一种多类型肥料混配的配比数据处理方法

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种多类型肥料混配的配比数据处理方法。

背景技术：

1、近年来，化肥、农药等农业生产用品使用量逐年增加。过量使用化肥，不仅造成化肥利用率降低，多余的化肥通过各种形式流失到环境中，还会导致土壤和水体的污染，生态环境遭受到破坏。

2、目前，应用最广泛的是测土配方施肥技术，其原理是在土壤肥力化学基础上发展起来的计量施肥技术，通过对土壤有效养分的测定，分析作物的养分需求，提出施肥建议。

3、尽管测土配方施肥技术为农户提供了农作物的养分需求信息，但对于后续的操作没有给出较多的指导。为了配合测土配方技术的应用，肥料生产企业按肥料配方生产配方肥、作物专用肥、复混肥等。但由于不同土壤、不同农作物间所需的氮、磷、钾养分需求比例不一，导致单一的复合肥料养分配比不能完全匹配养分需求，常常造成施肥作业后，某些养分施用过剩，而其他养分施用不足的情况，进而导致肥效差、利用率不高。

4、现有技术中，已有针对单一的复合肥养分配比不匹配问题的解决案例，但大多属于肥料配比工作完成后的混肥阶段, 并未给出具体的肥料配比数据处理方法。

5、授权公告号为cn102863266b的发明专利公开了一种肥料自动配比装置和方法，其通过控制器设置与每个小肥料箱对应的输送搅轮的转速来控制每种肥料的配比比例，实现了肥料的自动配比功能，但该方法所能配比的肥料种类取决于小肥料箱的数量，并且没有给出每种肥料的配比比例的具体计算步骤。

6、授权公告号为cn102487644b的发明专利提出了一种肥料配比全变量施肥装置及其控制方法，该方法通过控制排肥轴转速控制肥料箱的排肥量,从而使三个肥料箱装填的不同单一肥料或复合肥料分别按氮、磷、钾三种营养元素的比例进行均匀混掺,实现了氮磷钾养分的按需施肥。但该方法每次只能计算三种肥料的配比比例，并且当肥料中存在复合肥料时，该计算方法会存在无法求解出可行解的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多类型肥料混配的配比数据处理方法，该方法可利用农户已有的多种不同类型的单一肥料和复合肥料，在满足农作物的养分需求下，快速计算出养分总质量最少的多种类型肥料间的最优配比用量，不仅可以为农户的施肥作业提供精确的混配方案，还可有效解决单一的复合肥料养分配比与农作物的养分需求不匹配问题，能有效减少养分的过量施用，提高肥料的利用率。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、提供一种多类型肥料混配的配比数据处理方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1：确定施肥作业需求：确定施肥作业需要满足的每亩农作物氮元素、磷元素和钾元素的养分需求和作业亩数，所述每亩农作物氮元素、磷元素和钾元素的养分需求分别为需要的总氮的总质量n、有效五氧化二磷的总质量p和氧化钾的总质量k；所述作业亩数为m；

4、s2：确定施肥作业可供选用的肥料：确定施肥作业可供选用的多种类型肥料ai；所述肥料ai的属性参数包括总氮质量百分含量ni、有效五氧化二磷质量百分含量pi、氧化钾质量百分含量ki、净含量si和库存ci；

5、s3：构建肥料决策集合：根据s2中确定的肥料ai的最大可供选用量sici，采用二进制拆分方法拆分肥料ai的属性参数，构建肥料决策集合f；所述肥料决策集合f的元素包括肥料决策fi,k；所述肥料决策fi,k为肥料ai拆分后的第k种肥料决策；

6、s4：优化肥料决策集合：根据s1中确定的所述施肥作业需求，对s3中构建的所述肥料决策集合f的肥料决策fi,k进行冗余决策过滤，根据冗余决策优化所述肥料决策集合f，得到优化后决策集合f’；

7、s5：构建多种类型肥料混配模型；

8、s6：基于决策优化动态规划算法和所述优化后决策集合求解多种类型肥料混配的最优配比用量，输出肥料的配比方案。

9、在一些实施方式中，所述s3中所述采用二进制拆分方法拆分肥料ai的属性参数，构建肥料决策集合f的具体步骤包括：

10、s31：用ni,k表示二进制拆分后的肥料决策fi,k的总氮质量，用pi,k表示二进制拆分后的肥料决策fi,k的有效五氧化二磷质量，用ki,k表示二进制拆分后的肥料决策fi,k的氧化钾质量，用wi,k表示二进制拆分后的肥料决策fi,k的肥料用量；

11、s32：依次遍历所述s2中所述肥料ai；

12、s33：依次遍历二进制数cotk=2k(k=0,1,2,3...)；

13、s34：根据当前遍历的二进制数cotk和已经遍历过的二进制数，计算每个二进制数的累加值count，其中count的计算方式为：；

14、s35：若累加值count小于或等于当前遍历的肥料ai的最大可供选用量sici，则所述s31中ni,k的值为 nicotk，pi,k的值为 picotk，ki,k的值为 kicotk,  wi,k的值为cotk；

15、s36：若累加值count大于当前遍历的肥料ai的最大可供选用量sici，则所述s31中ni,k的值为，pi,k的值为，ki,k的值为，wi,k的值为；

16、s37：将当前二进制拆分后的肥料决策fi,k加入到所述肥料决策集合f；

17、s38：判断当前遍历的二进制数cotk是否大于当前遍历的肥料ai的最大可供选用量sici；若大于，则开始遍历下一种肥料ai+1，若不大于，则开始遍历下一个二进制数cotk+1；

18、s39：当所有肥料遍历完成时，完成所述肥料决策集合f的构建。

19、在一些实施方式中，所述s4中冗余决策过滤的具体步骤包括：

20、s41：依次遍历所述s3中所述肥料决策集合f中的肥料决策fi,k；

21、s42：若当前遍历的所述肥料决策fi,k的总氮质量ni,k＞nm，有效五氧化二磷质量pi,k=0且氧化钾质量ki,k=0，则所述肥料决策fi,k为冗余决策，在肥料决策集合f中过滤所述冗余决策；

22、s43：若当前遍历的所述肥料决策fi,k的总氮质量ni,k=0，有效五氧化二磷质量pi,k＞pm且氧化钾质量ki,k=0，则所述肥料决策fi,k为冗余决策，在所述肥料决策集合f中过滤所述冗余决策；

23、s44：若当前遍历的所述肥料决策fi,k的总氮质量ni,k=0，有效五氧化二磷质量pi,k=0且氧化钾质量ki,k＞km，则所述肥料决策fi,k为冗余决策，在所述肥料决策集合f中过滤所述冗余决策；

24、s45：若当前遍历的所述肥料决策fi,k的总氮质量ni,k＞nm，有效五氧化二磷质量pi,k＞pm且氧化钾质量ki,k＞km，则所述肥料决策fi,k为冗余决策，在所述肥料决策集合f中过滤所述冗余决策；

25、s46：当所有肥料决策遍历完成时，完成所述冗余决策过滤。

26、在一些实施方式中，所述s4中所述根据冗余决策优化所述肥料决策集合f完成后，肥料ai的决策次数从sici减少到[log2(sici)]-ti，式中ti为所述肥料决策集合f中的冗余决策的数量，显著提升了多种类型肥料配比计算时数据处理的效率。

27、在一些实施方式中，所述s5中构建多类型肥料混配模型的具体步骤包括：

28、s51：选取二元变量xi,k为决策变量，若所述决策变量为1，则表示选用肥料决策fi,k；若所述决策变量为0，则表示不选用肥料决策fi,k；

29、s52：根据以下公式设置目标函数：

30、；

31、其中，t为所述目标函数，min表示最小值函数；

32、s53：设置如下约束：

33、；

34、；

35、；

36、；

37、其中，nm为施肥作业的氮元素养分需求，pm为施肥作业的磷元素养分需求，km为施肥作业的钾元素养分需求。

38、在一些实施方式中，所述s6的具体步骤包括：

39、s61：根据s4中优化后决策集合f’的肥料决策个数n，将多种类型肥料混配的最优配比用量的求解划分为n个决策阶段；根据氮元素的施肥作业需求nm，向上取整数为x，将氮元素的施肥作业需求划分为x个决策状态；根据磷元素的施肥作业需求pm，向上取整数为y，将磷元素的施肥作业需求划分为y个决策状态；根据钾元素的施肥作业需求km，向上取整数为z，将钾元素的施肥作业需求划分为z个决策状态；

40、s62：构建从所述优化后决策集合f’中的第j种肥料决策开始，到下一种肥料决策的状态转移方程为：

41、；

42、式中，f(j,x,y,z)表示在决策所述优化后决策集合f’中的第j种肥料决策时，氮元素的施肥作业需求的所述决策状态为x、磷元素的施肥作业需求的所述决策状态为y，钾元素的施肥作业需求的所述决策状态为z时的状态变量值；nj为所述优化后决策集合f’中的第j种肥料决策的总氮质量ni,k；pj为所述优化后决策集合f’中的第j种肥料决策的五氧化二磷质量pi,k；kj为所述优化后决策集合f’中的第j种肥料决策的氧化钾质量ki,k；

43、s63：初始化边界条件，初始化；初始化；

44、s64：根据s62中所述状态转移方程，自底向上依次求解多种类型肥料的最优配比用量；

45、s65：根据s64求解完所述优化后决策集合f’中的肥料决策后，将f(n,x,y,z)作为目标函数的最优解；

46、s66：利用回溯方法自顶向下依次判断所述优化后决策集合f’中第j种肥料决策fi,k是否被选用；

47、s67：根据所有被选用的肥料决策fi,k，将属于肥料ai的所有肥料决策fi,k的肥料用量wi,k相加，得到肥料ai的最优配比用量，输出肥料ai的配比方案。

48、在一些实施方式中，所述s64包括：

49、从第1种肥料决策开始，依次遍历所述优化后决策集合f’中的每一个种肥料决策；

50、当遍历到第j种肥料决策时，依次遍历氮元素的施肥作业需求的所述决策状态x、磷元素的施肥作业需求的所述决策状态y和钾元素的施肥作业需求的所述决策状态z。

51、在一些实施方式中，所述s66包括：

52、若，对应第j种肥料决策fi,k未被选用，继续从f(j-1,x,y,z)开始回溯；

53、若，对应第j种肥料决策fi,k被选用，记录被选用的第j种肥料决策fi,k和肥料用量wi,k，继续从f(j-1,x-nj,y-pj,z-kj)开始回溯，直到回溯到第1种肥料决策f1,0。

54、本发明的技术效果和优点：

55、（1）本发明的多类型肥料混配的配比数据处理方法，其在传统动态规划算法上对决策阶段的决策数量进行二进制拆分和冗余决策过滤处理，提高了动态规划算法进行多种类型肥料配比计算时数据处理的效率。

56、（2）本发明的多类型肥料混配的配比数据处理方法，其实现了多种单一肥料和复合肥料的最优配比用量计算，有效解决了一种肥料的养分与农作物的氮磷钾养分需求不匹配问题。

57、（3）本发明的多类型肥料混配的配比数据处理方法，其所计算的肥料配比方案，不仅能满足农作物的氮元素、磷元素和钾元素的养分需求，而且所施用的氮元素、磷元素和钾元素的养分总质量是最少的，有效减少了肥料养分过量施用问题，提高了肥料利用率。

58、（4）本发明的多类型肥料混配的配比数据处理方法，为各种肥料配比装置、混肥装置提供了高效的多种类型肥料混配的最优配比用量计算的数据处理方法。