水溶液盐碱度自动化调控方法、装置及平台与流程

本发明涉及水质检测，尤其涉及水溶液盐碱度自动化调控方法、装置及平台。

背景技术：

1、开展作物耐盐碱研究最基本的要求是需保持水溶液中盐碱度的稳定，确保试验结果的可靠性。但当前研究者只用传感器对水溶液中盐碱度进行监测，而无法对盐碱度进行相应调控；也有研究者通过混液池一次性配备好试验所需的盐碱度水溶液进行灌溉，而此后不管是随着水分的蒸发盐碱浓度升高还是降雨盐碱浓度降低都无法进行调控，因此这种操作方式无法保证作物生长过程中设定的盐碱度的稳定；还有研究者使用手持式检测设备去实验池现场检测水溶液盐碱度，然后根据测量结果与设定盐碱度的偏差进行人工灌盐水或淡水进行相应调。

2、但是，由于现有的手持式设备无软件平台功能，无通信功能，无实时监测数据采集监测功能，无历史数据云存储功能，无历史数据图表展示功能，尤其是无自动化调控盐碱度功能，需要手写记录检测数据，并根据检测数据手动调节实验池的盐度、ph、水位等数值，使其符合试验需求，从而导致试验人员的工作量大，需要重复劳动，而且效率低下，无法满足科研人员的使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了水溶液盐碱度自动化调控方法、装置及平台，解决了无法对试验池中水溶液盐碱度进行自动调控的技术问题，达到了根据实时监测数据和试验信息的差别自动生成最优调控指令，并通过最优调控指令智能化管理控制阀的启停使得试验池水溶液盐碱度长期保持在标准范围内的目的。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种水溶液盐碱度自动化调控方法，包括以下步骤：

3、s1、根据云存储设备中储存的历史监测数据集与试验信息的比对结果，生成初始调控指令，其中，所述试验信息包括试验池监测项目以及每个监测项目的标准范围；

4、s2、采用神经网络算法根据所述历史监测数据集和初始调控指令，并以试验池水溶液盐碱度改善程度最大且调控成本最小为目标进行优化训练，得到试验池调控模型；

5、s3、获取试验池的多个子区域分别对应的数据采集设备所采集的多组实时监测数据；

6、s4、采用多目标优化算法根据多组所述实时监测数据对所述试验池调控模型进行求解，得到对试验池中水溶液盐碱度进行调节的最优调控指令；

7、s5、将所述最优调控指令发送至对应的控制阀，通过控制阀的启停使得试验池水溶液盐碱度调节至所述标准范围内。

8、进一步地，所述步骤s5之后还包括：

9、s6、将多组所述实时监测数据以及对应的所述最优调控指令上传至云存储设备进行储存，并在客户端展示现场监测数据图表。

10、进一步地，所述步骤s2具体包括：

11、s21、将所述历史监测数据集以及对应的初始调控指令按预设比例随机划分法训练数据集和测试数据集；

12、s22、根据所述训练数据集对神经网络进行训练，得到神经网络模型；

13、s23、根据所述测试数据集对所述神经网络模型进行测试和验证；

14、s24、以试验池水溶液盐碱度改善程度最大且调控成本最小为目标，对所述神经网络模型进行优化以获得试验池调控模型，其中，所述目标需满足试验池水位约束条件和盐碱度平衡约束条件。

15、进一步地，所述步骤s4具体包括：

16、s41、对多组所述实时监测数据进行预处理，得到处理后数据；

17、s42、根据所述处理后数据计算各个试验池监测项目对应的平均值；

18、s43、将所述平均值输入所述试验池调控模型并采用多目标优化算法进行求解，得到对试验池中水溶液盐碱度进行调节的最优调控指令。

19、进一步地，所述预处理是指计算多组所述实时监测数据中最大值与最小值之间的正差值并判断所述正差值是否大于阈值；

20、如果所述正差值大于阈值，则剔除所述实时监测数据中的最大值和最小值，并向客户端发送警报信息提醒工作人员去现场检修对应的数据采集设备；

21、如果所述正差值小于等于阈值，则将多组所述实时监测数据全部保留。

22、进一步地，所述试验池监测项目包括水溶液盐度监测、水溶液ph值监测和水位值监测。

23、本发明还提供了一种技术方案：一种水溶液盐碱度自动化调控装置，包括：

24、初始调控指令生成模块，所述初始调控指令生成模块用于根据云存储设备中储存的历史监测数据集与试验信息的比对结果，生成初始调控指令，其中，所述试验信息包括试验池监测项目以及每个监测项目的标准范围；

25、试验池调控模型构建模块，所述试验池调控模型构建模块用于采用神经网络算法根据所述历史监测数据集和初始调控指令，并以试验池水溶液盐碱度改善程度最大且调控成本最小为目标进行优化训练，得到试验池调控模型；

26、实时监测数据获取模块，所述实时监测数据获取模块用于获取试验池的多个子区域分别对应的数据采集设备所采集的多组实时监测数据；

27、最优调控指令求解模块，所述最优调控指令求解模块用于采用多目标优化算法根据多组所述实时监测数据对所述试验池调控模型进行求解，得到对试验池中水溶液盐碱度进行调节的最优调控指令；

28、最优调控指令发送模块，所述最优调控指令发送模块用于将所述最优调控指令发送至对应的控制阀，根据最优调控指令调控控制阀的启停将试验池水溶液盐碱度调节至所述标准范围内。

29、进一步地，数据上传模块，所述数据上传模块用于将多组所述实时监测数据以及对应的所述最优调控指令上传至云存储设备进行储存，并在客户端展示现场监测数据图表。

30、本发明还提供了另一种技术方案：一种水溶液盐碱度自动化调控方法的平台，包括：数据采集设备、云存储设备、服务器端、控制阀和客户端；

31、所述数据采集设备与云存储设备建立数据通信，数据采集设备用于采集试验池中各个监测项目对应的实时监测数据，并将实时监测数据发送至云存储设备；

32、所述云存储设备与服务器端建立数据传输，且云存储设备用于存储并管理所述数据采集设备所发送的历史监测数据；

33、所述服务器端与控制阀通过物联网连接，且服务器端用于将最优调控指令发送至控制阀，所述控制阀包括盐水阀、淡水阀、排水阀和搅拌机，且控制阀的工作模式有手动、自动和远程三种；

34、所述服务器端还与客户端建立数据传输，所述客户端用于向工作人员展示现场实时监测数据图表。

35、进一步地，所述数据采集设备包括盐度监测传感器、ph值监测传感器和水位监测传感器。

36、借由上述技术方案，本发明提供了水溶液盐碱度自动化调控方法、装置及平台，至少具备以下有益效果：

37、1、本发明通过将试验池划分为多个子区域并在每个子区域中均安装数据采集设备，并对采集得到的多组实时监测数据进行归一化预处理，使得实时监测数据更加接近试验池中液体水溶液的真实状况，接着将归一化预处理后的实时监测数据输入试验池调控模型并采用多目标优化算法进行求解，得到最优调控指令，通过最优调控指令达到了最大程度改善试验池水溶液盐碱度的前提下，使得水溶液盐碱度调控成本最小，实现了自动化智能监测调控，不仅降低了试验池水溶液盐碱度调控成本，还能够使得试验池水溶液盐碱度长期处于符合用户试验需求的标准范围内。

38、2、本发明通过采用神经网络算法根据历史监测数据集和初始调控指令构建神经网络模型，接着以试验池水溶液的盐碱度改善程度最大且调控成本最小为目标函数对神经网络模型进行优化训练，得到试验池调控模型，而且将气象因子加入目标函数满足的试验池水位约束条件中，从而可得到更加精准的调控指令，更加经济实用。

39、3、本发明通过采用4g无线通信技术将数据采集设备所采集的数据及对应的最优调控指令发送至云存储设备，并在客户端展示历史数据图表，使得试验过程更加直观，实现了24小时在线监测采集数据，还降低了工人劳动强度，增强了实用性。