基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于喷灌控制技术领域，具体提供一种基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统及方法，该系统包括：采集端，用于采集植物种植区域的环境数据；服务器，用于对环境数据进行分析处理，还用于发送喷灌管理信号；灌溉端，用于按照接收到的喷灌管理信号进行喷灌；其中，采集端还用于采集喷灌结束后的土壤湿度值，并发送给服务器；服务器还用于接收喷灌结束后的土壤湿度值，并根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。本申请在每次喷灌结束后，服务器都会根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正，对喷灌的效果进行改进。

Spray irrigation control system and method based on big data in hot and humid environment

【技术实现步骤摘要】
基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统及方法
本专利技术属于喷灌控制
，尤其涉及基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统及方法。
技术介绍
喷灌系统广泛用于湿热地区隔离带植物的养护。目前，主流的灌溉系统是基于无线传感器网络的灌溉系统，仅根据无线传感器实时监测的土壤湿度等信息对灌溉进行控制。但这样的方法对传感器网络的能源消耗较大，影响无线传感器网络的使用寿命；同时由于没有结合其它可利用的因素导致无法达到最有效地灌溉。为解决上述问题，公开号为CN102715061B的专利提供了一种节能灌溉方法和装置，该方法包括根据收集的历史土壤环境数据对未来土壤环境数据进行预测；根据预测出的未来土壤环境数据选择需要唤醒的无线传感器和唤醒无线传感器的时间；在到达唤醒无线传感器的时间时，唤醒所选定的无线传感器以实时监测并收集土壤环境数据，在土壤环境数据收集完毕后，使无线传感器进入休眠状态；根据实时收集的土壤环境数据生成灌溉策略；利用灌溉策略控制对土壤的灌溉。使用该专利，不仅有效地对灌溉进行了控制、避免了对水资源的浪费，而且在很大程度上减少了灌溉系统对无线传感器网络的能源消耗，提高了系统的寿命。但是，植物的灌溉具有大惯性、大迟延、时变、多干扰的特点，而该专利在实际使用时，缺少对喷灌效果的验证，也无法在使用过程中实现自学习和自我修正。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供了一种基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统及方法。本专利技术提供的基础方案为：基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，包括：采集端，用于采集植物种植区域的环境数据，环境数据包括土壤湿度值；服务器，用于对环境数据进行分析处理，还用于发送喷灌管理信号；灌溉端，用于按照接收到的喷灌管理信号进行喷灌；其中，采集端还用于采集喷灌结束后的土壤湿度值，并发送给服务器；服务器还用于接收喷灌结束后的土壤湿度值，并根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。基础方案工作原理及有益效果：本申请针对湿热地区的植物灌溉具有大惯性、大迟延、时变、多干扰的特点，在喷灌结束后，采集端采集喷灌结束后的土壤湿度值并发送给服务器，服务器根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。这样，每次完成喷灌后，服务器都会进行自我修正，对喷灌的效果进行改进。现有技术中，往往是在出现问题，即，植物已经出现了一定程度的生长不理想时，才会去对系统进行校正。这样的处理方式滞后性太严重，植物的生长已经受到影响。而本申请则会在每次喷灌完成后，进行自我修正，使自身的参数更加符合对应的环境。即使一开始参数设置得不太理想，随着喷灌的次数增加，服务器也会自我调整到理想的参数值。这样，可避免对植物的生长造成影响。进一步，服务器包括存储单元、处理单元、发送单元和修正单元；存储单元用于存储环境数据；处理单元用于对环境数据进行分析处理；发送单元用于根据分析处理结果，向灌溉端发送喷灌管理信号；修正单元用于根据环境数据生成土壤的理想湿度值，并将喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值进行分析比对后，对处理单元进行修正。名词说明：理想湿度值，即，喷灌结束后土壤的理想湿度值。在喷灌结束后，修正单元将喷灌结束后实际的土壤湿度值与其对应的理想湿度值进行分析对比，可以对喷灌的效果进行评估；之后，修正单元对处理单元进行修正和优化，这样，每完成一次喷灌，服务器就会进行一次自学习和自我修正。进一步，环境数据包括空气温度值、空气湿度值和土壤湿度值。空气湿度及空气温度会影响土壤中水分的蒸发速度及土壤的保湿能力，这样，对植物种植区域的环境数据进行全方面的采集并分析后，能够发送更为准确的喷灌管理信号。进一步，存储单元内存储有由大到小的N个修正值，修正单元对处理单元进行修正时，按照喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值之间的偏差，选择对应的修正值对处理单元进行修正。当喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值之间的偏差很大时，需要的不是精细化的微调，而是大幅度调整，此时，修正单元按照偏差，选择对应的较大的修正值对处理单元进行修正，这样，能使下次的喷灌效果大幅度改善；当喷灌的效果与理想湿度值之间的偏差很小时，此时不需要大幅度的改善，而是需要精细化的改进，因此，修正单元按照偏差，选择对应的较小的修正值对处理单元进行修正。N的数值，本领域技术人员可依据系统的具体情况具体设置。进一步，修正单元包括理想值子单元、对比子单元和调整子单元；理想值子单元用于根据当前环境数据生成理想湿度值；对比子单元用于计算喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值之间的偏差；调整子单元用于根据偏差选择对应的修正值对处理单元进行修正。这样，修正单元可根据环境数据及喷灌后的土壤湿度值，对处理单元进行修正。进一步，理想值子单元由遗传算法、基于支持向量机的植物生长过程土壤水分模型、生长标准、生长阶段和数据库组成，采用遗传算法优化当前环境数据下的理想湿度值。将理想值子单元生成的理性湿度值作为目标值，可以提高植物生长的可靠性与科学性。进一步，对比单元计算喷灌后实际的环境数据值B及理想湿度值A的差值比，得到偏差这样，可以得知实际土壤湿度值与理想湿度值之间的差值比，和数值差相比，更能体现两者之间的相对偏差。进一步，灌溉端包括串级控制单元，串级控制单元由模糊支持向量机控制器作为主调节器与PID神经网络副调节器构成，并用遗传算法对模糊支持向量机控制器的参数进行在线优化。这样，可以使灌溉端控制性能更优，使灌溉端的控制收敛速度快、动态响应好、鲁棒性强且控制精度高。基于上述系统，本申请还提供一种基于大数据的湿热环境下喷灌控制方法，包括：采集步骤，采集植物种植区域的环境数据，环境数据包括土壤湿度值；分析处理步骤，对环境数据进行分析处理；信号发送步骤，向灌溉端发送喷灌管理信号；喷灌步骤，按照接收到的喷灌管理信号进行喷灌；二次采集步骤，采集植物种植区域喷灌结束后的土壤湿度值；修正步骤，根据植物喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。采集植物种植区域的环境数据后，对环境数据进行分析处理，并给灌溉端发送喷灌管理信号，灌溉端接收到喷灌管理信号后进行喷灌。喷灌结束后，采集喷灌结束后的土壤湿度值，并根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。这样，每次完成喷灌后，都会进行自我修正，对喷灌的效果进行改进。进一步，采集步骤中，环境数据包括空气温度值、空气湿度值和土壤湿度值。空气湿度及空气温度会影响到土壤中水分的蒸发速度及土壤的保湿能力，这样，对植物种植区域的环境数据进行全方面的采集并分析后，能够发送更为准确的喷灌管理信号。附图说明图1为本专利技术基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统实施例一的逻辑框图；图2为图1中修正单元的逻辑框图；图3为本专利技术基于大数据的湿热环境下喷灌控制方法实施例一的流程图；图4为本专利技术基于大数据的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于，包括：/n采集端，用于采集植物种植区域的环境数据，环境数据包括土壤湿度值；/n服务器，用于对环境数据进行分析处理，还用于发送喷灌管理信号；/n灌溉端，用于按照接收到的喷灌管理信号进行喷灌；/n其中，采集端还用于采集喷灌结束后的土壤湿度值，并发送给服务器；服务器还用于接收喷灌结束后的土壤湿度值，并根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。/n

【技术特征摘要】
1.基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于，包括：
采集端，用于采集植物种植区域的环境数据，环境数据包括土壤湿度值；
服务器，用于对环境数据进行分析处理，还用于发送喷灌管理信号；
灌溉端，用于按照接收到的喷灌管理信号进行喷灌；
其中，采集端还用于采集喷灌结束后的土壤湿度值，并发送给服务器；服务器还用于接收喷灌结束后的土壤湿度值，并根据喷灌结束后的土壤湿度值进行自我修正。


2.根据权利要求1所述的基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于：服务器包括存储单元、处理单元、发送单元和修正单元；
存储单元用于存储环境数据；
处理单元用于对环境数据进行分析处理；
发送单元用于根据分析处理结果，向灌溉端发送喷灌管理信号；
修正单元用于根据环境数据生成土壤的理想湿度值，并将喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值进行分析比对后，对处理单元进行修正。


3.根据权利要求1所述的基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于：环境数据包括空气温度值、空气湿度值和土壤湿度值。


4.根据权利要求2所述的基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于：存储单元内存储有由大到小的N个修正值，修正单元对处理单元进行修正时，按照喷灌结束后的土壤湿度值与其对应的理想湿度值之间的偏差，选择对应的修正值对处理单元进行修正。


5.根据权利要求4所述的基于大数据的湿热环境下喷灌控制系统，其特征在于：修正单元包括理想值子单元、对比子单元和调整子单元；理想值子单元用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：于江，姚刚，于建东，王绍华，林岚，
申请(专利权)人：重庆纳德雨涧环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50