基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质技术方案

本发明专利技术公开了基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质，涉及土壤水分预测技术领域，其技术方案要点是：获取目标土壤的历史监测数据；历史监测数据中筛选出相似度最大的两个监测数据段；建立等效方程；以多组相似指标的等效方程进行联合求解，得到各个环境参数之间的等效比系数；以土壤水分和所有的环境参数作为相似指标组合，并以等效比系数对相似度匹配过程中的误差指标进行等效抵消处理，匹配出与实时监测数据之间相似度最大的相似监测数据；提取位于相似监测数据下一个监测周期的数据作为进行土壤水分预测的预测数据。本发明专利技术可在有限的历史数据中更为精准的匹配得到相似的数据，实现土壤水分的精确预测。实现土壤水分的精确预测。实现土壤水分的精确预测。

【技术实现步骤摘要】
基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质


[0001]本专利技术涉及土壤水分预测
，更具体地说，它涉及基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质。

技术介绍

[0002]土壤水分是指保存于土壤中的水分，对土壤水分的监测与预测对于农业灌溉以及地质研究来说极为重要。由于影响土壤水分状况的因素主要有降雨量的保留情况和蒸发情况，而降雨量的保留情况又受植被情况和土壤性质等因素影响，土壤水分的蒸发情况也受光照强度、环境温度、空气湿度、气压、空气流速等因素影响，导致对土壤水分的预测极为困难。
[0003]目前，土壤水分的预测方法主要有基于机器学习的土壤水分预测方法，依据历史数据进行机器学习训练，以构建进行土壤水分预测的神经网络模型。然而，由于影响土壤水分状况的环境参数较多，所以在需要保障土壤水分预测的准确度时，就需要获取大量的样本数据进行训练，而采用插值扩增方法虽然能够增加样本数据的量，但由于所增加的样本数据本身就是依赖已有数据进行确定的，所以其本身并不能对于土壤水分预测的准确度起到较大的促进作用。而若是获取大量真实的样本数据来训练构建土壤水分预测的神经网络模型，将会导致土壤水分预测的应用成本较高，难以大范围的推广应用。
[0004]因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供基于误差修正的土壤水分预测方法、系统、终端及介质，采用相似度匹配的方法进行土壤水分预测，并对相似度匹配过程中的误差指标进行抵消修正，以保证在有限的历史数据中更为精准的匹配得到相似的数据，并依据所匹配数据的后续变化实现土壤水分的精确预测。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，提供了基于误差修正的土壤水分预测方法，包括以下步骤：获取目标土壤的历史监测数据，历史监测数据包括土壤水分以及影响土壤水分变化的多种环境参数；以土壤水分和单一的环境参数作为一组相似指标，从历史监测数据中筛选出相似度最大的两个监测数据段；将两个监测数据段中所有环境参数的增量参数与减量参数进行等效处理，建立等效方程；以多组相似指标的等效方程进行联合求解，得到各个环境参数之间进行转换的等效比系数；以土壤水分和所有的环境参数作为相似指标组合，并以等效比系数对相似度匹配
过程中的误差指标进行等效抵消处理，从历史监测数据中匹配出与当前时刻所对应的实时监测数据之间相似度最大的相似监测数据；从历史监测数据中提取位于相似监测数据下一个监测周期的数据作为对当前时刻下一个监测周期进行土壤水分预测的预测数据。
[0007]进一步的，所述相似度的分析过程具体为：计算两个数据中每一个相似指标之间的偏差值，并以所有相似指标的偏差值之和作为两个数据的总偏差值；将总偏差值转换成相似度，总偏差值越大，则相似度越小；其中，偏差值为两个数据中对于同一相似指标在所有时刻的标准误差；或，偏差值为两个数据中对于同一相似指标在所有时刻的平均绝对误差。
[0008]进一步的，所述监测数据段的筛选过程具体为：以位于当前时刻上一个监测周期的监测数据作为第一个监测数据段；依据不同组的相似指标从历史监测数据中筛选出相似度最大的多个第二个监测数据段，第二个监测数据段与第一个监测数据段为不同时刻的监测数据；第一个监测数据段与任意一个第二个监测数据段构成对应相似指标的两个监测数据段。
[0009]进一步的，所述增量参数与减量参数的确定过程具体为：随机将两个监测数据段中的一个监测数据段作为参考项，另一个监测数据段作为对比项；选取在对比项中的参数值相比于在参考项中对应的参数值增大的环境参数作为增量参数；选取在对比项中的参数值相比于在参考项中对应的参数值减小的环境参数作为减量参数。
[0010]进一步的，所述等效方程的建立过程具体为：计算单个增量参数在监测周期内的累积增量以及单个减量参数在监测周期内的累积减量；以所有增量参数的累积增量之和等同于所有减量参数的累积减量之和建立等效方程。
[0011]进一步的，所述以等效比系数对相似度匹配过程中的误差指标进行等效抵消处理的过程具体为：选取两个数据在同一个时刻至少存在两个指标具有误差，且一个误差指标的误差为增量误差，另一个误差指标的误差为减量误差；依据等效比系数对两个误差指标中的误差进行等效抵消处理，以使得两个误差指标的误差值同时减小。
[0012]进一步的，所述误差指标在单一时刻仅进行一次等效抵消处理，且等效比系数越小的两个误差指标优先进行等效抵消处理。
[0013]第二方面，提供了基于误差修正的土壤水分预测系统，包括：数据采集模块，用于获取目标土壤的历史监测数据，历史监测数据包括土壤水分以及影响土壤水分变化的多种环境参数；
数据筛选模块，用于以土壤水分和单一的环境参数作为一组相似指标，从历史监测数据中筛选出相似度最大的两个监测数据段；等效处理模块，用于将两个监测数据段中所有环境参数的增量参数与减量参数进行等效处理，建立等效方程；系数求解模块，用于以多组相似指标的等效方程进行联合求解，得到各个环境参数之间进行转换的等效比系数；误差修正模块，用于以土壤水分和所有的环境参数作为相似指标组合，并以等效比系数对相似度匹配过程中的误差指标进行等效抵消处理，从历史监测数据中匹配出与当前时刻所对应的实时监测数据之间相似度最大的相似监测数据；数据预测模块，用于从历史监测数据中提取位于相似监测数据下一个监测周期的数据作为对当前时刻下一个监测周期进行土壤水分预测的预测数据。
[0014]第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于误差修正的土壤水分预测方法。
[0015]第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的基于误差修正的土壤水分预测方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的基于误差修正的土壤水分预测方法，由于部分的环境参数组合在变化过程中对土壤水分的影响可以相互抵消，使得土壤水分在短时间内的变化趋势受此部分环境参数组合的变化影响较弱，所以本专利技术采用相似度匹配的方法进行土壤水分预测，并对相似度匹配过程中的误差指标进行抵消修正，以保证在有限的历史数据中更为精准的匹配得到相似的数据，并依据所匹配数据的后续变化实现土壤水分的精确预测；2、本专利技术以位于当前时刻上一个监测周期的监测数据作为第一个监测数据段，这样通过联合求解得到的等效比系数更加符合当前场景，有效规避了因场景不同而引起的误差；3、本专利技术在进行等效抵消处理时，对误差指标在单一时刻的等效抵消处理次数以及优先处理等级进行约束，保证了在相似度匹配过程中能够获得唯一的相似数据。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于误差修正的土壤水分预测方法，其特征是，包括以下步骤：获取目标土壤的历史监测数据，历史监测数据包括土壤水分以及影响土壤水分变化的多种环境参数；以土壤水分和单一的环境参数作为一组相似指标，从历史监测数据中筛选出相似度最大的两个监测数据段；将两个监测数据段中所有环境参数的增量参数与减量参数进行等效处理，建立等效方程；以多组相似指标的等效方程进行联合求解，得到各个环境参数之间进行转换的等效比系数；以土壤水分和所有的环境参数作为相似指标组合，并以等效比系数对相似度匹配过程中的误差指标进行等效抵消处理，从历史监测数据中匹配出与当前时刻所对应的实时监测数据之间相似度最大的相似监测数据；从历史监测数据中提取位于相似监测数据下一个监测周期的数据作为对当前时刻下一个监测周期进行土壤水分预测的预测数据。2.根据权利要求1所述的基于误差修正的土壤水分预测方法，其特征是，所述相似度的分析过程具体为：计算两个数据中每一个相似指标之间的偏差值，并以所有相似指标的偏差值之和作为两个数据的总偏差值；将总偏差值转换成相似度，总偏差值越大，则相似度越小；其中，偏差值为两个数据中对于同一相似指标在所有时刻的标准误差；或，偏差值为两个数据中对于同一相似指标在所有时刻的平均绝对误差。3.根据权利要求1所述的基于误差修正的土壤水分预测方法，其特征是，所述监测数据段的筛选过程具体为：以位于当前时刻上一个监测周期的监测数据作为第一个监测数据段；依据不同组的相似指标从历史监测数据中筛选出相似度最大的多个第二个监测数据段，第二个监测数据段与第一个监测数据段为不同时刻的监测数据；第一个监测数据段与任意一个第二个监测数据段构成对应相似指标的两个监测数据段。4.根据权利要求1所述的基于误差修正的土壤水分预测方法，其特征是，所述增量参数与减量参数的确定过程具体为：随机将两个监测数据段中的一个监测数据段作为参考项，另一个监测数据段作为对比项；选取在对比项中的参数值相比于在参考项中对应的参数值增大的环境参数作为增量参数；选取在对比项中的参数值相比于在参考项中对应的参数值减小的环境参数作为减量参数。5.根据权利要求1所述的基于误差修正的土壤水分预测方法，其特征是，所述等效方程的建立过程具体为：计算单个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云，李瑾，慕敏，李文有，黄世博，武祥军，
申请(专利权)人：云南省地质矿产勘查开发局中心实验室自然资源部昆明矿产资源检测中心，
类型：发明
国别省市：