业动态数据管理方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述农业动态数据管理方法的农业动态数据管理系统，其特征在于，所述农业动态数据管理系统包括：
氧气含量检测模块，与主控模块相连接，通过氧气含量探测器对空气中的氧气含量进行探测；
光照强度检测模块，与主控模块相连接，通过光照强度探测器对光照强度进行检测；
二氧化碳含量检测模块，与主控模块相连接，通过二氧化碳含量探测器对空气中二氧化碳含量进行测量；
水位检测模块，与主控模块相连接，通过水位探测器对水位进行测量；
土壤温度检测模块，与主控模块相连接，通过土壤温度探测器对土壤温度进行测量；
信息整合模块，与主控模块相连接，通过信息整合器对收集的信息进行测量；
信息存储模块，与主控模块相连接，通过硬盘对信息进行存储；
显示模块模块，与主控模块相连接，通过显示器对探测器所收集的信息进行显示。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述农业动态数据管理系统的农业动态数据管理设备。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明通过氧气含量检测模块对氧气含量进行测定，通过光照强度检测模块对光照强度进行测定，通过二氧化碳含量检测模块对二氧化碳含量进行测定，通过水位检测模块对水位进行测定，通过土壤温度检测模块对土壤温度进行测定，通过信息整合模块对信息整合，通过信息存储模块对信息进行存储，通过主控模块对信息进行处理。对农业生产的动态数据进行收集显示，以及进行存储后进行适当的管理，对提高农业生产的生产力，更好的进行农业生产有着非常重要的成效。
为了验证本发明控制模块的控制方法相对其他控制方法的优劣性，选取现有技术中具有一阶惯性、纯滞后特点的控制对象，分别对传统pid控制方法、模糊pid控制方法和本发明方法进行仿真实验。传统pid控制器参数根据ziegler－nichols的方法整定获取，模糊pid方法和本发明方法控制器的参数选取采用离线试探的方法得到。下面通过模拟实验研究在不同比例系数和滞后时间的条件下，三种温度控制方法达到稳态时的响应性能。
首先分析比例系数k分别为0.3、0.7和1的情况下，传统pid方法、模糊pid方法和本发明方法的动态响应关系。基于matlab通过仿真，得到不同比例系数下三种方法的时间－阶跃响应曲线如图3所示。
从图3可知，当比例系数增大时，采用传统pid控制方法与模糊pid控制方法相比，由于自身不能进行参数的自调整，其阶跃响应曲线有较大的振荡幅度，而采用本发明控制方法振荡幅度变化最小。研究表明随着比例系数的变化，本发明方法与模糊pid方法和传统pid方法相比响应速度快，具有较高的稳态精度和适应性，系统的动态响应性能得到了明显改善.图3不同比例系数下三种方法的时间－阶跃响应曲线当滞后时间t分别为10s、16s和22s的情况下，分析传统pid方法、模糊pid方法和本发明方法的动态响应关系。基于matlab通过仿真，得到不同滞后时间下三种方法的时间－阶跃响应曲线如图3所示。
从图4可知，当滞后时间增大时，三种控制方法的动态响应都出现了不同程度的振荡。但是采用传统pid控制方法与模糊pid控制方法相比，其阶跃响应曲线的变化幅度较大，而采用本发明控制方法的响应曲线波动较小，系统调节时间和变化幅度也较短。研究表明随着滞后时间的变化，本发明方法与模糊pid方法和传统pid方法相比抗干扰性能好，鲁棒性强，具有较好的自适应处理能力。
本发明针对具有一阶惯性、纯滞后特点的被控对象，基于粒子群优化策略提出一种pid自适应温度控制算法，可实现对非线性惯性系统的实时温度控制。仿真实验研究表明，当控制系统参数变化时，采用本发明方法能够减弱被控对象滞后对性能的影响，系统响应速度快、调节时间短且振荡幅度小，可取得良好的实时控制效果，且系统的稳定性得到明显改善。因此，本发明提出的基于粒子群优化的pid温度控制策略具有较好的自适应处理能力，不仅为非线性、大滞后、模型不确定被控温度系统的建模仿真提供参考，而且也可应用于其它自动化仪表与装置的工业控制。
本发明的氧气含量、二氧化碳含量噪声错检率和漏检率低，噪声检测精度较高；检测时间短，自动性强。
附图说明
图1是本发明实施例提供的农业动态数据管理系统的结构示意图；
图中：1、主控模块；2、显示模块；3、氧气含量检测模块；4、光照强度检测模块；5、二氧化碳含量检测模块；6、水位检测模块；7、土壤温度检测模块；8、信息整合模块；9、信息存储模块。
图2是本发明实施例提供的农业动态数据管理方法流程图。
图3是本发明实施例提供的不同比例系数下三种方法的时间－阶跃响应曲线图。
图4是本发明实施例提供的当滞后时间增大时，三种控制方法的动态响应都出现了不同程度的振荡图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1所示，本发明实施例提供的农业动态数据管理系统包括：主控模块1、显示模块2、氧气含量检测模块3、光照强度检测模块4、二氧化碳含量检测模块5、水位检测模块6、土壤温度检测模块7、信息整合模块8、信息存储模块9。
氧气含量检测模块3，与主控模块1相连接，通过氧气含量探测器对空气中的氧气含量进行探测。
光照强度检测模块4，与主控模块1相连接，通过光照强度探测器对光照强度进行检测。
二氧化碳含量检测模块5，与主控模块1相连接，通过二氧化碳含量探测器对空气中二氧化碳含量进行测量。
水位检测模块6，与主控模块1相连接，通过水位探测器对水位进行测量。
土壤温度检测模块7，与主控模块1相连接，通过土壤温度探测器对土壤温度进行测量。
信息整合模块8，与主控模块1相连接，通过信息整合器对收集的信息进行测量。
信息存储模块9，与主控模块1相连接，通过硬盘对信息进行存储。
显示模块2，与主控模块1相连接，通过显示器对探测器所收集的信息进行显示。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
如图2，本发明实施例提供的农业动态数据管理方法，包括：
s101：氧气含量检测模块通过氧气入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统为具体的电信号并显示在显示模块上，进行氧气含量测定；
s102：二氧化碳含量检测模块通过二氧化碳入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统为具体的电信号并显示在显示模块上，对二氧化碳含量进行测定；
s103：通过土壤温度检测模块对土壤温度进行测定；
s104：通过信息整合模块引入双结构元素数学形态学进行二次滤波后分别对氧气含量、二氧化碳含量信息进行整合；
s105：通过信息存储模块对信息进行存储；主控模块利用粒子群优化算法的粒子的适应度函数和进行土壤温度pid参数的合理优化处理。
s105中，主控模块利用粒子群优化算法的粒子的适应度函数
粒子群优化算法进行pid参数的合理优化，具体包括：
假定xit为t时刻第i个粒子的位置，vit为t时刻第i个粒子的速度，sit为t时刻第i个粒子的最优位置，stg为t时刻的全局位置，则
则粒子i在t+1时刻的位置描述为
式中：
通过迭代搜寻每个粒子的当前最优解，采用适应度函数评价解的优劣程度；粒子的适应度函数为
式中：zi，j为第i个样本的第j个理想输出值；zi，j为第i个样本的第j个实际输出值；n为样本数；m＝1，2，…，r，r为粒子数；粒子的个体极值点和全局最优极值点以及pid温度控制模型中p、i、d系数值和温度偏差值的优化终止条件由粒子的适应度确定；将粒子群优化算法的误差作为pid控制算法阈值和权值的优化终止条件，当迭代l次时的误差为
进一步，双结构元素数学形态学第二级滤波的具体方法：
氧气含量或二氧化碳含量信息为f，e为结构元素se，则膨胀有如下关系式：
式中
上式膨胀关系是将与氧气含量或二氧化碳接触的所有背景点都合并到氧气含量或二氧化碳中，使边界向外部扩张的过程，填补物体中的洞孔；
上式θ为腐蚀运算符，腐蚀是消除边界点，边界向内部收缩，同时在腐蚀膨胀的基础上，再结合形态学的开闭运算：
本发明的工作原理是：
所述氧气含量检测模块3信息处理方法如下：氧气入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统称为具体的电信号并显示在屏幕上。
所述二氧化碳含量检测模块5信息处理方法如下：二氧化碳入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，生成的电子离子对电场的作用下向两极漂移，在收集电极上产生输出脉冲，反馈到测量系统称为具体的电信号并显示在屏幕上。
所述光照强度检测模块4信息处理方法如下：pn结中电子向p区，空穴向n区扩散，使p区带负电，n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区(耗尽区)，同时出现由耗尽层引起的内建电场，使少子漂移，并阻止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于pn结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。
所述水位检测模块6信息处理方法如下：由液位传感器和信号转换器两部分组成。液位传感器由装在φ20不锈钢护管内的若干干簧管和若干电阻构成，护管紧固在测量管(主体管)外侧；信号转换器由电子模块组成，安置在传感器顶端或底端的防爆接线盒内。
所述显示模块2信息处理方法如下：通常在两片玻璃基板上装有配向膜，液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向沟槽偏离90°，液晶中的分子在同一平面内就像百叶窗一样一条一条整齐排列，而分子的向列从一个液面到另一个液面过渡时会逐渐扭转90°，也就是说两层分子的排列的相位相差90°。一般最常用的液晶型式为向列(nem不同种类的显示器atic)液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1-10nm(1nm＝10am)，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源开和关的作用下产生明暗的区别，以此原理控制每个像素，便可构成所需图像。
所述土壤温度检测模块7信息处理方法如下：土壤温度传感器大都采用pt1000铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，当pt1000在0℃的时候阻值为1000欧姆，它的阻值会随着温度上升成匀速增长。基于pt1000的这种特性，利用进口芯片设计电路把电阻信号转换为采集仪器常用的电压或电流信号。
下面结合仿真实验对本发明的控制模块的控制方法作进一步描述。
从图3可知，当比例系数增大时，采用传统pid控制方法与模糊pid控制方法相比，由于自身不能进行参数的自调整，其阶跃响应曲线有较大的振荡幅度，而采用本发明控制方法振荡幅度变化最小。研究表明随着比例系数的变化，本发明方法与模糊pid方法和传统pid方法相比响应速度快，具有较高的稳态精度和适应性，系统的动态响应性能得到了明显改善.图3不同比例系数下三种方法的时间－阶跃响应曲线当滞后时间t分别为10s、16s和22s的情况下，分析传统pid方法、模糊pid方法和本发明方法的动态响应关系。基于matlab通过仿真，得到不同滞后时间下三种方法的时间－阶跃响应曲线如图3所示。
从图4可知，当滞后时间增大时，三种控制方法的动态响应都出现了不同程度的振荡。但是采用传统pid控制方法与模糊pid控制方法相比，其阶跃响应曲线的变化幅度较大，而采用本发明控制方法的响应曲线波动较小，系统调节时间和变化幅度也较短。研究表明随着滞后时间的变化，本发明方法与模糊pid方法和传统pid方法相比抗干扰性能好，鲁棒性强，具有较好的自适应处理能力。
本发明针对具有一阶惯性、纯滞后特点的被控对象，基于粒子群优化策略提出一种pid自适应温度控制算法，可实现对非线性惯性系统的实时温度控制。
仿真实验研究表明，当控制系统参数变化时，采用本发明方法能够减弱被控对象滞后对性能的影响，系统响应速度快、调节时间短且振荡幅度小，可取得良好的实时控制效果，且系统的稳定性得到明显改善。因此，本发明提出的基于粒子群优化的pid温度控制策略具有较好的自适应处理能力，不仅为非线性、大滞后、模型不确定被控温度系统的建模仿真提供参考，而且也可应用于其它自动化仪表与装置的工业控制。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
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