一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，涉及智慧灌溉领域，该管理系统包括：环境监测模块、管道管理模块、反应管理模块和灌溉管理模块；所述环境监测模块通过传感器收集监测农作物植株生长环境；管道管理模控制每个出水阀门的开关，动态生成输水线路；所述反应管理单元生成灌溉用水肥，所述灌溉管理模块用于控制灌溉喷头进行灌溉；本发明专利技术改进了热成像图的快速刷新，避免了水肥溶液对长距离管道的腐蚀，将长距离输水管道用于循环控制种植区域的温度，维持了农作物植株生长环境的温度稳态，提高了对异常温度区域处理的速度；提高了的水肥溶液溶解的速度，通过热量转移实现了热量的合理配位，实现了高效节能灌溉。实现了高效节能灌溉。实现了高效节能灌溉。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统及方法


[0001]本专利技术涉及智慧灌溉领域，具体为一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统及方法。

技术介绍

[0002]环境监测是对环境质量状况进行监视和测定的活动，对反映环境质量的指标进行监视和测定，以确定环境质量和环境污染的情况，监测方法包括物理指标的监测、化学指标的监测和生态系统整体的监测，通过对环境质量的监测，得到当前环境问题，为后续环境管理提供数据支持；
[0003]在农业环境中，对农业环境质量的某些指标进行连续或间断监测，以农业环境中污染物和农业生物的危害为监测重点，及时准确地反映农业环境质量状况及其变化规律和发展趋势，为农业环境管理提供科学依据；农业环境监测可分为常规监测、应急监测和研究性监测，以达到不同监测目标要求；
[0004]智慧灌溉是一种智能的自动化灌溉系统，自动化控制喷灌、滴灌和渗灌等方式，智慧灌溉通过精准控制灌溉过程，实现对植株的高效精准灌溉，保证了灌溉效果，同时极大节约了农业资源，提高了对水资源的利用效率，降低了水肥污染，同时通过智能机械一体自动化解放了劳动力，实现了对人力资源的重新配置。
[0005]智慧灌溉多利用管道运输水和水肥等农业液体，在密封管道内，保证了资源的纯净，同时减少了蒸发作用，有效地提升了灌溉的效率和效果，但是管道铺设等基础设施建设工期长，利用率低，维护难度大，需要合理规划，减少运行维护的难度，并充分发掘管道作用，提高管道的复用效率，通过发掘管道的水循环调控温度功能，提高管道等设施的利用率。
专利技术内容
[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统及方法来解决上述
技术介绍
中提出的问题，通过监测农作物植株生长环境得到植株局部区域温度，通过水循环进行温度控制，并利用循环水进行浇灌。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案，一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统及方法，该管理系统包括：环境监测模块、管道管理模块、反应管理模块和灌溉管理模块；
[0008]所述环境监测模块通过传感器收集农作物植株生长环境，监测环境变化，生成环境质量指数，综合研判环境；所述管道管理模块用于设置管道的铺设线路，控制每个出水阀门的开关，动态生成输水线路，控制农田温度；所述反应管理单元用于控制循环水进入反应室进行反应，生成灌溉用水肥，所述灌溉管理模块用于控制灌溉喷头进行灌溉，设定灌溉具体要求，生成灌溉记录；
[0009]通过精准监测农作物植株生长环境，具体地对不同区域的不同植株进行监测管
理，根据实际情况，针对性优化区部局域植株生长环境，精细化对植株的耕作管理；提高对管道的利用效率，管道仅用于运输纯水资源，水肥融合在反应室进行，将水肥与纯水分开运输，减少对长运输管道的腐蚀，同时利用水循环对局部异常温度区域进行温度控制，使得异常区域温度快速恢复到植株适宜生长温度，根据灌溉任务，打开灌溉喷头阀门，并将适宜温度的循环水放入反应室，充分混合，使得循环水的热量被充分利用，改善反应效果；针对不同灌溉任务，设置灌溉策略，使得灌溉策略更贴近植株生长情况，符合灌溉需求。
[0010]进一步的，所述环境监测模块包括温度监测单元、湿度监测单元、土壤监测单元和天气监测单元；所述温度监测单元通过热成像图捕获农田各区域的温度，生成区域温度图，得到不同区域的温度差异数据，所述湿度监测单元通过读取湿度传感器数据，获取周边环境的湿度指数，湿度传感器分别设置在农田区域上空和农田种植区域内，分别监测空气中湿度和植株环境内湿度，空气中湿度和植株之间湿度不同，分别记录两个环境的湿度数据，用于所述土壤监测单元根据土地性质将土壤划分为不同种类，根据土壤性质，确定土壤的浇灌方式，所述天气监测单元将连接天气预报的接口，获取天气相关信息，并对极端天气情况做出预警，提示工作人员进行极端天气的防护工作；
[0011]进一步的，所述管道管理模块包括管道铺设单元、阀门管理单元、路径生成单元和温度控制单元；所述管道铺设单元用于设计管道铺设的线路及管道铺设的深度，根据实地情况改变管道预埋深度和线路，并选择合适的地点设置管道的出水阀门，所述阀门管理单元对所有阀门进行管理，电控制阀门的开关，通过开关不同阀门形成不同的输水管道，所述路径生成单元利用系统算力，计量局部区域温度变量，做出最优路径选择，进行水循环处理局部异常温度情况，所述温度控制单元管理总出水阀门的温控室，根据路径，计算出水水温，控制出水流量并设置进行水循环的次数；
[0012]进一步的，所述反应管理模块包括水温检测单元、肥料管理单元和反应管理单元；所述水温检测单元检测循环管道中的水温，并选择合适的水肥物质进入反应室进行混合反应，生成水肥溶液，不同水肥物质在不同温度下溶解度不同，选择合适水温的溶液有助于提升水肥溶解效果，所述肥料管理单元用于管理在存储室的固态水肥元素物质，控制水肥元素物质进入反应室的数量；所述反应管理单元对反应室内的水肥溶液溶解反应进行管理，控制溶解条件和溶解时间，利用水循环带来的热量，提升水肥溶液的溶解效率，降低溶解需要的时间；
[0013]进一步的，所述灌溉管理模块包括任务接收单元、灌溉策略单元、灌溉监控单元和灌溉计量单元；所述任务接收单元用于接收灌溉任务，灌溉任务下发时包含灌溉量、灌溉对象、灌溉时间、灌溉区域、灌溉水肥类型和灌溉方式数据，任务接收单元将其转化为对应的信号格式，所述灌溉策略单元根据灌溉任务，选择合适的灌溉喷头进行灌溉工作，所述灌溉监控单元通过摄像设备监控灌溉喷头运行状况，若喷头出水量异常，则进行异常抛出，所述灌溉计量单元通过安装在喷头的流量传感器计量灌溉总量，并和任务下发的灌溉量对比，比较任务完成完整程度，根据传感器灌溉数据判断是否需要进行二次灌溉，达到任务要求灌溉量。
[0014]一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理方法，包括以下步骤:
[0015]S1、生成热成像图，监测局部异常温度情况；
[0016]S2、选择阀门进行开闭，进行经过异常温度区域的路径规划；
[0017]S3、监测出水温度，进行水循环控温，计算局部通过流量，并监测水温变化，更新区域热成像图；
[0018]S4、利用循环水液进行反应，选择微量元素和反应室进行反应生成水肥溶液，并利用水肥溶液灌溉；
[0019]进一步的，在步骤S1中，对种植区进行监测，得到图像，进行处理，生成热成像图，得到不同区域温度；架设高刷新率红外摄影头，动态调整监测范围，覆盖整个种植区域，得到不同区域的图像，将其数字化处理，直观得到种植区内的温度和种植区内不同区域温度的差异；在得到红外摄像头拍摄的原始图像后，将其数字化为黑白热图像，再利用色彩编码，按照灰度—温度转化表进行转化将其映射为温度相应的彩色，增强对比度；在处理得到彩色热成像图后，采用二维中值滤波来消除图像噪声，突出图像的特性，消除彩色热图像中的斑点，使用二维中值滤波只进行简单的排序取中值，时间复杂度低，提高了处理的速度，采用十字滤波窗口，滤波函数为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，其特征在于：该管理系统包括：环境监测模块、管道管理模块、反应管理模块和灌溉管理模块；所述环境监测模块通过传感器收集农作物植株生长环境，监测环境变化，生成环境质量指数，综合研判环境；所述管道管理模块用于设置管道的铺设线路，控制每个出水阀门的开关，动态生成输水线路，控制农田温度；所述反应管理单元用于控制循环水进入反应室进行反应，生成灌溉用水肥，所述灌溉管理模块用于控制灌溉喷头进行灌溉，设定灌溉具体要求，生成灌溉记录。2.根据权利要求1所述的一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，其特征在于：所述环境监测模块包括温度监测单元、湿度监测单元、土壤监测单元和天气监测单元；所述温度监测单元通过热成像图捕获农田各区域的温度，生成区域温度图，得到不同区域的温度差异数据，所述湿度监测单元通过读取湿度传感器数据，获取周边环境的湿度指数，湿度传感器分别设置在农田区域上空和农田种植区域内，分别监测空气中湿度和植株环境内湿度，空气中湿度和植株之间湿度不同，分别记录两个环境的湿度数据，用于所述土壤监测单元根据土地性质将土壤划分为不同种类，根据土壤性质，确定土壤的浇灌方式，所述天气监测单元将连接天气预报的接口，获取天气相关信息，并对极端天气情况做出预警，提示工作人员进行极端天气的防护工作。3.根据权利要求1所述的一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，其特征在于：所述管道管理模块包括管道铺设单元、阀门管理单元、路径生成单元和温度控制单元；所述管道铺设单元用于设计管道铺设的线路及管道铺设的深度，根据实地情况改变管道预埋深度和线路，并选择合适的地点设置管道的出水阀门，所述阀门管理单元对所有阀门进行管理，电控制阀门的开关，通过开关不同阀门形成不同的输水管道，所述路径生成单元利用系统算力，计量局部区域温度变量，做出最优路径选择，进行水循环处理局部异常温度情况，所述温度控制单元管理总出水阀门的温控室，根据路径，计算出水温，控制出水流量并设置进行水循环的次数。4.根据权利要求1所述的一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，其特征在于：所述反应管理模块包括水温检测单元、肥料管理单元和反应管理单元；所述水温检测单元检测循环管道中的水温，并选择合适的水肥物质进入反应室进行混合反应，生成水肥溶液，所述肥料管理单元用于管理在存储室的固态水肥元素物质，控制水肥元素物质进入反应室的数量；所述反应管理单元对反应室内的水肥溶液溶解反应进行管理，控制溶解条件和溶解时间。5.根据权利要求1所述的一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理系统，其特征在于：所述灌溉管理模块包括任务接收单元、灌溉策略单元、灌溉监控单元和灌溉计量单元；所述任务接收单元用于接收灌溉任务，灌溉任务下发时包含灌溉量、灌溉对象、灌溉时间、灌溉区域、灌溉水肥类型和灌溉方式数据，任务接收单元将其转化为对应的信号格式，所述灌溉策略单元根据灌溉任务，选择合适的灌溉喷头进行灌溉工作，所述灌溉监控单元通过摄像设备监控灌溉喷头运行状况，若喷头出水量异常，则进行异常抛出，所述灌溉计量单元通过安装在喷头的流量传感器计量灌溉总量，并和任务下发的灌溉量对比，比较任务完成完整程度，根据传感器灌溉数据判断是否需要进行二次灌溉。6.一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理方法，包括以下步骤:
S1、生成热成像图，监测局部异常温度情况；S2、选择阀门进行开闭，进行经过异常温度区域的路径规划；S3、监测出水温度，进行水循环控温，计算局部通过流量，并监测水温变化，更新区域热成像图；S4、利用循环水液进行反应，选择微量元素和反应室进行反应生成水肥溶液，并利用水肥溶液灌溉。7.根据权利要求6所述的一种基于环境监测技术的智慧灌溉管理方法，其特征在于：在步骤S1中，对种植区进行监测，得到图像，进行处理，生成热成像图，得到不同区域温度；架设红外摄影头，动态调整监测范围，覆盖整个种植区域，得到不同区域的图像，将其数字化处理，得到种植区内的温度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱登平，吴竹，吕名礼，李银华，吕名华，张中华，
申请(专利权)人：上海华维可控农业科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：