一种基于大数据分析的智能水肥管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，属于控制技术领域，包括云数据中心、监控单元、第一通信单元和多个检测单元，监控单元和第一通信单元均设置在监控中心，多个检测单元分别设置在不同的田块内；监控单元包括上位机、报警器、显示屏和操控面板，上位机内设置有第一控制器、数据存储单元、数据分析单元、大数据决策单元和信息检索单元；每个检测单元均包括数据采集单元、第二控制器、第二通信单元和摄像头。该系统可实现田块联网监控管理，实时的了解田块内部设备的运行状况，有效监控全部设备运行，不用管理人员频繁现地巡查，减少工作量，实现数据收集和大数据分析，实现全自动控制。

An intelligent water and fertilizer management system based on big data analysis

The invention provides an intelligent water and fertilizer management system based on large data analysis, which belongs to the control technology field, including a cloud data center, a monitoring unit, a first communication unit and a plurality of detection units. The monitoring unit and the first communication unit are set in the monitoring center, and a plurality of detection units are set in different fields respectively. The monitoring unit includes the upper computer, the alarm device, the display screen and the control panel. The upper computer is equipped with a first controller, a data storage unit, a data analysis unit, a large data decision unit and an information retrieval unit, and each detection unit includes a data acquisition unit, a second controller, a second communication unit and a camera. The system can realize the monitoring and management of the field network, realize the running condition of the internal equipment of the field in real time, effectively monitor the operation of all the equipment, do not use the management personnel to patrol the field frequently, reduce the workload, realize the data collection and the large data analysis, and realize the full automatic control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据分析的智能水肥管理系统
本专利技术属于控制
，具体涉及一种基于大数据分析的智能水肥管理系统。
技术介绍
水资源是基础性的自然资源和重要的战略资源，我国水资源供需矛盾突出仍然是可持续发展的主要瓶颈。2016年全国农业用水3768.0亿立方米，占用水总量的62..4％，农业总用水量中约90％为灌溉用水量。目前，我国农业用水效率不高，2016年农田灌溉水有效利用系数0.542，与发达国家0.7-0.8的利用系数差距很大，灌溉节水潜力很大。改变传统的高耗水灌溉模式，实施水肥一体化是我国重要的灌溉节水控肥方式。智能注肥系统是将灌溉节水技术、信息技术、控制技术、智能诊断技术、网络技术等集成起来，通过计算机通用化和单元化的设计程序，构筑作物生长所需的水肥信息、供水流量、压力、土壤水分、气象资料自动监测与控制的系统，能够进行水、肥、土壤环境因子的模拟优化以实现智能灌溉。我国节水灌溉工程中使用的智能注肥系统大多采用国外进口的产品，这些产品能够通过电缆连接通讯、电话通讯或无线电传输等方式从远距离自动和精确地实施灌溉、施肥过程，性能良好，但是价格昂贵，且对我国多变化的环境条件和作物种植制度不能完全适用，不适合在我国推广应用。国内也有部分厂家进行智能注肥系统的研究和生产，这些产品可与各种滴、喷灌系统相连接，实时监测土壤墒情，根据要求自动进行灌溉，但是在以作物生长需求为目标的水肥需求智能诊断农业专家系统还较少见，而且无法实现远程控制注肥系统进行灌溉，一定程度上限制了注肥系统的普及。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于大数据分析的智能水肥管理系统。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，包括云数据中心、监控单元、第一通信单元和多个检测单元，所述监控单元和第一通信单元均设置在监控中心，多个所述检测单元分别设置在不同的田块内；所述云数据中心，用于存储系统数据；所述第一通信单元，与所述监控单元连接，用于实现数据和控制指令传输；所述监控单元包括上位机、报警器、显示屏和操控面板，所述上位机内设置有第一控制器、数据存储单元、数据分析单元、大数据决策单元和信息检索单元；所述第一控制器，用于接收所述检测单元发送的田块内检测数据，并将检测数据发送到所述数据存储单元和数据分析单元，同时向所述检测单元发送控制指令；所述数据存储单元，用于存储所述第一控制器接收到的田块内检测数据和所述数据分析单元的分析结果；所述数据分析单元，用于对田块内检测数据进行分析处理并将处理结果发送到所述大数据决策单元，同时通过所述第一控制器将分析结果发送到所述数据存储单元和云数据中心；所述大数据决策单元，用于接收所述数据分析单元的分析结果，且内设环境参数阈值，将接收到的分析结果与预先设置的环境参数阈值作比较并根据比较结果判断田块内环境状态、是否通知管理人员及是否发送控制指令、形成控制指令，将控制指令发送到所述第一控制器；所述信息检索单元，用于对历史监测数据和分析数据进行快速搜索；所述报警器，用于当田块内检测数据非正常时报警提示；所述显示屏，用于对所述运行参数及运行状态进行显示；所述操控面板，用于输入控制指令；所述操控面板与所述第一控制器的信号输入端电连接，所述报警器和所述显示屏均与所述第一控制器的信号输出端电连接，数据存储单元、数据分析单元和信息检索单元均与与所述第一控制器双向连接，所述大数据决策单元与所述数据分析单元和第一控制器电连接；每个所述检测单元均包括数据采集单元、第二控制器、第二通信单元和摄像头；所述第二通信单元，与所述第二控制器连接，用于实现数据和控制指令传输；所述数据采集单元，用于检测田块内环境状态和设备运行数据并将检测数据发送到所述第二控制器；所述第二控制器，用于接收所述数据采集单元发送来的检测数据并对检测数据进行处理，然后将处理后的数据通过所述第二通信单元发送出去到所述第一控制器，同时接收所述第一控制器发送来的控制指令并将所述控制指令发送到田块内的执行元件；所述数据采集单元与所述第二控制器的信号输入端电连接，田块内的执行元件与所述第二控制器的信号输出端电连接，所述第二通信单元与所述第二控制器双向连接，所述摄像头与所述第二通信单元连接，所述第一通信单元和第二通信单元通过移动基站通信连接。优选地，所述数据采集单元包括设置在所述田块内的空气温湿室度传感器、光照强度传感器、气压传感器、土壤水分传感器、土壤pH值传感器、病虫害监测传感器和农残监测传感器；及设置在田块内水肥设备上的流量传感器、压力传感器；根据所述空气温湿室度传感器、光照强度传感器和土壤水分传感器的值确定浇灌水量；根据所述土壤pH值传感器的值确定施肥量和水肥比；根据所述病虫害监测传感器和农残监测传感器确定是否进行杀虫措施；根据流量传感器、压力传感器的值确定水压调节方式。优选地，所述上位机为手机或PC机。优选地，所述第一通信单元和第二通信单元为GPRS、3G、4G、WiFi或ZigBee终端无线通讯单元。优选地，所述数据采集单元还包括设置在所述田块内的微量元素检测模块。优选地，还包括身份认证单元，所述身份认证单元用于存储和认证用户的身份信息，所述身份认证单元与所述第一控制器双向连接。优选地，所述第一控制器和所述第二控制器均为PLC控制器。优选地，还包括公众平台，所述公众平台通过移动基站与所述第一控制器通信连接。本专利技术提供的基于大数据分析的智能水肥管理系统可实现田块联网监控管理，实时的了解田块内部的运行状况，有效监控全部设备运行，不用管理人员频繁现地巡查，减少工作量，实现数据收集和大数据分析，实现全自动控制。基于大数据分析的智能水肥管理系统是一个相互配合、彼此依存的耦合系统，通过监测并调节农业系统内部的土壤一水分一肥料一空气和作物生长之间的关系，使之处于最佳状态，最大限度地挖掘农业系统内在的潜力，充分发挥农业水肥资源的效益，减少外部资源的投入，最终实现作物优质高产、水肥低耗高效的目标。附图说明图1为本专利技术实施例1的基于大数据分析的智能水肥管理系统的连接示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，其特征在于，包括云数据中心(1)、监控单元、第一通信单元(2)和多个检测单元，所述监控单元和第一通信单元(2)均设置在监控中心，多个所述检测单元分别设置在不同的田块内；所述云数据中心(1)，用于存储系统数据；所述第一通信单元(2)，与所述监控单元连接，用于实现数据和控制指令传输；所述监控单元包括上位机、报警器(3)、显示屏(4)和操控面板(5)，所述上位机内设置有第一控制器(6)、数据存储单元(7)、数据分析单元(8)、大数据决策单元(9)和信息检索单元(10)；所述第一控制器(6)，用于接收所述检测单元发送的田块内检测数据，并将检测数据发送到所述数据存储单元(7)和数据分析单元(8)，同时向所述检测单元发送控制指令；所述数据存储单元(7)，用于存储所述第一控制器(6)接收到的田块内检测数据和所述数据分析单元(8)的分析结果；所述数据分析单元(8)，用于对田块内检测数据进行分析处理并将处理结果发送到所述大数据决策单元(9)，同时通过所述第一控制器(6)将分析结果发送到所述数据存储单元(7)和云数据中心(1)；所述大数据决策单元(9)，用于接收所述数据分析单元(8)的分析结果，且内设环境参数阈值，将接收到的分析结果与预先设置的环境参数阈值作比较并根据比较结果判断田块内环境状态、是否通知管理人员及是否发送控制指令、形成控制指令，将控制指令发送到所述第一控制器(6)；所述信息检索单元(10)，用于对历史监测数据和分析数据进行快速搜索；所述报警器(3)，用于当田块内检测数据非正常时报警提示；所述显示屏(4)，用于对所述运行参数及运行状态进行显示；所述操控面板(5)，用于输入控制指令；所述操控面板(5)与所述第一控制器(6)的信号输入端电连接，所述报警器(3)和所述显示屏(4)均与所述第一控制器(6)的信号输出端电连接，数据存储单元(7)、数据分析单元(8)和信息检索单元(10)均与与所述第一控制器(6)双向连接，所述大数据决策单元(9)与所述数据分析单元(8)和第一控制器(6)电连接；每个所述检测单元均包括数据采集单元(11)、第二控制器(12)、第二通信单元(17)和摄像头(17)；所述第二通信单元(17)，与所述第二控制器(12)连接，用于实现数据和控制指令传输；所述数据采集单元(11)，用于检测田块内环境状态和设备运行数据并将检测数据发送到所述第二控制器(12)；所述第二控制器(12)，用于接收所述数据采集单元(11)发送来的检测数据并对检测数据进行处理，然后将处理后的数据通过所述第二通信单元(17)发送出去到所述第一控制器(6)，同时接收所述第一控制器(6)发送来的控制指令并将所述控制指令发送到田块内的执行元件(14)；所述数据采集单元(11)与所述第二控制器(12)的信号输入端电连接，田块内的执行元件(14)与所述第二控制器(12)的信号输出端电连接，所述第二通信单元(17)与所述第二控制器(12)双向连接，所述摄像头(17)与所述第二通信单元(17)连接，所述第一通信单元(2)和第二通信单元(17)通过移动基站(18)通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，其特征在于，包括云数据中心(1)、监控单元、第一通信单元(2)和多个检测单元，所述监控单元和第一通信单元(2)均设置在监控中心，多个所述检测单元分别设置在不同的田块内；所述云数据中心(1)，用于存储系统数据；所述第一通信单元(2)，与所述监控单元连接，用于实现数据和控制指令传输；所述监控单元包括上位机、报警器(3)、显示屏(4)和操控面板(5)，所述上位机内设置有第一控制器(6)、数据存储单元(7)、数据分析单元(8)、大数据决策单元(9)和信息检索单元(10)；所述第一控制器(6)，用于接收所述检测单元发送的田块内检测数据，并将检测数据发送到所述数据存储单元(7)和数据分析单元(8)，同时向所述检测单元发送控制指令；所述数据存储单元(7)，用于存储所述第一控制器(6)接收到的田块内检测数据和所述数据分析单元(8)的分析结果；所述数据分析单元(8)，用于对田块内检测数据进行分析处理并将处理结果发送到所述大数据决策单元(9)，同时通过所述第一控制器(6)将分析结果发送到所述数据存储单元(7)和云数据中心(1)；所述大数据决策单元(9)，用于接收所述数据分析单元(8)的分析结果，且内设环境参数阈值，将接收到的分析结果与预先设置的环境参数阈值作比较并根据比较结果判断田块内环境状态、是否通知管理人员及是否发送控制指令、形成控制指令，将控制指令发送到所述第一控制器(6)；所述信息检索单元(10)，用于对历史监测数据和分析数据进行快速搜索；所述报警器(3)，用于当田块内检测数据非正常时报警提示；所述显示屏(4)，用于对所述运行参数及运行状态进行显示；所述操控面板(5)，用于输入控制指令；所述操控面板(5)与所述第一控制器(6)的信号输入端电连接，所述报警器(3)和所述显示屏(4)均与所述第一控制器(6)的信号输出端电连接，数据存储单元(7)、数据分析单元(8)和信息检索单元(10)均与与所述第一控制器(6)双向连接，所述大数据决策单元(9)与所述数据分析单元(8)和第一控制器(6)电连接；每个所述检测单元均包括数据采集单元(11)、第二控制器(12)、第二通信单元(17)和摄像头(17)；所述第二通信单元(17)，与所述第二控制器(12)连接，用于实现数据和控制指令传输；所述数据采集单元(11)，用于检测田块内环境状态和设备运行数据并将检测数据发送到所述第二控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晴雯，荆雪锴，郑莉，杨正礼，张爱平，李贵春，刘杏认，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11