一种基于物联网的渠道灌排一体化监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及可控农业技术领域，具体为一种基于物联网的渠道灌排一体化监测系统及方法，所述系统包括农作物状态分析模块、渠道供水分析模块、渠道水位线校准模块和渠道清理模块，所述渠道供水分析模块用于根据农作物状态分析模块的分析结果，判断渠道水位信息是否满足农作物需水要求，所述渠道水位线校准模块用于根据渠道供水分析模块的分析结果实时调整渠道水位线位置，本发明专利技术通过分析农作物需水量以及渠道含水量是否达标情况，实时监测渠道中供水量情况与底部沉淀物之间的关系，根据分析结果实时调节水位线，并根据预设值进行发出预警信号，从而解决了沉淀物的堆积对渠道供水量的影响，进一步提高了农作物需水量达标情况，提高农作物健康生长。高农作物健康生长。高农作物健康生长。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的渠道灌排一体化监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及可控农业
，具体为一种基于物联网的渠道灌排一体化监测系统及方法。

技术介绍

[0002]农业用水中农田灌溉用水占绝大部分比例，由于农业用水比重大，灌溉管理方式存在粗放情况，导致农业用水浪费严重，用水效率低，面对水资源供需严重短缺而农业用水浪费的矛盾，如何实现渠道水资源管理，提高农业用水效率，是缓解水资源供需不足矛盾的重要途径。
[0003]研究认为，需水是分层次的，可将灌溉需水分为刚性需求、弹性需求和奢侈需求三个层次，刚性需求是指满足农作物生长关键期最低耗水的需求，使得农作物不因缺水而死亡，此层次需求应该优先满足；弹性需求是指满足农作物各个生育阶段的生理需水，使其因水而增产，此层次需求应尽量满足，但应通过用水效率的提高来动态调控；奢侈需求是指因用水效率低下、灌溉方式粗放而产生的灌溉浪费，此层次的需求应通过各种管控措施，不断压缩，逐步削减，削减不了的需水再适当满足。
[0004]当前，我国仍采用定额法进行灌溉需水量的计算与预测，但是这种计算方法得到的结果不准确且偏差大，不利于灌溉需水量的调控，由于农业灌溉水资源均来自于渠道中，由于沉淀物随时间的堆积，进而导致真实水量不能够满足灌溉需水量的要求，延缓农作物健康生长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于大数据的农业数据分析管理系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于物联网的渠道灌排一体化监测方法，所述方法包括以下步骤；
[0007]S1、通过历史数据获取农作物不同时间段的生长状态，并根据所述生长状态获取对应时间段农作物需水量；
[0008]S2、结合历史数据分析结果，实时监测种植区域农作物生长状态，分析渠道中供水量达标情况；
[0009]S3、根据S2分析结果，实时调整渠道中供水水量；
[0010]S4、根据S3中分析结果判断渠道中水位线情况，若超过阈值水位线则进行渠道沉淀物清理。
[0011]进一步的，所述S1中的方法包括以下步骤：
[0012]步骤1001、获取第k种类农作物T0时刻生长状态，并将T0时刻第k种类农作物初始含水量记为α；
[0013]步骤1002、计算第k种类农作物T1时刻水分蒸发情况，记为
[0014][0015]其中e
s
表示饱和水汽压，T0→1表示T0到T1时刻的平均温度，e
a
表示实际水汽压，u2表示农作物地表2m处风速值，γ表示数据库预置的干湿表常数，R
n
表示输入冠层净辐射，G表示突然热通量；
[0016]其中e
s
＝0.611e
{17.27T/(T+237.3)}
，W
min
表示日最低气温，表示日最大相对湿度值，W
max
表示日最高气温，表示日最小相对湿度值；
[0017]步骤1003、重复步骤1001
‑
步骤1002，将第k种类农作物不同时间段水分蒸发情况记录表格M中，其中农作物需水量为对应时间段农作物水分蒸发值。
[0018]本专利技术通过分析第k种类农作物T0时刻生长状态，并将T0时刻第k种类农作物初始含水量记为α，根据第k种类农作物T1时刻水分蒸发情况判定第k种类农作物的需求情况，通过模拟迭代的方式分析第k种类农作物不同时间段水分蒸发情况，为后续分析渠道中供水量是否满足第k种类农作物的需求提供数据参照。
[0019]进一步的，所述S2中的方法包括以下步骤：
[0020]步骤2001、获取待监测种植区域农作物生长状态，并结合步骤1003表格M中的数据分析待种植区域农作物需要水量；
[0021]步骤2002、将渠道长记为C，宽度记为K，水位线距离渠道底部距离记为则渠道内初始含水量记为并将作为渠道含水量标准值，其中渠道底部水平处于同一平面，
[0022][0023]步骤2003、将渠道主视图底部正中心作为参考点，以参考点为原点，构建空间直角坐标系；
[0024]步骤2004、将渠道高度均匀切断成m节，记为集合M＝{m1，m2，...，m
b
}，过每一节点构建一个平行于渠道底部的平面，并将各个平面映射到空间直角坐标系中，其中m
b
表示第b个节点对应位置高度值，并将m
b
作为沉淀物清理预警信号节点；
[0025]步骤2005、获取节点m1所在平面，并将对应平面映射到空间直角坐标系中，并标注节点m1所在平面在空间直角坐标系中各个点的坐标值，记为集合B；
[0026]步骤2006、将渠道底部沉淀物所在曲面映射到空间直角坐标系中，并标记沉淀物所在曲面在空间直角坐标系中各个点的坐标值，记为集合Q；
[0027]步骤2007、计算沉淀物所在曲面与节点m1所在平面的交集，
[0028]G＝B∩Q，
[0029]其中集合G表示集合B与集合Q的交集；
[0030]步骤2008、获取集合G中元素，并将集合G中元素围成的图形面积记为S
G
；
[0031]步骤2009、计算集合G中元素围成的图形面积在与σ的比值，记为E，所述σ表示过节点m
a
且平行于渠道底部的截面积，
[0032][0033]若集合E中元素个数大于预设值δ时，则表明沉淀物所在曲面能够对m1节点所在平
面造成影响，则发出水位调节预警信号；
[0034]若集合E中元素个数小于等于预设值δ时，则表明沉淀物所在曲面不能够对m1节点所在平面造成影响，则不发出水位调节预警信号；
[0035]步骤2010、重复步骤2005
‑
步骤2009直至沉淀物所在曲面与所有节点所在平面全部分析结束，根据沉淀物所在曲面对最大节点所在曲面构成影响的情况进行调节水位。
[0036]本专利技术通过将标准水位渠道中的供水量作为参考值，并将渠道高度均匀切断成m节，过每个节点分别构建一条平行于渠道底部的平面，实时获取沉淀物所在曲面，并通过计算得到沉淀物所在曲面与最底部节点所在平面之间的占比，通过占比值与预设值比较判定是否需要进行水位线调节，并发出预警信号，为后续进一步分析水位线需要调节的前提下，对应水位线所需调节高度值的大小提供数据参照。
[0037]进一步的，所述S3中的方法包括以下步骤：
[0038]步骤3001、实时监测步骤2010分析结果；
[0039]步骤3002、若存在沉淀物所在曲面能够对m
a
节点所在平面造成影响时，过原点构建一条垂直于水位调整参考点m
a
所在平面的直线，交点坐标记为点o1(x
o
，y
o
，z1)，其中1≤a≤b；
[0040]步骤3003、通过计算得到沉淀物体积估计值为V
CDW...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的渠道灌排一体化监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤；S1、通过历史数据获取农作物不同时间段的生长状态，并根据所述生长状态获取对应时间段农作物需水量；S2、结合历史数据分析结果，实时监测种植区域农作物生长状态，分析渠道中供水量达标情况；S3、根据S2分析结果，实时调整渠道中供水水量；S4、根据S3中分析结果判断渠道中水位线情况，若超过阈值水位线则进行渠道沉淀物清理。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的渠道灌排一体化监测方法，其特征在于，所述S1中的方法包括以下步骤：步骤1001、获取第k种类农作物T0时刻生长状态，并将T0时刻第k种类农作物初始含水量记为α；步骤1002、计算第k种类农作物T1时刻水分蒸发情况，记为时刻水分蒸发情况，记为其中e
s
表示饱和水汽压，T0→1表示T0到T1时刻的平均温度，e
a
表示实际水汽压，u2表示农作物地表2m处风速值，γ表示数据库预置的干湿表常数，R
n
表示输入冠层净辐射，G表示突然热通量；其中e
s
＝0.611e
{17.27T/(T+237.3)}
，W
min
表示日最低气温，表示日最大相对湿度值，W
max
表示日最高气温，表示日最小相对湿度值；步骤1003、重复步骤1001
‑
步骤1002，将第k种类农作物不同时间段水分蒸发情况记录表格M中，其中农作物需水量为对应时间段农作物水分蒸发值。3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的渠道灌排一体化监测方法，其特征在于，所述S2中的方法包括以下步骤：步骤2001、获取待监测种植区域农作物生长状态，并结合步骤1003表格M中的数据分析待种植区域农作物需要水量；步骤2002、将渠道长记为C，宽度记为K，水位线距离渠道底部距离记为则渠道内初始含水量记为并将作为渠道含水量标准值，步骤2003、将渠道主视图底部正中心作为参考点，以参考点为原点，构建空间直角坐标系；步骤2004、将渠道高度均匀切断成m节，记为集合M＝{m1，m2，...，m
b
}，过每一节点构建一个平行于渠道底部的平面，并将各个平面映射到空间直角坐标系中，其中m
b
表示第b个节点对应位置高度值，并将m
b
作为沉淀物清理预警信号节点；步骤2005、获取节点m1所在平面，并将对应平面映射到空间直角坐标系中，并标注节点m1所在平面在空间直角坐标系中各个点的坐标值，记为集合B；步骤2006、将渠道底部沉淀物所在曲面映射到空间直角坐标系中，并标记沉淀物所在
曲面在空间直角坐标系中各个点的坐标值，记为集合Q；步骤2007、计算沉淀物所在曲面与节点m1所在平面的交集，G＝B∩Q，其中集合G表示集合B与集合Q的交集；步骤2008、获取集合G中元素，并将集合G中元素围成的图形面积记为S
G
；步骤2009、计算集合G中元素围成的图形面积在与σ的比值，记为E，所述σ表示过节点m
a
且平行于渠道底部的截面积，若集合E中元素个数大于预设值δ时，则表明沉淀物所在曲面能够对m1节点所在平面造成影响，则发出水位调节预警信号；若集合E中元素个数小于等于预设值δ时，则表明沉淀物所在曲面不能够对m1节点所在平面造成影响，则不发出水位调节预警信号；步骤2010、重复步骤2005
‑
步骤2009直至沉淀物所在曲面与所有节点所在平面全部分析结束，根据沉淀物所在曲面对最大节点所在曲面构成影响的情况进行调节水位。4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的渠道灌排一体化监测方法，其特征在于，所述S3中的方法包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱登平，张中华，吕名礼，左光燕，白永娟，
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：