基于物联网的智慧农业用布局管理系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧农业技术领域，具体为基于物联网的智慧农业用布局管理系统及方法。

背景技术

信息化技术的快速发展，为人们的生产及生活均带来了较大的便利，在农业领域，人们可以通过物联网实现对农作物生产的生产状态进行监测，确保人们能够实时了解农作物的生长状态，便于人们及时对农作物的生产环境进行调节。

但是在农业布局领域，现有技术中，只是单纯的采用GIS技术获取地形信息，并根据获取的地形信息直接划分不同的种植区域，没有考虑地形地势的差异对种植农作物生长的影响，及不同种类的农作物在生长过程中，由于生长状态的差异相互之间产生的影响，进而现有的智慧农业用布局管理系统存在较大的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供基于物联网的智慧农业用布局管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于物联网的智慧农业用布局管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取农作物待种植区域、待种植农作物种类及每种待种植农作物种类的待种植面积，并将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域，将第i个子种植区域记为Ai，将第j个待种植农作物种类记为Bj；

S2、通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取；

S3、获取相邻子种植区域中之间的地势特征偏差，并根据历史种植数据，分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况，

将相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai中种植的农作物种类Bj对Ai1中种植的农作物种类Bj1的生长状态的影响值记为SZ

S4、根据每种待种植农作物种类的种植面积，生成不同的农作物种植布局方案，结合各个子种植区域内的地势特征及S3中的分析结果，预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值；

S5、根据各种农作物种植布局方案分别对应的综合影响值预测结果，选取综合影响值预测结果最小的农作物布局方案作为最佳农作物种植布局方案，并按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理。

进一步的，所述S1中将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域的方法包括以下步骤：

S1.1、获取每种待种植农作物种类的待种植面积，将Bj对应的待种植面积记为MBj；

S1.2、获取农作物待种植区域对应的长，记为L1，获取农作物待种植区域对应的宽，记为L2，默认农作物待种植区域为矩形；

S1.3、获取各种待种植农作物种类的待种植面积对应的最大公因数，记为gys；

S1.4、获取L1对应的各个因数的集合，记为L1Y，获取L2对应的各个因数的集合，记为L2Y，获取L1Y中的第k1个元素与L2Y中第k2个元素构成的数据对，记为（L1Yk1，L2Yk2）；

S1.5、选取满足条件L1Yk1×L2Yk2=gys的各个数据对（L1Yk1，L2Yk2），并将选取的数据对中k1-k2差值最小的数据对记为（L1Yk1

本发明S1中将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域的过程中，不仅要考虑到对农作物待种植区域均匀划分的问题，还要考虑到分别对个各种待种植农作物种类的待种植面积均匀划分的问题，确保划分的同一子种植区域内只种植一种待种植农作物种类，便于后续过程中对种作物待种植区域中各个子种植区域内的农作物生长环境及生长状态进行监控管理。

进一步的，所述S2中通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取的方法包括以下步骤：

S2.1、获取农作物待种植区域中地势最低的点作为参照点，获取每个子种植区域中的地势最低点、地势最高点及平均地势高度分别相对于参照点海拔高度的量化值，

将Ai中地势最高点相对于参照点海拔高度的量化值记为h1Ai，

将Ai中地势最低点相对于参照点海拔高度的量化值记为h2Ai，

将Ai中平均地势高度相对于参照点海拔高度的量化值记为h3Ai，

某一地势点相对于参照点海拔高度的量化值等于相应地势点的海拔高度与参照点海拔高度的差值；

S2.2、得到各个子种植区域进行地势特征，将第i个子种植区域为Ai对应的地势特征记为{h3Ai，h1Ai，h2Ai，WAi}，WAi表示Ai中的地势平稳程度，

当h1Ai-h2Ai=0时，判定WAi=1，表示Ai中地势平稳，

当h1Ai-h2Ai＞0时，判定WAi=（h3Ai-h2Ai）/（h1Ai-h2Ai），

若WAi＜1，表示Ai中地势不平稳且地势呈凸型，

若WAi＞1，表示Ai中地势不平稳且地势呈凹型；

获取Ai中平均地势高度相对于参照点海拔高度的量化值h3Ai的过程中，将Ai划分成大小相等的n个矩形区域，并计算每个矩形区域中心点相对于参照点海拔高度的量化值，将Ai中n个矩形区域中心点分别相对于参照点海拔高度的量化值的平均值，记为h3Ai，n为数据库中预置的常数。

本发明S2中通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取的过程中，获取h3Ai、h1Ai及h2Ai，是为了后续计算WAi，进而判断第i个子种植区域中地势的平稳程度，且为后续步骤中分析相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况提供了数据参照。

进一步的，所述S3中分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况包括以下步骤：

S3.1、获取得到各个子种植区域进行地势特征，及相邻的两个子种植区域的各个接触点相对于参照点海拔高度的平均量化值，将相邻子种植区域Ai与Ai1之间各个接触点相对于参照点海拔高度的平均量化值记为hp

S3.2、获取相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai相对于Ai1的地势偏差DP

DP

其中，F（WAi，WAi1，h3Ai，h3Ai1，hp

比较（h3Ai-hp

当（h3Ai-hp

当（h3Ai-hp

S3.3、获取历史种植数据中，地势特征偏差值为DP

获取QAi相对于QAi1的影响高度因子Q1t

当Qt

当Qt

S3.4、得到相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai中种植的农作物种类Bj对Ai1中种植的农作物种类Bj1的生长状态的影响值为SZ

。

本发明S3中分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况的过程中，获取相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai相对于Ai1的地势偏差，是考虑到相邻子种植区域Ai与Ai1之间的地势变化情况导致的地势偏差系数不同的情况；获取QAi相对于QAi1的影响高度因子，是考虑到不同子种植区域的平均高度情况及不同农作物种类同一时间对应的农作物高度不同，进而为后续步骤中获取得到相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai中种植的农作物种类Bj对Ai1中种植的农作物种类Bj1的生长状态的影响值提供了数据基础；获取gys×F（WAi，WAi1，h3Ai，h3Ai1，hp

进一步的，所述S4中生成不同的农作物种植布局方案的方法包括以下步骤：

S4.1、获取每种待种植农作物种类的待种植面积，所述每种待种植农作物种类分别对应的待种植面积之和等于农作物待种植区域，

计算每种待种植农作物种类的待种植面积除以一个子种植区域对应面积得到的商，得到每种待种植农作物种类对应的子种植区域个数，将Bj对应的子种植区域个数记为GBj；

S4.2、对农作物种植区域内的各个子种植区域内相应的待种植农作物种类进行匹配，得到不同的农作物种植布局方案，每种农作物种植方案中Bj对应的子种植区域个数等于GBj，一个子种植区域对应一种待种植农作物种类。

本发明S4中生成不同的农作物种植布局方案中，当j1表示待种植农作物种类的类别个数时，得到的农作物种植布局方案的个数为

。

进一步的，所述S4中预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值的方法包括以下步骤：

S4-1、获取在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况的分析结果；

S4-2、获取生成的各个农作物种植布局方案；

S4-3、获取生成的第r个农作物种植布局方案中，与Ai相邻的各个子种植区域中种植的农作物种类对Ai中种植的农作物种类的生长状态的影响值之和，记为SZYrAi；

S4-5、得到第r个农作物种植布局方案对应的综合影响值SZYr，

，

其中，ui表示农作物待种植区域中子种植区域的总个数。

本发明S4中预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值的过程中，由于同一子种植区域会存在多个相邻的子种植区域，且相邻的多个子种植区域均会对该子种植区域内的农作物种类的生长状态产生影响，进而需要计算与Ai相邻的各个子种植区域中种植的农作物种类对Ai中种植的农作物种类的生长状态的影响值之和SZYrAi，作为第r个农作物种植布局方案中，与Ai相邻的各个子种植区域中种植的农作物种类对Ai中种植的农作物种类的生长状态的总影响情况，进而为后续准确计算第r个农作物种植布局方案对应的综合影响值提供了数据参照。

基于物联网的智慧农业用布局管理系统，所述系统包括以下模块：

种植区域规划模块，所述种植区域规划模块获取农作物待种植区域、待种植农作物种类及每种待种植农作物种类的待种植面积，并将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域；

地势特征提取模块，所述地势特征提取模块通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取；

生长状态影响分析模块，所述生长状态影响分析模块获取相邻子种植区域中之间的地势特征偏差，并根据历史种植数据，分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况；

布局方案影响预测模块，所述布局方案影响预测模块根据每种待种植农作物种类的种植面积，生成不同的农作物种植布局方案，结合各个子种植区域内的地势特征及生长状态影响分析模块中的分析结果，预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值；

种植管理模块，所述种植管理模块根据各种农作物种植布局方案分别对应的综合影响值预测结果，选取综合影响值预测结果最小的农作物布局方案作为最佳农作物种植布局方案，并按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理。

进一步的，所述生长状态影响分析模块包括地势特征获取单元、地势特征偏差分析单元、地势偏差系数获取单元及生长状态影响值分析单元，

所述地势特征获取单元用于获取相邻的两个子种植区域分别对应的地势特征；

所述地势特征偏差分析单元用于获取相邻的两个子种植区域分别对应的地势特征之间的偏差情况；

所述地势偏差系数获取单元用于获取相邻的两个子种植区域之间对应的地势偏差系数；

所述生长状态影响值分析单元用于获取相邻的两个子种植区域中一个子种植区域内种植的农作物种类对另一个子种植区域内种植的农作物种类的生长状态影响值。

进一步的，所述种植管理模块按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理过程中，

若农作物待种植区域中每个子种植区域内种植的农作物种类与最佳农作物种植布局方案中相应子种植区域内种植的农作物种类不同时，所述种植管理模块向管理员进行预警；

反之，所述种植管理模块则不向管理员进行预警。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在对农业布局进行管理的过程中，不仅考虑地形地势的差异对种植农作物生长的影响，还考虑到不同种类的农作物在生长过程中，由于生长状态的差异相互之间产生的影响，通过分析农作物待种植区域内的每种农作物种植布局方案对应的综合影响值，来实现对农作物布局方案的有效筛选，进而实现对农业布局的有效管理。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明基于物联网的智慧农业用布局管理系统的结构示意图；

图2是本发明基于物联网的智慧农业用布局管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：基于物联网的智慧农业用布局管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取农作物待种植区域、待种植农作物种类及每种待种植农作物种类的待种植面积，并将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域，将第i个子种植区域记为Ai，将第j个待种植农作物种类记为Bj；

所述S1中将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域的方法包括以下步骤：

S1.1、获取每种待种植农作物种类的待种植面积，将Bj对应的待种植面积记为MBj；

S1.2、获取农作物待种植区域对应的长，记为L1，获取农作物待种植区域对应的宽，记为L2，默认农作物待种植区域为矩形；

S1.3、获取各种待种植农作物种类的待种植面积对应的最大公因数，记为gys；

S1.4、获取L1对应的各个因数的集合，记为L1Y，获取L2对应的各个因数的集合，记为L2Y，获取L1Y中的第k1个元素与L2Y中第k2个元素构成的数据对，记为（L1Yk1，L2Yk2）；

S1.5、选取满足条件L1Yk1×L2Yk2=gys的各个数据对（L1Yk1，L2Yk2），并将选取的数据对中k1-k2差值最小的数据对记为（L1Yk1

S2、通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取；

所述S2中通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取的方法包括以下步骤：

S2.1、获取农作物待种植区域中地势最低的点作为参照点，获取每个子种植区域中的地势最低点、地势最高点及平均地势高度分别相对于参照点海拔高度的量化值，

将Ai中地势最高点相对于参照点海拔高度的量化值记为h1Ai，

将Ai中地势最低点相对于参照点海拔高度的量化值记为h2Ai，

将Ai中平均地势高度相对于参照点海拔高度的量化值记为h3Ai，

某一地势点相对于参照点海拔高度的量化值等于相应地势点的海拔高度与参照点海拔高度的差值；

S2.2、得到各个子种植区域进行地势特征，将第i个子种植区域为Ai对应的地势特征记为{h3Ai，h1Ai，h2Ai，WAi}，WAi表示Ai中的地势平稳程度，

当h1Ai-h2Ai=0时，判定WAi=1，表示Ai中地势平稳，

当h1Ai-h2Ai＞0时，判定WAi=（h3Ai-h2Ai）/（h1Ai-h2Ai），

若WAi＜1，表示Ai中地势不平稳且地势呈凸型，

若WAi＞1，表示Ai中地势不平稳且地势呈凹型；

获取Ai中平均地势高度相对于参照点海拔高度的量化值h3Ai的过程中，将Ai划分成大小相等的n个矩形区域，并计算每个矩形区域中心点相对于参照点海拔高度的量化值，将Ai中n个矩形区域中心点分别相对于参照点海拔高度的量化值的平均值，记为h3Ai，n为数据库中预置的常数。

本实施例中当n为9时，若A1中的9个矩形区域中心点相对于参照点海拔高度的量化值分别为0.25、0.2、0.18、0.23、0.26、0.32、0.11、0.15、0.19，

因为（0.25+0.2+0.18+0.23+0.26+0.32+0.11+0.15+0.19）÷9=0.21，

则判定A1中平均地势高度相对于参照点海拔高度的量化值0.21。

S3、获取相邻子种植区域中之间的地势特征偏差，并根据历史种植数据，分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况，

将相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai中种植的农作物种类Bj对Ai1中种植的农作物种类Bj1的生长状态的影响值记为SZ

所述S3中分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况包括以下步骤：

S3.1、获取得到各个子种植区域进行地势特征，及相邻的两个子种植区域的各个接触点相对于参照点海拔高度的平均量化值，将相邻子种植区域Ai与Ai1之间各个接触点相对于参照点海拔高度的平均量化值记为hp

S3.2、获取相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai相对于Ai1的地势偏差DP

DP

其中，F（WAi，WAi1，h3Ai，h3Ai1，hp

比较（h3Ai-hp

当（h3Ai-hp

当（h3Ai-hp

S3.3、获取历史种植数据中，地势特征偏差值为DP

获取第t天时Ai中农作物平均高度QAi与Ai1中农作物平均高度QAi1的差值，记为Qt

获取QAi相对于QAi1的影响高度因子Q1t

当Qt

当Qt

S3.4、得到相邻子种植区域Ai与Ai1中，Ai中种植的农作物种类Bj对Ai1中种植的农作物种类Bj1的生长状态的影响值为SZ

。

S4、根据每种待种植农作物种类的种植面积，生成不同的农作物种植布局方案，结合各个子种植区域内的地势特征及S3中的分析结果，预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值；

所述S4中生成不同的农作物种植布局方案的方法包括以下步骤：

S4.1、获取每种待种植农作物种类的待种植面积，所述每种待种植农作物种类分别对应的待种植面积之和等于农作物待种植区域，

计算每种待种植农作物种类的待种植面积除以一个子种植区域对应面积得到的商，得到每种待种植农作物种类对应的子种植区域个数，将Bj对应的子种植区域个数记为GBj；

S4.2、对农作物种植区域内的各个子种植区域内相应的待种植农作物种类进行匹配，得到不同的农作物种植布局方案，每种农作物种植方案中Bj对应的子种植区域个数等于GBj，一个子种植区域对应一种待种植农作物种类，

得到的农作物种植布局方案的个数为

，

其中，j1表示待种植农作物种类的类别个数。

所述S4中预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值的方法包括以下步骤：

S4-1、获取在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况的分析结果；

S4-2、获取生成的各个农作物种植布局方案；

S4-3、获取生成的第r个农作物种植布局方案中，与Ai相邻的各个子种植区域中种植的农作物种类对Ai中种植的农作物种类的生长状态的影响值之和，记为SZYrAi；

S4-5、得到第r个农作物种植布局方案对应的综合影响值SZYr，

，

其中，ui表示农作物待种植区域中子种植区域的总个数。

S5、根据各种农作物种植布局方案分别对应的综合影响值预测结果，选取综合影响值预测结果最小的农作物布局方案作为最佳农作物种植布局方案，并按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理。

基于物联网的智慧农业用布局管理系统，所述系统包括以下模块：

种植区域规划模块，所述种植区域规划模块获取农作物待种植区域、待种植农作物种类及每种待种植农作物种类的待种植面积，并将农作物待种植区域划分成规格相同的不同子种植区域；

地势特征提取模块，所述地势特征提取模块通过地形监测设备分别对各个子种植区域进行地势特征提取；

生长状态影响分析模块，所述生长状态影响分析模块获取相邻子种植区域中之间的地势特征偏差，并根据历史种植数据，分析在地势特征偏差不变的情况下，相邻子种植区域中分别种植各个农作物种类时，对两个子种植区域内农作物生长状态的影响情况；

布局方案影响预测模块，所述布局方案影响预测模块根据每种待种植农作物种类的种植面积，生成不同的农作物种植布局方案，结合各个子种植区域内的地势特征及生长状态影响分析模块中的分析结果，预测每种农作物种植布局方案对应的综合影响值；

种植管理模块，所述种植管理模块根据各种农作物种植布局方案分别对应的综合影响值预测结果，选取综合影响值预测结果最小的农作物布局方案作为最佳农作物种植布局方案，并按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理。

所述生长状态影响分析模块包括地势特征获取单元、地势特征偏差分析单元、地势偏差系数获取单元及生长状态影响值分析单元，

所述地势特征获取单元用于获取相邻的两个子种植区域分别对应的地势特征；

所述地势特征偏差分析单元用于获取相邻的两个子种植区域分别对应的地势特征之间的偏差情况；

所述地势偏差系数获取单元用于获取相邻的两个子种植区域之间对应的地势偏差系数；

所述生长状态影响值分析单元用于获取相邻的两个子种植区域中一个子种植区域内种植的农作物种类对另一个子种植区域内种植的农作物种类的生长状态影响值。

所述种植管理模块按照最佳农作物种植布局方案对农作物待种植区域进行种植管理过程中，

若农作物待种植区域中每个子种植区域内种植的农作物种类与最佳农作物种植布局方案中相应子种植区域内种植的农作物种类不同时，所述种植管理模块向管理员进行预警；

反之，所述种植管理模块则不向管理员进行预警。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。