一种基于物联网的规模化农田灌溉系统及方法

技术领域

本发明属于农业种植技术领域，具体涉及一种基于物联网的规模化农田灌溉系统及方法。

背景技术

农业灌溉，主要是指对农业耕作区进行的灌溉作业。农业灌溉方式一般可分为传统的地面灌溉、普通喷灌以及微灌。随着科学技术的飞速发展，物联网在工业中的应用越来越多，物联网技术中具有远程干涉的能力，大大降低了操作人员的劳动强度，并且提高了相关的操作的速度。现有技术中，物联网技术在农业中的应用较少，农业领域采用机械化技术减轻了操作人员的劳动强度。

现有农田灌溉系统覆盖规模较大，土壤湿度受外界天气因素影响变化较大，传统的滴灌、微灌技术没有对水资源进行最优化地利用，采用人工控制灌溉的时机不易掌握，也会对作物生长造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网的规模化农田灌溉系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于物联网的规模化农田灌溉系统，包括：

农田环境信息获取单元，所述农田环境信息获取单元通过不同类型的传感设备获取农田的环境信息，所述环境信息包含光照信息、土壤信息、空气湿度、风速，所述农田环境信息获取单元还会获取至少前两次的农田灌溉历史信息作为参考条件；

农田灌溉任务执行单元，所述农田灌溉任务执行单元基于获得的数据信息来生成灌溉任务，所述灌溉任务包含基于农田作物种植模式的灌溉路线、根据农田作物种类确定的灌溉所用水量、根据有关规定设置的灌溉定额数据采集点；

农田数据终端监控单元，所述农田数据终端监控单元管理整个灌溉过程中的数据信息，并通过联网获取农田与作物的相关信息，同时持续性地更新农田地理位置的天气预报数据，所述农田数据终端监控单元监控农田环境信息获取单元和农田灌溉任务执行单元所用设备的状态，并可根据需求信息调整设备参数设置；

数据库，所述数据库包含气相条件数据和历史灌溉数据，所述气相条件数据包含降水量、蒸发量、平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、日照时数、平均风速等，所述数据库中还包含种植作物的关联信息和农田土地的关联信息。

优选的，所述农田环境信息获取单元还会获取灌溉水源的信息，所述灌溉水源包括天然水源和人工储水，且在天然水源和人工储水中设置水文监测系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，所述水文监测系统由监测中心、通信网络、遥测终端和前端监测设备四部分组成。

优选的，所述农田灌溉任务执行单元中灌溉定额数据采集点获得灌溉水量信息，并结合灌溉用水定额数值进行分析有效利用和管理水资源，所述农田灌溉任务执行单元在进行浇灌的过程中会向农田数据终端监控单元传输任务进度信息，所述农田灌溉任务执行单元中基于互补特征的融合策略将农田环境信息获取单元的不同传感设备数据进行多传感器融合，所述基于互补特征的融合策略结合从相应传感器数据中提取的多目标特征，然后应用融合的多传感器特征进行分类和识别。

优选的，所述提取的特征包括目标参数提取和数据特征提取，1)目标参数提取：从获得的数据中提取的目标的大小、间距、方位、种类等目标信息；2)数据特征提取：数据特征是从处理数据过程中提取到特征表现，如目标轮廓、颜色分布、时频特征，用于分类和识别，所述农田灌溉任务执行单元中基于作物种类的变化选取不同的灌溉用水定额数值便于好该作物种类采集点数据进行对应。

优选的，所述农田数据终端监控单元对农田环境信息获取单元和农田灌溉任务执行单元所用设备休眠状态和工作状态的切换控制，同时对获得数据信息进行分析，且在完成作物灌溉后将数据信息及分析结果存入到数据库中，所述农田数据终端监控单元中将天气预报数据和实时的天气变化情况(基于传感设备检测数据)结合以调整作物具体的灌溉时间。

优选的，所述农田环境信息获取单元基于天气预报数据获取农田的降雨量信息，所述农田数据终端监控单元依托农田环境信息获取单元获取的降雨量信息分析调整农田的灌溉时间与灌溉密度，所述该系统设置有雨水收集装置将雨水收集存储作为灌溉水源的人工储水进行利用。

一种基于物联网的规模化农田灌溉方法，包括：

S1：获得农田的各项数据结合天气预报信息进行分析确定具体灌溉时间并做灌溉准备；

S2：依据农田的各项数据生成状态值，将其和目标湿度进行对比分析确定灌溉密度；

S3：根据灌溉时间和灌溉密度生成执行指令，通过作物灌溉方式进行农田灌溉操作；

S4：在灌溉开始前，获得最新的农田的检测数据以确定灌溉密度是否需要进行调整。

优选的，所述S1中从数据库中调取当前作物的生长数据历史灌溉的数据，所述S2中在对比分析时考虑该作物的灌溉用水定额信息及当地情况来确定灌溉密度的选取，所述S3中作物灌溉方式是指种植者选用的适合当地农田情况的种植作物灌溉方式(如喷灌、滴灌、微喷)，所述S4中主要考虑天气突变对灌溉操作所带来的影响问题，包括光照强度、阵雨(短暂降雨)、天气(炎热、湿热或下雨前的天气变化)等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过获取实时农田数据结合作物灌溉用水定额分析，根据执行指令来精细控制灌溉的用水量，将土壤湿度维持在适合作物生长的湿度范围以节约水资源，多传感器数据融合帮助使用者获得有效的融合判断和准确的综合衡量，提高对作物灌溉的精准管控，降低对种植作物生长的影响。

附图说明

图1为本发明的系统框架示意图；

图2为本发明的方法流程示意图；

图3为本发明的一种灌溉流程图。

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。

实施例：

请参阅图1-图3所示，一种基于物联网的规模化农田灌溉系统，包括：

农田环境信息获取单元，农田环境信息获取单元通过不同类型的传感设备获取农田的环境信息，环境信息包含光照信息、土壤信息、空气湿度、风速，农田环境信息获取单元还会获取至少前两次的农田灌溉历史信息作为参考条件；

农田灌溉任务执行单元，农田灌溉任务执行单元基于获得的数据信息来生成灌溉任务，灌溉任务包含基于农田作物种植模式的灌溉路线、根据农田作物种类确定的灌溉所用水量、根据有关规定设置的灌溉定额数据采集点；

农田数据终端监控单元，农田数据终端监控单元管理整个灌溉过程中的数据信息，并通过联网获取农田与作物的相关信息，同时持续性地更新农田地理位置的天气预报数据，农田数据终端监控单元监控农田环境信息获取单元和农田灌溉任务执行单元所用设备的状态，并可根据需求信息调整设备参数设置；

数据库，数据库包含气相条件数据和历史灌溉数据，气相条件数据包含降水量、蒸发量、平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、日照时数、平均风速等，数据库中还包含种植作物的关联信息和农田土地的关联信息。

农田环境信息获取单元还会获取灌溉水源的信息，灌溉水源包括天然水源和人工储水，且在天然水源和人工储水中设置水文监测系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，水文监测系统由监测中心、通信网络、遥测终端和前端监测设备四部分组成。

农田灌溉任务执行单元中灌溉定额数据采集点获得灌溉水量信息，并结合灌溉用水定额数值进行分析有效利用和管理水资源，农田灌溉任务执行单元在进行浇灌的过程中会向农田数据终端监控单元传输任务进度信息，农田灌溉任务执行单元中基于互补特征的融合策略将农田环境信息获取单元的不同传感设备数据进行多传感器融合，基于互补特征的融合策略结合从相应传感器数据中提取的多目标特征，然后应用融合的多传感器特征进行分类和识别。

提取的特征包括目标参数提取和数据特征提取，1)目标参数提取：从获得的数据中提取的目标的大小、间距、方位、种类等目标信息；2)数据特征提取：数据特征是从处理数据过程中提取到特征表现，如目标轮廓、颜色分布、时频特征，用于分类和识别，农田灌溉任务执行单元中基于作物种类的变化选取不同的灌溉用水定额数值便于好该作物种类采集点数据进行对应。

农田数据终端监控单元对农田环境信息获取单元和农田灌溉任务执行单元所用设备休眠状态和工作状态的切换控制，同时对获得数据信息进行分析，且在完成作物灌溉后将数据信息及分析结果存入到数据库中，农田数据终端监控单元中将天气预报数据和实时的天气变化情况(基于传感设备检测数据)结合以调整作物具体的灌溉时间。

农田环境信息获取单元基于天气预报数据获取农田的降雨量信息，农田数据终端监控单元依托农田环境信息获取单元获取的降雨量信息分析调整农田的灌溉时间与灌溉密度，该系统设置有雨水收集装置将雨水收集存储作为灌溉水源的人工储水进行利用。

一种基于物联网的规模化农田灌溉方法，包括：

S1：获得农田的各项数据结合天气预报信息进行分析确定具体灌溉时间并做灌溉准备；

S2：依据农田的各项数据生成状态值，将其和目标湿度进行对比分析确定灌溉密度；

S3：根据灌溉时间和灌溉密度生成执行指令，通过作物灌溉方式进行农田灌溉操作；

S4：在灌溉开始前，获得最新的农田的检测数据以确定灌溉密度是否需要进行调整。

S1中从数据库中调取当前作物的生长数据历史灌溉的数据，S2中在对比分析时考虑该作物的灌溉用水定额信息及当地情况来确定灌溉密度的选取，S3中作物灌溉方式是指种植者选用的适合当地农田情况的种植作物灌溉方式(如喷灌、滴灌、微喷)，S4中主要考虑天气突变对灌溉操作所带来的影响问题，包括光照强度、阵雨(短暂降雨)、天气(炎热、湿热或下雨前的天气变化)等。

由上可知，本发明通过获取实时农田数据结合作物灌溉用水定额分析，根据执行指令来精细控制灌溉的用水量，将土壤湿度维持在适合作物生长的湿度范围以节约水资源，多传感器数据融合帮助使用者获得有效的融合判断和准确的综合衡量，提高对作物灌溉的精准管控，降低对种植作物生长的影响。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。